MD5加密和解密
MD5简介
Message Digest Algorithm MD5(中文名为消息摘要算法第五版)为计算机安全领域广泛使用的一种散列函数，用以提供消息的完整性保护。该算法的文件号为RFC 1321(R.Rivest,MIT Laboratory for Computer Science and RSA Data Security Inc. April 1992)。
MD5即Message-Digest Algorithm 5(信息-摘要算法5)，用于确保信息传输完整一致。是计算机广泛使用的杂凑算法之一(又译摘要算法、哈希算法)，主流编程语言普遍已有MD5实现。将数据(如汉字)运算为另一固定长度值，是杂凑算法的基础原理，MD5的前身有MD2、MD3和MD4。
MD5算法具有以下特点:
1、压缩性:任意长度的数据，算出的MD5值长度都是固定的。
2、容易计算:从原数据计算出MD5值很容易。
3、抗修改性:对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。
4、强抗碰撞:已知原数据和其MD5值，想找到一个具有相同MD5值的数据(即伪造数据)是非常困难的。
MD5的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密钥前被"压缩"成一种保密的格式(就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的十六进制数字串)。除了MD5以外，其中比较有名的还有sha-1、RIPEMD以及Haval等。
MD5应用
一致性验证
MD5的md5典型应用是对一段信息(Message)产生信息摘要(Message-Digest)，以防止被篡改。比如，在Unix下有很多软件在下载的时候都有一个文件名相同，文件扩展名为.md5的文件，在这个文件中通常只有一行文本，大致结构如:
MD5 (tanajiya.tar.gz) = 38b8c2c1093dd0fec383a9d9ac940515
- 这就是tanajiya.tar.gz文件的数字签名。MD5将整个文件当作一个大文本信息，通过其不可逆的字符串变换算法，产生了这个唯一的MD5信息摘要。为了让读者朋友对MD5的应用有个直观的认识，笔者以一个比方和一个实例来简要描述一下其工作过程:
- 大家都知道，地球上任何人都有自己独一无二的指纹，这常常成为司法机关鉴别罪犯身份最值得信赖的方法;与之类似，MD5就可以为任何文件(不管其大小、格式、数量)产生一
- 个同样独一无二的md5"数字指纹"，如果任何人对文件做了任何改动，其MD5值也就是对应的"数字指纹"都会发生变化。
- 我们常常在某些软件下载站点的某软件信息中看到其MD5值，它的作用就在于我们可以在下载该软件后，对下载回来的文件用专门的软件(如Windows MD5 Check等)做一次MD5校验，以确保我们获得的文件与该站点提供的文件为同一文件。
具体来说文件的MD5值就像是这个文件的"数字指纹"。每个文件的MD5值是不同的，如果任何人对文件做了任何改动，其MD5值也就是对应的"数字指纹"就会发生变化。比如下载服务器针对一个文件预先提供一个MD5值，用户下载完该文件后，用我这个算法重新计算下载文件的MD5值，通过比较这两个值是否相同，就能判断下载的文件是否出错，或者说下载的文件是否被篡改了。
利用MD5算法来进行文件校验的方案被大量应用到软件下载站、论坛数据库、系统文件安全等方面。
什么是Salt值？？？
我们知道，如果直接对密码进行散列，那么黑客可以对通过获得这个密码散列值，然后通过查散列值字典（例如MD5密码破解网站），得到某用户的密码。
加Salt可以一定程度上解决这一问题。所谓加Salt方法，就是加点“佐料”。其基本想法是这样的：当用户首次提供密码时（通常是注册时），由系统自动往这个密码里撒一些“佐料”，然后再散列。而当用户登录时，系统为用户提供的代码撒上同样的“佐料”，然后散列，再比较散列值，已确定密码是否正确。
这里的“佐料”被称作“Salt值”，这个值是由系统随机生成的，并且只有系统知道。这样，即便两个用户使用了同一个密码，由于系统为它们生成的salt值不同，他们的散列值也是不同的。即便黑客可以通过自己的密码和自己生成的散列值来找具有特定密码的用户，但这个几率太小了（密码和salt值都得和黑客使用的一样才行）。
模拟注册登录
加密工具类
package com.chinasofti.MD5Test.demo;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Arrays;
public class MyMD5Util {
private static final String HEX_NUMS_STR = "0123456789ABCDEF";
private static final Integer SALT_LENGTH = 12;
/**
* 将16进制字符串转换成字节数组
*/
public static byte[] hexStringToByte(String hex) {
int len = (hex.length() / 2);
byte[] result = new byte[len];
char[] hexChars = hex.toCharArray();
for (int i = 0; i < len; i++) {
int pos = i * 2;
result[i] = (byte) (HEX_NUMS_STR.indexOf(hexChars[pos]) << 4 | HEX_NUMS_STR.indexOf(hexChars[pos + 1]));
}
return result;
}
/**
* 将指定的byte数组转换成16进制的字符串
*/
public static String byteToHexString(byte[] b) {
StringBuffer hexString = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < b.length; i++) {
int y = b[i] & 0xFF;
String hex = Integer.toHexString(y);
if (hex.length() == 1) {
hex = "0" + hex;
}
hexString.append(hex.toUpperCase());
}
return hexString.toString();
}
/**
* 验证口令是否合法
*
* @param password
* @param passwordInDb
* @return
* @throws NoSuchAlgorithmException
* @throws UnsupportedEncodingException
*/
public static boolean validPassword(String password, String passwordInDb)
throws NoSuchAlgorithmException, UnsupportedEncodingException {
// 将16进制字符串格式口令转换成字节数组
byte[] pwdInDb = hexStringToByte(passwordInDb);
// 声明盐变量
byte[] salt = new byte[SALT_LENGTH];
// 将盐从数据库中保存的口令字节数组中提取出来
