java生成MD5校验码及算法实现
在Java中，java.security.MessageDigest （rt.jar中）已经定义了 MD5 的计算，所以我们只需要简单地调用即可得到 MD5 的128 位整数。然后将此 128 位计 16 个字节转换成 16 进制表示即可。
下面是一个可生成字符串或文件MD5校验码的例子，测试过，可当做工具类直接使用，其中最主要的是getMD5String(String s)和getFileMD5String(File file)两个方法，分别用于生成字符串的md5校验值和生成文件的md5校验值。
package com.winncyrus.md5test;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.security.MessageDigest;
public class MD5Util {
/**
* 默认的密码字符串组合，用来将字节转换成 16 进制表示的字符,apache校验下载的文件的正确性用的就是默认的这个组合
*/
protected static char hexDigits[] = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6',
'7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f' };
protected static MessageDigest messagedigest = null;
static {
try {
// 如果要使用SHA-1加密，使用 messagedigest = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
messagedigest = MessageDigest.getInstance("md5");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 生成字符串的md5校验值
*
* @param s
* @return
*/
public static String getMD5String(String s) {
return getMD5String(s.getBytes());
}
/**
* 判断字符串的md5校验码是否与一个已知的md5码相匹配
*
* @param password 要校验的字符串
* @param md5PwdStr 已知的md5校验码
* @return
*/
public static boolean checkPassword(String password, String md5PwdStr) {
String s = getMD5String(password);
return s.equals(md5PwdStr);
}
/**
* 生成文件的md5校验值
*
* @param file
* @return
* @throws IOException
*/
public static String getFileMD5String(File file) throws IOException {
InputStream fis;
fis = new FileInputStream(file);
byte[] buffer = new byte[1024];
int numRead = 0;
while ((numRead = fis.read(buffer)) > 0) {
messagedigest.update(buffer, 0, numRead);
}
fis.close();
return bufferToHex(messagedigest.digest());
}
public static String getMD5String(byte[] bytes) {
messagedigest.update(bytes);
return bufferToHex(messagedigest.digest());
}
private static String bufferToHex(byte bytes[]) {
return bufferToHex(bytes, 0, bytes.length);
}
private static String bufferToHex(byte bytes[], int m, int n) {
StringBuffer stringbuffer = new StringBuffer(2 * n);
int k = m + n;
for (int l = m; l < k; l++) {
appendHexPair(bytes[l], stringbuffer);
}
return stringbuffer.toString();
}
private static void appendHexPair(byte bt, StringBuffer stringbuffer) {
// 取字节中高 4 位
char c0 = hexDigits[(bt & 0xf0) >> 4];
// 取字节中低 4 位
char c1 = hexDigits[bt & 0xf];
stringbuffer.append(c0);
stringbuffer.append(c1);
}
}
