Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

加密解密，曾经是我一个毕业设计的重要组件。在工作了多年以后回想当时那个加密、解密算法，实在是太单纯了。
言归正传，这里我们主要描述Java已经实现的一些加密解密算法，最后介绍数字证书。
如基本的单向加密算法：

• BASE64 严格地说，属于编码格式，而非加密算法
• MD5(Message Digest algorithm 5，信息摘要算法)
• SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法)
• HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鉴别码)

复杂的对称加密（DES、PBE）、非对称加密算法：

• DES(Data Encryption Standard，数据加密算法)
• PBE(Password-based encryption，基于密码验证)
• RSA(算法的名字以发明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman)
• DH(Diffie-Hellman算法，密钥一致协议)
• DSA(Digital Signature Algorithm，数字签名)
• ECC(Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学)

本篇内容简要介绍 BASE64 、 MD5 、 SHA 、 HMAC 几种方法。
MD5 、 SHA 、 HMAC 这三种加密算法，可谓是非可逆加密，就是不可解密的加密方法。我们通常只把他们作为加密的基础。单纯的以上三种的加密并不可靠。

BASE64
按照RFC2045的定义，Base64被定义为：Base64内容传送编码被设计用来把任意序列的8位字节描述为一种不易被人直接识别的形式。（The Base64 Content-Transfer-Encoding is designed to represent arbitrary sequences of octets in a form that need not be humanly readable.）
常见于邮件、http加密，截取http信息，你就会发现登录操作的用户名、密码字段通过BASE64加密的。



通过java代码实现如下：

 /**
 *BASE64解密
 *
 *@paramkey
 *@return
 *@throwsException
 */
 publicstaticbyte[]decryptBASE64(Stringkey)throwsException{
 return(newBASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
 }

 /**
 *BASE64加密
 *
 *@paramkey
 *@return
 *@throwsException
 */
 publicstaticStringencryptBASE64(byte[]key)throwsException{
 return(newBASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
 }

主要就是BASE64Encoder、BASE64Decoder两个类，我们只需要知道使用对应的方法即可。另，BASE加密后产生的字节位数是8的倍数，如果不够位数以 = 符号填充。

MD5
MD5 -- message-digest algorithm 5 （信息-摘要算法）缩写，广泛用于加密和解密技术，常用于文件校验。校验？不管文件多大，经过MD5后都能生成唯一的MD5值。好比现在的ISO校验，都是MD5校验。怎么用？当然是把ISO经过MD5后产生MD5的值。一般下载linux-ISO的朋友都见过下载链接旁边放着MD5的串。就是用来验证文件是否一致的。



通过java代码实现如下：

 /**
 *MD5加密
 *
 *@paramdata
 *@return
 *@throwsException
 */
 publicstaticbyte[]encryptMD5(byte[]data)throwsException{

 MessageDigestmd5=MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
 md5.update(data);

 returnmd5.digest();

 }

通常我们不直接使用上述MD5加密。通常将MD5产生的字节数组交给BASE64再加密一把，得到相应的字符串。

SHA
SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法），数字签名等密码学应用中重要的工具，被广泛地应用于电子商务等信息安全领域。虽然，SHA与MD5通过碰撞法都被破解了， 但是SHA仍然是公认的安全加密算法，较之MD5更为安全。



通过java代码实现如下：

 /**
 *SHA加密
 *
 *@paramdata
 *@return
 *@throwsException
 */
 publicstaticbyte[]encryptSHA(byte[]data)throwsException{

 MessageDigestsha=MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
 sha.update(data);

 returnsha.digest();

 }
 }

HMAC
HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鉴别码，基于密钥的Hash算法的认证协议。消息鉴别码实现鉴别的原理是，用公开函数和密钥产生一个固定长度的值作为认证标识，用这个标识鉴别消息的完整性。使用一个密钥生成一个固定大小的小数据块，即MAC，并将其加入到消息中，然后传输。接收方利用与发送方共享的密钥进行鉴别认证等。



通过java代码实现如下：

 /**
 *初始化HMAC密钥
 *
 *@return
 *@throwsException
 */
 publicstaticStringinitMacKey()throwsException{
 KeyGeneratorkeyGenerator=KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);

 SecretKeysecretKey=keyGenerator.generateKey();
 returnencryptBASE64(secretKey.getEncoded());
 }

 /**
 *HMAC加密
 *
 *@paramdata
 *@paramkey
 *@return
 *@throwsException
 */
 publicstaticbyte[]encryptHMAC(byte[]data,Stringkey)throwsException{

 SecretKeysecretKey=newSecretKeySpec(decryptBASE64(key),KEY_MAC);
 Macmac=Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
 mac.init(secretKey);

 returnmac.doFinal(data);

 }

给出一个完整类，如下：

 importjava.security.MessageDigest;

 importjavax.crypto.KeyGenerator;
 importjavax.crypto.Mac;
 importjavax.crypto.SecretKey;

 importsun.misc.BASE64Decoder;
 importsun.misc.BASE64Encoder;

 /**
 *基础加密组件
 *
 *@author梁栋
 *@version1.0
 *@since1.0
 */
 publicabstractclassCoder{
 publicstaticfinalStringKEY_SHA="SHA";
 publicstaticfinalStringKEY_MD5="MD5";

 /**
 *MAC算法可选以下多种算法
 *
 *<pre>
 *HmacMD5
 *HmacSHA1
 *HmacSHA256
 *HmacSHA384
 *HmacSHA512
 *</pre>
 */
 publicstaticfinalStringKEY_MAC="HmacMD5";