System.arraycopy(pwdInDb, 0, salt, 0, SALT_LENGTH);
// 创建消息摘要对象
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
// 将盐数据传入消息摘要对象
//md.update(salt);
// 将口令的数据传给消息摘要对象
md.update(password.getBytes("UTF-8"));
// 生成输入口令的消息摘要
byte[] digest = md.digest();
// 声明一个保存数据库中口令消息摘要的变量
byte[] digestInDb = new byte[pwdInDb.length - SALT_LENGTH];
// 取得数据库中口令的消息摘要
System.arraycopy(pwdInDb, SALT_LENGTH, digestInDb, 0, digestInDb.length);
// 比较根据输入口令生成的消息摘要和数据库中消息摘要是否相同
if (Arrays.equals(digest, digestInDb)) {
// 口令正确返回口令匹配消息
return true;
} else {
// 口令不正确返回口令不匹配消息
return false;
}
}
/**
* 获得加密后的16进制形式口令
*
* @throws NoSuchAlgorithmException
*
*/
public static String getEncryptedPwd(String passwrod) throws NoSuchAlgorithmException {
// 声明加密后的口令数组变量
byte[] pwd = null;
SecureRandom random = new SecureRandom();
byte[] salt = new byte[SALT_LENGTH];
random.nextBytes(salt);
MessageDigest md = null;
md = MessageDigest.getInstance("MD5");
md.update(passwrod.getBytes());
byte[] digest = md.digest();
// 因为要在口令的字节数组中存放盐，所以加上盐的字节长度
pwd = new byte[digest.length + SALT_LENGTH];
// 将盐的字节拷贝到生成的加密口令字节数组的前12个字节，以便在验证口令时取出盐
System.arraycopy(salt, 0, pwd, 0, SALT_LENGTH);
// 将消息摘要拷贝到加密口令字节数组从第13个字节开始的字节
System.arraycopy(digest, 0, pwd, SALT_LENGTH, digest.length);
// 将字节数组格式加密后的口令转化为16进制字符串格式的口令
return byteToHexString(pwd);
}
}
测试类
package com.chinasofti.MD5Test.demo;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class TestClient {
private static Map users = new HashMap();
public static void main(String[] args) {
String userName = "zyg";
String password = "123";
registerUser(userName, password);
userName = "changong";
password = "456";
registerUser(userName, password);
String loginUserId = "zyg";
String pwd = "123";
try {
if (loginValid(loginUserId, pwd)) {
System.out.println("欢迎登陆！！！");
} else {
System.out.println("口令错误，请重新输入！！！");
}
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
public static void registerUser(String userName, String password) {
String encryptedPwd = null;
try {
encryptedPwd = MyMD5Util.getEncryptedPwd(password);
users.put(userName, encryptedPwd);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
/**
* * 验证登陆 * *
*
* @param userName
* *
* @param password
* *
* @return *
* @throws UnsupportedEncodingException
* * @throws NoSuchAlgorithmException
*/
public static boolean loginValid(String userName, String password)
throws NoSuchAlgorithmException, UnsupportedEncodingException {
String pwdInDb = (String) users.get(userName);
if (null != pwdInDb) {
// 该用户存在
return MyMD5Util.validPassword(password, pwdInDb);
} else {
System.out.println("不存在该用户！！！");
return false;
}
}
}为何与0xff进行与运算（转）
在剖析该问题前请看如下代码
public static String bytes2HexString(byte[] b) {
String ret = "";
for (int i = 0; i < b.length; i++) {
String hex = Integer.toHexString(b[ i ] & 0xFF);
if (hex.length() == 1) {
hex = '0' + hex;
}
ret += hex.toUpperCase();
}
使用以下的语句,就可以区分使用&0xff和不使用的区别了
System.out.println(Integer.toBinaryString(b & 0xff)); 输出结果:000000000000000000000000 11010110
System.out.println(Integer.toBinaryString(b)); 输出结果: 111111111111111111111111 11010110
return ret;
}
代码解析:
注意这里b[ i ] & 0xFF将一个byte和 0xFF进行了与运算。
b[ i ] & 0xFF运算后得出的仍然是个int,那么为何要和 0xFF进行与运算呢?直接 Integer.toHexString(b[ i ]);
将byte强转为int不行吗?答案是不行的.