MD5的全称是Message-digest Algorithm 5（信息-摘要算法），用于确保信息传输完整一致。90年代初由MIT的计算机科学实验室和RSA Data Security Inc的Ronald L. Rivest开发出来，经MD2、MD3和MD4发展而来。
任何一个字符串或文件，无论是可执行程序、图像文件、临时文件或者其他任何类型的文件，也不管它体积多大，都有且只有一个独一无二的MD5信息码，并且如果这个文件被修改过，它的MD5码也将随之改变。
Message-Digest泛指字节串(Message)的Hash变换，就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的大整数。注意这里说的是“字节串”而不是“字符串”，因为这种变换只与字节的值有关，与字符集或编码方式无关。
MD5用的是哈希函数，在计算机网络中应用较多的不可逆加密算法有RSA公司发明的MD5算法和由美国国家技术标准研究所建议的安全散列算法SHA。
MD5将任意长度的“字节串”变换成一个128bit的大整数，并且它是一个不可逆的字符串变换算法，换句话说就是，即使你看到源程序和算法描述，也无法将一个MD5的值变换回原始的字符串，从数学原理上说，是因为原始的字符串有无穷多个，这有点象不存在反函数的数学函数。所以，要遇到了md5密码的问题，比较好的办法是：你可以用这个系统中的md5()函数重新设一个密码，如admin，把生成的一串密码的Hash值覆盖原来的Hash值就行了。
MD5的典型应用是对一段Message(字节串)产生fingerprint(指纹)，以防止被“篡改”。举个例子，你将一段话写在一个叫 readme.txt文件中，并对这个readme.txt产生一个MD5的值并记录在案，然后你可以传播这个文件给别人，别人如果修改了文件中的任何内容，你对这个文件重新计算MD5时就会发现（两个MD5值不相同）。如果再有一个第三方的认证机构，用MD5还可以防止文件作者的“抵赖”，这就是所谓的数字签名应用。
MD5还广泛用于操作系统的登陆认证上，如Unix、各类BSD系统登录密码、数字签名等诸多方。如在UNIX系统中用户的密码是以 MD5（或其它类似的算法）经Hash运算后存储在文件系统中。当用户登录的时候，系统把用户输入的密码进行MD5 Hash运算，然后再去和保存在文件系统中的MD5值进行比较，进而确定输入的密码是否正确。通过这样的步骤，系统在并不知道用户密码的明码的情况下就可以确定用户登录系统的合法性。这可以避免用户的密码被具有系统管理员权限的用户知道。
现在被黑客使用最多的一种破译密码的方法就是一种被称为"跑字典"的方法。有两种方法得到字典，一种是日常搜集的用做密码的字符串表，另一种是用排列组合方法生成的，先用MD5程序计算出这些字典项的MD5值，然后再用目标的MD5值在这个字典中检索。我们假设密码的最大长度为8位字节（8 Bytes），同时密码只能是字母和数字，共26+26+10=62个字符，排列组合出的字典的项数则是 P(62,1)+P(62,2)….+P(62,8)，那也已经是一个很天文的数字了，存储这个字典就需要TB级的磁盘阵列，而且这种方法还有一个前提，就是能获得目标账户的密码MD5值的情况下才可以。这种加密技术被广泛的应用于UNIX系统中，这也是为什么UNIX系统比一般操作系统更为坚固一个重要原因。
MD5算法
md5算法定义在RFC 1321中，由Ron Rivest（RSA公司）在1992年提出。然而很多学者已经找出了构造md5冲突的方法。这些人中包括中国山东大学的王教授和Hans Dobbertin。所以，单纯使用md5的信息认证模式变得不可靠了。但并不是说md5不能够使用。
MD5以512位分组来处理输入的信息，且每一分组又被划分为16个32位子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由四个32位分组组成，将这四个32位分组级联后将生成一个128位散列值。
MD5算法的计算步骤：
1.通过添加一个1和若干个0的方式，把输入数据长度（按照字节算）变成64m+56
2.添加8个字节到输入数据中去，这样输入数据长度变成了64的倍数
3.把数据划分成块，每块64个字节
4.初始情况下，输出为：
m_state[0] = 0x67452301L;
m_state[1] = 0xefcdab89L;
m_state[2] = 0x98badcfeL;
m_state[3] = 0x10325476L;
5.分别对每块进行计算。输出最后结果。
MD5的算法在RFC1321中实际上已经提供了C的实现，需要注意的是，很多早期的C编译器的int类型是16 bit的，MD5使用了unsigned long int，并认为它是32bit的无符号整数。而在Java中int是32 bit的，long是64 bit的。在MD5的C实现中，使用了大量的位操作。这里需要指出的一点是，尽管Java提供了位操作，由于Java没有unsigned类型，对于右移位操作多提供了一个无符号右移：>>>，等价于C中的 >> 对于unsigned 数的处理。
下面是一个MD5算法的Java实现：
package com.why.md5;
/*******************************************************************************
* MD5_SRC 类实现了RSA Data Security, Inc.在提交给IETF的RFC1321中的MD5_SRC message-digest
* 算法。
