哈希算法及加密实现

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前言

哈希算法被广泛运用在各种途径中，本文章将带你初步认识哈希算法及它的加密的实现操作效果。

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一、哈希算法是什么？

哈希算法又称摘要算法（Disgest），一般指SHA家族，它是安全散列算法（英语：Secure Hash Algorithm，缩写为SHA）是一个密码散列函数家族，是FIPS所认证的安全散列算法。能计算出一个数字消息所对应到的，长度固定的字符串（又称消息摘要）的算法。且若输入的消息不同，它们对应到不同字符串的机率很高。

哈希算法特点

• 相同的输入一定得到相同的输出
• 不同的输入大概率得到不同的输出
  因此，哈希算法的目的是验证原始数据是否被篡改
  我们可以调用java的hashCode方法验证

System.out.println("Hello Java".hashCode());// 387417328
System.out.println("Hello java".hashCode());// 388370640
System.out.println("Hello,bob".hashCode());//-1095500357

哈希碰撞

哈希碰撞是指两个不同的输入得到了相同的输出。
例如：

	String s1 = "通话";
	String s2 = "重地";
	System.out.println(s1.hashCode());// 1179395
	System.out.println(s2.hashCode());// 1179395

哈希碰撞是不能避免的，这是因为输出的字节长度是固定的，但输入的字节长度不固定，有无数种输入，所以哈希算法是把无数的输入集合映射到一个有限的输出集合里，必然会产生碰撞。
既然不能避免碰撞，我们就要想办法降低碰撞的概率，提高哈希算法的安全性，所以一个安全的哈希算法必须满足：

• 碰撞概率低
• 不能被预测输出

常用的哈希算法

算法	输出长度（位）	输出长度（字节）
MD5	128bits	16bytes
SHA-1	160bits	20bytes
RipeMD-160	160bits	20bytes
SHA-256	256bits	32bytes
SHA-512	512bits	64bytes

二、哈希算法对密码加密的实现

为什么要对密码加密储存呢？设想如果数据库中直接存入用户的密码，数据库一旦泄露，那用户的信息将暴露无遗。所以将密码加密后存入数据库，将用户密码加密后的信息与存入数据库的信息去比对验证，这样就算数据库泄露，加密后的密码并不能被直接用于登录。

1.MD5加密

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Arrays;
public class Main {
	public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
		MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
		md5.update("XXX123456".getBytes());
		byte[] digestByte = md5.digest();
		System.out.println(Arrays.toString(digestByte));
	}
}

效果如图：
每次加密的长度，相同内容都加密的字节数组都是相同的。
由于加密成字节数组并不方便存储，我们往往会将他转换成十六进制的字符串来代替。为了方便之后的SHA-1，SHA-256等加密的实现，我们自己创建一个HashTool工具类。

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

public class HashTool {
	private static MessageDigest digest;
	private HashTool() {
		super();
	}
public static String digestMD5(String md5) throws NoSuchAlgorithmException {
		digest = MessageDigest.getInstance("MD5");
		digest.update(md5.getBytes());
		return byteToHex(digest.digest());
	}
public static String byteToHex(byte[] b) {
	StringBuilder sb = new StringBuilder();
	for (byte s : b) {
		String format = String.format("%02x", s);
		sb.append(format);
	}
	return sb.toString();
	}
}

本类写了一个静态的byteToHex()方法将加密的字节数组，每一位字节对应两位十六进制数（不足两位用0补充，再将MD5加密的过程封装在digestMD5()方法中，最终调用byteToHex()方法将字节数组转换成十六进制的字符串。
效果如图：

2.SHA-1,SHA-256,SHA-512加密

同理，这些加密只需要在MessageDigest.getInstance(加密类型)方法中填入想要加密的类型即可，我们在HashTool类中实现，代码如下

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
public class HashTool {
	private static MessageDigest digest;
	private HashTool() {
		super();
	}

public static String digestMD5(String md5) throws NoSuchAlgorithmException {
	digest = MessageDigest.getInstance("MD5");
	digest.update(md5.getBytes());
	return byteToHex(digest.digest());
	}

public static String digestSHA256(String sha256) throws NoSuchAlgorithmException {
	digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
	return handler(sha256);

	}

public static String digestSHA512(String sha512) throws NoSuchAlgorithmException {
	digest = MessageDigest.getInstance("SHA-512");
	return handler(sha512);

	}

public static String digestSHA1(String sha1) throws NoSuchAlgorithmException {
	digest = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
	return handler(sha1);

	}

private static String handler(String handle) {
	digest.update(handle.getBytes());
	return byteToHex(digest.digest());
	}

public static String byteToHex(byte[] b) {
	StringBuilder sb = new StringBuilder();
	for (byte s : b) {
		String format = String.format("%02x", s);
		sb.append(format);
		}
	return sb.toString();
	}
}

效果如图：
（ASH-512字符串太长就不展示完全了）

3.ripeMd160加密

ripeMd160加密是第三方提供的加密包，想要使用ripeMd160加密必须导入bcprov-jdk15on-1.70.jar包。代码如下：

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.Security;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
public class BouncyDemo {
	public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
		// 注册BouncyCastleProvider通知类
		Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
		MessageDigest ripeMd160 = MessageDigest.getInstance("RipeMD160");
		ripeMd160.update("wbjxxmy".getBytes());
		byte[] result = ripeMd160.digest();
		System.out.println("RipeMD160加密后为：" + HashTool.byteToHex(result));
		System.out.println("RipeMD160加密的字节长度为：" + ripeMd160.digest().length);
	}
}

导入jar包后，想要让java程序知道你想使用RipeMD160加密，得先使用Seurity安全工具类的addProvider（）方法，new一个BouncyCastleProvider来注册BouncyCastleProvider通知类，通知java程序将可能使用bcprov-jdk15on-1.70.jar包下的算法。
RipeMD160算法加密结果如图：

4.加盐

以上的加密真的就安全了吗？答案是否定的，我们还要防止彩虹表攻击。
彩虹表是一个用于加密散列函数逆运算的预先计算好的表, 为破解密码的散列值（或称哈希值、微缩图、摘要、指纹、哈希密文）而准备。
所以，为了预防彩虹表攻击，我们可以加盐（salt）：对每个口令额外添加一个随机数，进行组合。
digest=md5（salt+inputpassword）
经过加盐处理的数据库表如下所示：

username	salt	password
张三	H1r0a	894152fff4f97e8fb2b8f304c5c56ebb
李四	7$p2w	fc195df5b3ff11af8d07e10be912fb44
王五	z5Sk9	1c8854242ab5c4a493a808538be5baf1

还有一种类似加盐，但比加盐更安全的加密方式，详情跳转至Hmac算法。

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总结

本文章简单介绍了哈希算法，并且实现了基本的常用的哈希算法对密码的加密。