 /**
 *BASE64解密
 *
 *@paramkey
 *@return
 *@throwsException
 */
 publicstaticbyte[]decryptBASE64(Stringkey)throwsException{
 return(newBASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
 }

 /**
 *BASE64加密
 *
 *@paramkey
 *@return
 *@throwsException
 */
 publicstaticStringencryptBASE64(byte[]key)throwsException{
 return(newBASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
 }

 /**
 *MD5加密
 *
 *@paramdata
 *@return
 *@throwsException
 */
 publicstaticbyte[]encryptMD5(byte[]data)throwsException{

 MessageDigestmd5=MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
 md5.update(data);

 returnmd5.digest();

 }

 /**
 *SHA加密
 *
 *@paramdata
 *@return
 *@throwsException
 */
 publicstaticbyte[]encryptSHA(byte[]data)throwsException{

 MessageDigestsha=MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
 sha.update(data);

 returnsha.digest();

 }

 /**
 *初始化HMAC密钥
 *
 *@return
 *@throwsException
 */
 publicstaticStringinitMacKey()throwsException{
 KeyGeneratorkeyGenerator=KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);

 SecretKeysecretKey=keyGenerator.generateKey();
 returnencryptBASE64(secretKey.getEncoded());
 }

 /**
 *HMAC加密
 *
 *@paramdata
 *@paramkey
 *@return
 *@throwsException
 */
 publicstaticbyte[]encryptHMAC(byte[]data,Stringkey)throwsException{

 SecretKeysecretKey=newSecretKeySpec(decryptBASE64(key),KEY_MAC);
 Macmac=Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
 mac.init(secretKey);

 returnmac.doFinal(data);

 }
 }

再给出一个测试类：

 importstaticorg.junit.Assert.*;

 importorg.junit.Test;

 /**
 *
 *@author梁栋
 *@version1.0
 *@since1.0
 */
 publicclassCoderTest{

 @Test
 publicvoidtest()throwsException{
 StringinputStr="简单加密";
 System.err.println("原文:\n"+inputStr);

 byte[]inputData=inputStr.getBytes();
 Stringcode=Coder.encryptBASE64(inputData);

 System.err.println("BASE64加密后:\n"+code);

 byte[]output=Coder.decryptBASE64(code);

 StringoutputStr=newString(output);

 System.err.println("BASE64解密后:\n"+outputStr);

 //验证BASE64加密解密一致性
 assertEquals(inputStr,outputStr);

 //验证MD5对于同一内容加密是否一致
 assertArrayEquals(Coder.encryptMD5(inputData),Coder
 .encryptMD5(inputData));

 //验证SHA对于同一内容加密是否一致
 assertArrayEquals(Coder.encryptSHA(inputData),Coder
 .encryptSHA(inputData));

 Stringkey=Coder.initMacKey();
 System.err.println("Mac密钥:\n"+key);

 //验证HMAC对于同一内容，同一密钥加密是否一致
 assertArrayEquals(Coder.encryptHMAC(inputData,key),Coder.encryptHMAC(
 inputData,key));

 BigIntegermd5=newBigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));
 System.err.println("MD5:\n"+md5.toString(16));

 BigIntegersha=newBigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));
 System.err.println("SHA:\n"+sha.toString(32));

 BigIntegermac=newBigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData,inputStr));
 System.err.println("HMAC:\n"+mac.toString(16));
 }
 }

控制台输出：

 原文:
 简单加密
 BASE64加密后:
 566A5Y2V5Yqg5a+G

 BASE64解密后:
 简单加密
 Mac密钥:
 uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke
 pBIpkd7QHg==

 MD5:
 -550b4d90349ad4629462113e7934de56
 SHA:
 91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn
 HMAC:
 2287d192387e95694bdbba2fa941009a

注意
编译时，可能会看到如下提示：

引用

警告：sun.misc.BASE64Decoder 是 Sun 的专用 API，可能会在未来版本中删除

import sun.misc.BASE64Decoder;
^
警告：sun.misc.BASE64Encoder 是 Sun 的专用 API，可能会在未来版本中删除

import sun.misc.BASE64Encoder;
^

BASE64Encoder和BASE64Decoder是非官方JDK实现类。虽然可以在JDK里能找到并使用，但是在API里查不到。JRE 中 sun 和 com.sun 开头包的类都是未被文档化的，他们属于 java, javax 类库的基础，其中的实现大多数与底层平台有关，一般来说是不推荐使用的。


BASE64的加密解密是双向的，可以求反解。
MD5、SHA以及HMAC是单向加密，任何数据加密后只会产生唯一的一个加密串，通常用来校验数据在传输过程中是否被修改。其中HMAC算法有一个密钥，增强了数据传输过程中的安全性，强化了算法外的不可控因素。
单向加密的用途主要是为了校验数据在传输过程中是否被修改。



相关链接：
Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC
Java加密技术（二）——对称加密DES&AES
Java加密技术（三）——PBE算法
Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA
Java加密技术（五）——非对称加密算法的由来DH
Java加密技术（六）——数字签名算法DSA
Java加密技术（七）——非对称加密算法最高ECC
Java加密技术（八）——数字证书
Java加密技术（九）——初探SSL
Java加密技术（十）——单向认证
Java加密技术（十一）——双向认证

Java加密技术（十二）——*.PFX(*.p12)&个人信息交换文件

转：http://snowolf.iteye.com/blog/379860