******************************************************************************/
public class MD5_SRC {
/*
* 下面这些S11-S44实际上是一个4*4的矩阵，在原始的C实现中是用#define 实现的， 这里把它们实现成为static
* final是表示了只读，且能在同一个进程空间内的多个 Instance间共享
*/
static final int S11 = 7;
static final int S12 = 12;
static final int S13 = 17;
static final int S14 = 22;
static final int S21 = 5;
static final int S22 = 9;
static final int S23 = 14;
static final int S24 = 20;
static final int S31 = 4;
static final int S32 = 11;
static final int S33 = 16;
static final int S34 = 23;
static final int S41 = 6;
static final int S42 = 10;
static final int S43 = 15;
static final int S44 = 21;
static final byte[] PADDING = { -128, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 };
/*
* 下面的三个成员是keyBean计算过程中用到的3个核心数据，在原始的C实现中 被定义到keyBean_CTX结构中
*/
private long[] state = new long[4]; // state (ABCD)
private long[] count = new long[2]; // number of bits, modulo 2^64 (lsb first)
private byte[] buffer = new byte[64]; // input buffer
/*
* digestHexStr是keyBean的唯一一个公共成员，是最新一次计算结果的 16进制ASCII表示.
*/
public String digestHexStr;
/*
* digest,是最新一次计算结果的2进制内部表示，表示128bit的keyBean值.
*/
private byte[] digest = new byte[16];
/*
* getkeyBeanofStr是类keyBean最主要的公共方法，入口参数是你想要进行keyBean变换的字符串
* 返回的是变换完的结果，这个结果是从公共成员digestHexStr取得的．
*/
public String getkeyBeanofStr(String inbuf) {
keyBeanInit();
keyBeanUpdate(inbuf.getBytes(), inbuf.length());
keyBeanFinal();
digestHexStr = "";
for (int i = 0; i < 16; i++) {
digestHexStr += byteHEX(digest[i]);
}
return digestHexStr;
}
// 这是keyBean这个类的标准构造函数，JavaBean要求有一个public的并且没有参数的构造函数
public MD5_SRC() {
keyBeanInit();
return;
}
/* keyBeanInit是一个初始化函数，初始化核心变量，装入标准的幻数 */
private void keyBeanInit() {
count[0] = 0L;
count[1] = 0L;
// /* Load magic initialization constants.
state[0] = 0x67452301L;
state[1] = 0xefcdab89L;
state[2] = 0x98badcfeL;
state[3] = 0x10325476L;
return;
}
/*
* F, G, H ,I 是4个基本的keyBean函数，在原始的keyBean的C实现中，由于它们是
* 简单的位运算，可能出于效率的考虑把它们实现成了宏，在java中，我们把它们 实现成了private方法，名字保持了原来C中的。
*/
private long F(long x, long y, long z) {
return (x & y) | ((~x) & z);
}
private long G(long x, long y, long z) {
return (x & z) | (y & (~z));
}
private long H(long x, long y, long z) {
return x ^ y ^ z;
}
private long I(long x, long y, long z) {
return y ^ (x | (~z));
}
/*
* FF,GG,HH和II将调用F,G,H,I进行近一步变换 FF, GG, HH, and II transformations for
* rounds 1, 2, 3, and 4. Rotation is separate from addition to prevent
* recomputation.
