Java加密技术（一）单向加密算法MD5&SHA&MAC与BASE64

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 
     * sun.misc.BASE64Encoder 是sun内部使用类，并没有在java api中公开过，
     * 所以使用这些方法是不安全的，将来随时可能会从中去除，所以相应的应该使用替代的对象及方法
     * org.apache.commons.codec.binary.Base64类
     * @param key 
     * @return 
     * @throws Exception 
     */  
    public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {  
        return (new sun.misc.BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);  
    }  
  
    /** 
     * BASE64加密 
     * sun.misc.BASE64Encoder 是sun内部使用类，并没有在java api中公开过，
     * 所以使用这些方法是不安全的，将来随时可能会从中去除，所以相应的应该使用替代的对象及方法
     * org.apache.commons.codec.binary.Base64类
     * @param key 
     * @return 
     * @throws Exception 
     */  
    public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {  
        return (new sun.misc.BASE64Encoder()).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或者sha-1加密 
     *  
     * @param str 
     *            要加密的内容 
     * @param algorithmName 
     *            加密算法名称：md5或者sha-1，不区分大小写 
     * @return 
     * @throws NoSuchAlgorithmException 
     */  
    private static String encrypt(String str, String algorithmName) throws Exception {  
        MessageDigest m = MessageDigest.getInstance(algorithmName);  
        m.update(str.getBytes(/*"UTF8"*/));  
        byte s[] = m.digest();  
        return Hex.encodeHexString(s);  
    }

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。  

 

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 
     * @throws Exception 
     */  
    public static String initMacKey(){  
        try {
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);  
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();  
            return Base64.encodeBase64String(secretKey.getEncoded());
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;  
    }  
  
    /** 
     * HMAC加密 
     *  
     * @param data 
     * @param key 
     * @return 
     * @throws NoSuchAlgorithmException 
     * @throws InvalidKeyException 
     * @throws Exception 
     */  
    public static String encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception{  
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(Base64.decodeBase64(key), KEY_MAC); 
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());  
        mac.init(secretKey);
        byte s[] = mac.doFinal(data);  
        return Hex.encodeHexString(s);
    }

给出一个完整类，如下： 

package com.somnus.cipher;

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

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;

/** 单向加密算法MD5&SHA&MAC
 * @description: TODO 
 * @author Somnus
 * date 2015年4月3日 下午4:17:51  
 */
public class MD5Util {
    public static final String KEY_MD5 = "MD5";
    public static final String KEY_SHA = "SHA";
    /** 
     * MAC算法可选以下多种算法 
     *  
     * <pre> 
     * HmacMD5  
     * HmacSHA1  
     * HmacSHA256  
     * HmacSHA384  
     * HmacSHA512 
     * </pre> 
     */  
    public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";
  
    /**
     * md5加密  
     * @param str
     * @return
     * @throws NoSuchAlgorithmException 
     */
    public static String md5(String str) throws Exception {  
        return encrypt(str, KEY_MD5);  
    }  
  
    /**
     * sha加密  
     * @param str
     * @return
     * @throws NoSuchAlgorithmException 
     */
    public static String sha(String str) throws Exception {  
        return encrypt(str, KEY_SHA);  
    }  
  
    /** 
     * md5或者sha-1加密 
     *  
     * @param str 
     *            要加密的内容 
     * @param algorithmName 
     *            加密算法名称：md5或者sha-1，不区分大小写 
     * @return 
     * @throws NoSuchAlgorithmException 
     */  
    private static String encrypt(String str, String algorithmName) throws Exception {  
        MessageDigest m = MessageDigest.getInstance(algorithmName);  
        m.update(str.getBytes(/*"UTF8"*/));  
        byte s[] = m.digest();  
        return Hex.encodeHexString(s);  
    }
    
    /** 
     * 初始化HMAC密钥 
     *  
     * @return 
     * @throws Exception 
     */  
    public static String initMacKey(){  
        try {
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);  
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();  
            return Base64.encodeBase64String(secretKey.getEncoded());
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;  
    }  
  
    /** 
     * HMAC加密 
     *  
     * @param data 
     * @param key 
     * @return 
     * @throws NoSuchAlgorithmException 
     * @throws InvalidKeyException 
     * @throws Exception 
     */  
    public static String encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception{  
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(Base64.decodeBase64(key), KEY_MAC); 
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());  
        mac.init(secretKey);
        byte s[] = mac.doFinal(data);  
        return Hex.encodeHexString(s);
    }
  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        //md5加密测试  
        String md5_1 = md5("Somnus");  
        System.out.println(md5_1);  
        System.out.println("md5 length: " + md5_1.length());  
        //sha加密测试  
        String sha_1 = sha("Somnus");  
        System.out.println(sha_1);  
        System.out.println("sha length: " + sha_1.length());
        //HMAC加密 测试
        String key = initMacKey();  
        System.err.println("Mac密钥:" + key);
        
        String hmac = encryptHMAC("Somnus".getBytes(),key);
        System.out.println(hmac);  
        System.out.println("hmac length: " + hmac.length());
    }
}

控制台输出：

44e732e404268ff29c87628ef3a3e5d3
md5 length: 32
1754770a788621a887b7e3dd4ed7a1bb4256e723
sha length: 40
Mac密钥:Qj/Hwr7IywntEIdVsdjkVvtHMcXiQSrzMoUV8FbEc3z7VLAYhnq3zRvTJ+m/KE5zKIXnRMyG5no7WbhaLTAvMQ==
7ab263c4262470d6ccc16915d5b58c81
hmac length: 32

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。