其原因在于:
1.byte的大小为8bits而int的大小为32bits
2.java的二进制采用的是补码形式
byte是一个字节保存的,有8个位,即8个0、1。
8位的第一个位是符号位,
也就是说0000 0001代表的是数字1
1000 0000代表的就是-1
所以正数最大位0111 1111,也就是数字127
负数最大为1111 1111,也就是数字-128
上面说的是二进制原码,但是在java中采用的是补码的形式,下面介绍下什么是补码
1、反码:
一个数如果是正,则它的反码与原码相同;
一个数如果是负,则符号位为1,其余各位是对原码取反;
举个例子:2 二进制吗为 00000010,因为是正数,所以其反码也是 00000010
如果是-2那么,就要把最高位变为1,其他7位按照其正数的位置取反。
2、补码:利用溢出,我们可以将减法变成加法:
对于十进制数,从9得到5可用减法:
9-4=5 因为4+6=10,我们可以将6作为4的补数
改写为加法:
+6=15(去掉高位1,也就是减10)得到5.
对于十六进制数,从c到5可用减法:
c-7=5 因为7+9=16 将9作为7的补数
改写为加法:
c+9=15(去掉高位1,也就是减16)得到5.
在计算机中,如果我们用1个字节表示一个数,一个字节有8位,超过8位就进1,在内存中情况为(100000000),进位1被丢弃。
⑴一个数为正,则它的原码、反码、补码相同
⑵一个数为负,刚符号位为1,其余各位是对原码取反,然后整个数加1
- 1的原码为 10000001
- 1的反码为 11111110
+ 1
- 1的补码为 11111111
0的原码为 00000000
0的反码为 11111111(正零和负零的反码相同)
+1
0的补码为 100000000(舍掉打头的1,正零和负零的补码相同)
Integer.toHexString的参数是int,如果不进行&0xff,那么当一个byte会转换成int时,由于int是32位,
而byte只有8位这时会进行补位,例如补码11111111的十进制数为-1
转换为int时变为11111111 11111111 11111111 11111111好多1啊,呵呵!
即0xffffffff但是这个数是不对的,这种补位就会造成误差。
和0xff相与后,高24比特就会被清0了,结果就对了。
Java中的一个byte,其范围是-128~127的,而Integer.toHexString的参数本来是int,如果不进行&0xff,
那么当一个byte会转换成int时,对于负数,会做位扩展,举例来说,一个byte的-1(即0xff),
会被转换成int的-1(即0xffffffff),那么转化出的结果就不是我们想要的了。
而0xff默认是整形,所以,一个byte跟0xff相与会先将那个byte转化成整形运算,这样,
结果中的高的24个比特就总会被清0,于是结果总是我们想要的。
0xFF (十进制1)
二进制码:00000000 00000000 00000000 11111111
与 0xff 做 & 运算会将 byte 值变成 int 类型的值,也将 -128~0 间的负值都转成正值了。
char c = (char)-1 & 0xFF;
char d = (char)-1;
System.out.println((int)c); 255
System.out.println((int)d); 65535
java中的數值是int,所以0xFF是int,而byte是有符號數,int亦然,直接由byte升為int,符號自動擴展,
而進行了& 0xFF後,就把符號問題忽略掉了,將byte以純0/1地引用其內容,所以要0xFF,不是多餘的,
你用一些Stream讀取文件的byte就知道了,我昨天搞了一天,就不明白為什麼讀出來的數某些byte會
在移位後錯誤的,就是因為這個原因.
把number转换为二进制,只取最低的8位(bit)。因为0xff二进制就是1111 1111
& 运算是,如果对应的两个bit都是1,则那个bit结果为1,否则为0.
比如 1010 & 1101 = 1000 (二进制)
由于0xff最低的8位是1,因此number中低8位中的&之后,如果原来是1,结果还是1,原来是0,结果位还
是0.高于8位的,0xff都是0,所以无论是0还是1,结果都是0.