*/
private long FF(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
a += F(b, c, d) + x + ac;
a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));
a += b;
return a;
}
private long GG(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
a += G(b, c, d) + x + ac;
a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));
a += b;
return a;
}
private long HH(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
a += H(b, c, d) + x + ac;
a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));
a += b;
return a;
}
private long II(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
a += I(b, c, d) + x + ac;
a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));
a += b;
return a;
}
/*
* keyBeanUpdate是keyBean的主计算过程，inbuf是要变换的字节串，inputlen是长度，这个
* 函数由getkeyBeanofStr调用，调用之前需要调用keyBeaninit，因此把它设计成private的
*/
private void keyBeanUpdate(byte[] inbuf, int inputLen) {
int i, index, partLen;
byte[] block = new byte[64];
index = (int) (count[0] >>> 3) & 0x3F;
// /* Update number of bits */
if ((count[0] += (inputLen << 3)) < (inputLen << 3))
count[1]++;
count[1] += (inputLen >>> 29);
partLen = 64 - index;
// Transform as many times as possible.
if (inputLen >= partLen) {
keyBeanMemcpy(buffer, inbuf, index, 0, partLen);
keyBeanTransform(buffer);
for (i = partLen; i + 63 < inputLen; i += 64) {
keyBeanMemcpy(block, inbuf, 0, i, 64);
keyBeanTransform(block);
}
index = 0;
} else
i = 0;
// /* Buffer remaining input */
keyBeanMemcpy(buffer, inbuf, index, i, inputLen - i);
}
/*
* keyBeanFinal整理和填写输出结果
*/
private void keyBeanFinal() {
byte[] bits = new byte[8];
int index, padLen;
// /* Save number of bits */
Encode(bits, count, 8);
// /* Pad out to 56 mod 64.
index = (int) (count[0] >>> 3) & 0x3f;
padLen = (index < 56) ? (56 - index) : (120 - index);
keyBeanUpdate(PADDING, padLen);
// /* Append length (before padding) */
keyBeanUpdate(bits, 8);
// /* Store state in digest */
Encode(digest, state, 16);
}
/*
* keyBeanMemcpy是一个内部使用的byte数组的块拷贝函数，从input的inpos开始把len长度的
* 字节拷贝到output的outpos位置开始
*/
private void keyBeanMemcpy(byte[] output, byte[] input, int outpos,
int inpos, int len) {
int i;
for (i = 0; i < len; i++)
output[outpos + i] = input[inpos + i];
}
/*
* keyBeanTransform是keyBean核心变换程序，由keyBeanUpdate调用，block是分块的原始字节
*/
private void keyBeanTransform(byte block[]) {
long a = state[0], b = state[1], c = state[2], d = state[3];
long[] x = new long[16];
Decode(x, block, 64);
/* Round 1 */
a = FF(a, b, c, d, x[0], S11, 0xd76aa478L); /* 1 */
d = FF(d, a, b, c, x[1], S12, 0xe8c7b756L); /* 2 */
c = FF(c, d, a, b, x[2], S13, 0x242070dbL); /* 3 */
b = FF(b, c, d, a, x[3], S14, 0xc1bdceeeL); /* 4 */
a = FF(a, b, c, d, x[4], S11, 0xf57c0fafL); /* 5 */
d = FF(d, a, b, c, x[5], S12, 0x4787c62aL); /* 6 */
c = FF(c, d, a, b, x[6], S13, 0xa8304613L); /* 7 */
b = FF(b, c, d, a, x[7], S14, 0xfd469501L); /* 8 */
a = FF(a, b, c, d, x[8], S11, 0x698098d8L); /* 9 */
d = FF(d, a, b, c, x[9], S12, 0x8b44f7afL); /* 10 */
c = FF(c, d, a, b, x[10], S13, 0xffff5bb1L); /* 11 */
b = FF(b, c, d, a, x[11], S14, 0x895cd7beL); /* 12 */
a = FF(a, b, c, d, x[12], S11, 0x6b901122L); /* 13 */
d = FF(d, a, b, c, x[13], S12, 0xfd987193L); /* 14 */
c = FF(c, d, a, b, x[14], S13, 0xa679438eL); /* 15 */
b = FF(b, c, d, a, x[15], S14, 0x49b40821L); /* 16 */
/* Round 2 */
a = GG(a, b, c, d, x[1], S21, 0xf61e2562L); /* 17 */
d = GG(d, a, b, c, x[6], S22, 0xc040b340L); /* 18 */
c = GG(c, d, a, b, x[11], S23, 0x265e5a51L); /* 19 */
b = GG(b, c, d, a, x[0], S24, 0xe9b6c7aaL); /* 20 */
a = GG(a, b, c, d, x[5], S21, 0xd62f105dL); /* 21 */
d = GG(d, a, b, c, x[10], S22, 0x2441453L); /* 22 */
c = GG(c, d, a, b, x[15], S23, 0xd8a1e681L); /* 23 */
b = GG(b, c, d, a, x[4], S24, 0xe7d3fbc8L); /* 24 */
a = GG(a, b, c, d, x[9], S21, 0x21e1cde6L); /* 25 */
d = GG(d, a, b, c, x[14], S22, 0xc33707d6L); /* 26 */
c = GG(c, d, a, b, x[3], S23, 0xf4d50d87L); /* 27 */
b = GG(b, c, d, a, x[8], S24, 0x455a14edL); /* 28 */
a = GG(a, b, c, d, x[13], S21, 0xa9e3e905L); /* 29 */
d = GG(d, a, b, c, x[2], S22, 0xfcefa3f8L); /* 30 */
c = GG(c, d, a, b, x[7], S23, 0x676f02d9L); /* 31 */
b = GG(b, c, d, a, x[12], S24, 0x8d2a4c8aL); /* 32 */
/* Round 3 */
a = HH(a, b, c, d, x[5], S31, 0xfffa3942L); /* 33 */
d = HH(d, a, b, c, x[8], S32, 0x8771f681L); /* 34 */
c = HH(c, d, a, b, x[11], S33, 0x6d9d6122L); /* 35 */
b = HH(b, c, d, a, x[14], S34, 0xfde5380cL); /* 36 */
a = HH(a, b, c, d, x[1], S31, 0xa4beea44L); /* 37 */
d = HH(d, a, b, c, x[4], S32, 0x4bdecfa9L); /* 38 */
c = HH(c, d, a, b, x[7], S33, 0xf6bb4b60L); /* 39 */
b = HH(b, c, d, a, x[10], S34, 0xbebfbc70L); /* 40 */
a = HH(a, b, c, d, x[13], S31, 0x289b7ec6L); /* 41 */
d = HH(d, a, b, c, x[0], S32, 0xeaa127faL); /* 42 */
c = HH(c, d, a, b, x[3], S33, 0xd4ef3085L); /* 43 */
b = HH(b, c, d, a, x[6], S34, 0x4881d05L); /* 44 */
a = HH(a, b, c, d, x[9], S31, 0xd9d4d039L); /* 45 */
d = HH(d, a, b, c, x[12], S32, 0xe6db99e5L); /* 46 */
c = HH(c, d, a, b, x[15], S33, 0x1fa27cf8L); /* 47 */
b = HH(b, c, d, a, x[2], S34, 0xc4ac5665L); /* 48 */
/* Round 4 */
a = II(a, b, c, d, x[0], S41, 0xf4292244L); /* 49 */
d = II(d, a, b, c, x[7], S42, 0x432aff97L); /* 50 */
c = II(c, d, a, b, x[14], S43, 0xab9423a7L); /* 51 */
b = II(b, c, d, a, x[5], S44, 0xfc93a039L); /* 52 */
a = II(a, b, c, d, x[12], S41, 0x655b59c3L); /* 53 */
d = II(d, a, b, c, x[3], S42, 0x8f0ccc92L); /* 54 */
c = II(c, d, a, b, x[10], S43, 0xffeff47dL); /* 55 */
b = II(b, c, d, a, x[1], S44, 0x85845dd1L); /* 56 */
a = II(a, b, c, d, x[8], S41, 0x6fa87e4fL); /* 57 */
d = II(d, a, b, c, x[15], S42, 0xfe2ce6e0L); /* 58 */
c = II(c, d, a, b, x[6], S43, 0xa3014314L); /* 59 */
b = II(b, c, d, a, x[13], S44, 0x4e0811a1L); /* 60 */
a = II(a, b, c, d, x[4], S41, 0xf7537e82L); /* 61 */
d = II(d, a, b, c, x[11], S42, 0xbd3af235L); /* 62 */
c = II(c, d, a, b, x[2], S43, 0x2ad7d2bbL); /* 63 */
b = II(b, c, d, a, x[9], S44, 0xeb86d391L); /* 64 */
state[0] += a;
state[1] += b;
state[2] += c;
state[3] += d;
}
/*
* Encode把long数组按顺序拆成byte数组，因为java的long类型是64bit的，只拆低32bit，以适应原始C实现的用途
*/
private void Encode(byte[] output, long[] input, int len) {
int i, j;
for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4) {
output[j] = (byte) (input[i] & 0xffL);
output[j + 1] = (byte) ((input[i] >>> 8) & 0xffL);
output[j + 2] = (byte) ((input[i] >>> 16) & 0xffL);
output[j + 3] = (byte) ((input[i] >>> 24) & 0xffL);
}
}
/*
* Decode把byte数组按顺序合成成long数组，因为java的long类型是64bit的，
* 只合成低32bit，高32bit清零，以适应原始C实现的用途
*/
private void Decode(long[] output, byte[] input, int len) {
int i, j;
for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4)
output[i] = b2iu(input[j]) | (b2iu(input[j + 1]) << 8)
| (b2iu(input[j + 2]) << 16) | (b2iu(input[j + 3]) << 24);
return;
}
/*
* b2iu是我写的一个把byte按照不考虑正负号的原则的”升位”程序，因为java没有unsigned运算
*/
public static long b2iu(byte b) {
return b < 0 ? b & 0x7F + 128 : b;
}
/*
* byteHEX()，用来把一个byte类型的数转换成十六进制的ASCII表示，
* 因为java中的byte的toString无法实现这一点，我们又没有C语言中的 sprintf(outbuf,"%02X",ib)
*/
public static String byteHEX(byte ib) {
char[] Digit = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'A',
'B', 'C', 'D', 'E', 'F' };
char[] ob = new char[2];
ob[0] = Digit[(ib >>> 4) & 0X0F];
ob[1] = Digit[ib & 0X0F];
String s = new String(ob);
return s;
}
public static void main(String args[]) {
MD5_SRC m = new MD5_SRC();
System.out.println("keyBean Test suite:");
System.out.println("keyBean(\"\"):"+m.getkeyBeanofStr(""));
System.out.println("keyBean(\"a\"):"+m.getkeyBeanofStr("a"));
System.out.println("keyBean(\"abc\"):"+m.getkeyBeanofStr("abc"));
System.out.println("keyBean(\"message digest\"):"+m.getkeyBeanofStr("message digest"));
System.out.println("keyBean(\"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz\"):"+
m.getkeyBeanofStr("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"));
System.out.println("keyBean(\"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789\"):"+
m.getkeyBeanofStr("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789"));
}
}
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另外还有一种加密算法：SHA1
是由NIST NSA设计为同DSA一起使用的，它对长度小于264的输入，产生长度为160bit的散列值，因此抗穷举(brute-force)性更好。SHA-1 设计时基于和MD4相同原理,并且模仿了该算法。SHA-1是由美国标准技术局（NIST）颁布的国家标准，是一种应用最为广泛的hash函数算法，也是目前最先进的加密技术，被政府部门和私营业主用来处理敏感的信息。而SHA-1基于MD5，MD5又基于MD4。
两者区别：SHA-1基于MD5，生成160位散列值，比MD5多32位，理论上更安全些，但MD5还广泛使用的原因，我猜测是MD5已经足够安全了，而且效率上可能会比SHA-1高些，毕竟多了32位嘛。