密码学认知
认知
密码锁，古墓
天王盖地虎，。。。。。
美国的摩尔斯在1844年发明的，故也被叫做摩尔斯电码。
银行，手机，游戏
步骤
- 将消息摘要转换成位字符串
我们以“abc”字符串来说明问题，因为'a'=97, 'b'=98, 'c'=99，所以将其转换为位串后为：
01100001 01100010 01100011
对转换后的位字符串进行补位操作
Sha-1算法标准规定，必须对消息摘要进行补位操作，即将输入的数据进行填充，使得数据长度对512求余的结果为448 ，填充比特位的最高位补一个1，其余的位补0，如果在补位之前已经满足对512取模余数为448，也要进行补位，在其后补一位1即可。 总之，补位是至少补一位，最多补512位，我们依然以“abc”为例，其补位过程如下：
初始的信息摘要：01100001 01100010 01100011
第一步补位： 01100001 01100010 01100011 1
..... ......
补位最后一位： 01100001 01100010 01100011 10.......0(后面补了423个0)
而后我们将补位操作后的信息摘要转换为十六进制，如下所示：
61626380 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000附加长度值
在信息摘要后面附加64bit的信息，用来表示原始信息摘要的长度，在这步操作之后，信息报文便是512bit的倍数。通常来说用一个64位的数据表示原始消息的长度，如果消息长度不大于2^64，那么前32bit就为0，在进行附加长度值操作后，其“abc”数据报文即变成如下形式：
61626380 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000018
因为“abc”占3个字节，即24位 ，换算为十六进制即为0x18初始化缓存
一个160位MD缓冲区用以保存中间和最终散列函数的结果。它可以表示为5个32位的寄存器(H0,H1,H2,H3,H4)。初始化为：
H0 = 0x67452301
H1 = 0xEFCDAB89
H2 = 0x98BADCFE
H3 = 0x10325476
H4 = 0xC3D2E1F0
大端存储模式：高位数据放在低地址，低位数据放在高地址计算消息摘要
S函数
循环左移操作符Sn(x),x是一个字，也就是32bit大小的变量，n是一个整数且0<=n<=32。Sn(X) = (X<
常量字k(0)、k(1)、...k(79)
Kt = 0x5A827999 (0 <= t <= 19)
Kt = 0x6ED9EBA1 (20 <= t <= 39)
Kt = 0x8F1BBCDC (40 <= t <= 59)
Kt = 0xCA62C1D6 (60 <= t <= 79)
非线性函数
所要用到的一系列函数
Ft(b,c,d) ((b&c)|((~b)&d)) (0 <= t <= 19)
Ft(b,c,d) (bcd) (20 <= t <= 39)
Ft(b,c,d) ((b&c)|(b&d)|(c&d)) (40 <= t <= 59)
Ft(b,c,d) (bcd) (60 <= t <= 79)
根据结果无法反推
开始计算摘要
计算需要一个缓冲区，由5个32位的字组成，还需要一个80个32位字的缓冲区。第一个5个字的缓冲区被标识为A，B，C，D，E。80个字的缓冲区被标识为W0, W1,..., W79
另外还需要一个一个字的TEMP缓冲区。
为了产生消息摘要，在补好位的数据中前16个字的数据块M1, M2,..., Mn
会依次进行处理，处理每个数据块Mi 包含80个步骤。
现在开始处理M1, M2, ... , Mn。为了处理 Mi,需要进行下面的步骤
(1). 将 Mi 分成 16 个字 W0, W1, ... , W15, W0 是最左边的字
(2). 对于 t = 16 到 79 令 Wt = S1(Wt-3 XOR Wt-8 XOR Wt- 14 XOR Wt-16).
(3). 令 A = H0, B = H1, C = H2, D = H3, E = H4.
(4) 对于 t = 0 到 79，执行下面的循环
TEMP = S5(A) + ft(B,C,D) + E + Wt + Kt;
E = D; D = C; C = S30(B); B = A; A = TEMP;
(5). 令 H0 = H0 + A, H1 = H1 + B, H2 = H2 + C, H3 = H3 + D, H4 = H4 + E.
在处理完所有的 Mn, 后，消息摘要是一个160位的字符串，以下面的顺序标识
H0 H1 H2 H3 H4.
代码
import org.junit.Test;
public class sha1 {
//1.准备工作
public static final int[] abcde = {
0x67452301,
0xEFCDAB89,
0x98BADCFE,
0x10325476,
0xC3D2E1F0
};
//存储再要数据的数组 存放密文的 20个字节*8 = 160
public static int[] h = new int[5];
//计算过程中需要用到的临时数据存储数组
public static int[] m = new int[80];
//定于辅助方法
/**
* 将字符转换为16进制字符串
*/
public static String byteToHexString(byte b) {
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[(b >>> 4) & 0x0f];
ob[1] = digit[b & 0x0f];
String s = new String(ob);
return s;
}
/**
* 将字节数组转化为16进制字符串
*/
public static String byteArrayToHexString(byte[] array) {
String strDigest = "";
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
strDigest += byteToHexString(array[i]);
}
return strDigest;
}
/**
* 4字节数组转换为int i个byte合成到byteData[]中
*/
public static int byteArrayToInt(byte[] byteData, int i) {
return ((byteData[i] & 0xff) << 24) | ((byteData[i + 1] & 0xff) << 16) | ((byteData[i + 2] & 0xff) << 8) | (byteData[i + 3] & 0xff);
}
/**
* 整数转化为4字节数组 int分解到byte数组中
*/
public static void intToByteArray(int intValue, byte[] byteData, int i) {
byteData[i] = (byte) ((intValue >>> 24) & 0xff);
byteData[i + 1] = (byte) ((intValue >>> 16) & 0xff);
byteData[i + 2] = (byte) ((intValue >>> 8) & 0xff);
byteData[i + 3] = (byte) (intValue & 0xff);
}
/*
Ft(b,c,d) ((b&c)|((~b)&d)) (0 <= t <= 19)
Ft(b,c,d) (b^c^d) (20 <= t <= 39)
Ft(b,c,d) ((b&c)|(b&d)|(c&d)) (40 <= t <= 59)
Ft(b,c,d) (b^c^d) (60 <= t <= 79)
*/
public static int f1(int x, int y, int z) {
return (x & y) | (~x & z);
}
public static int f2(int x, int y, int z) {
return x ^ y ^ z;
}
public static int f3(int x, int y, int z) {
return (x & y) | (x & z) | (y & z);
}
public static int f4(int x, int y, int z) {
return x ^ y ^ z;
}
//n是一个整数且0<=n<=32。Sn(X) = (X<>(32-n))
public static int s(int x,int i){
return (x<>>(32-i));
}
/**
* 开始逻辑
*
* 进行对原数据的补位
*/
public static byte[] byteArrayFormatData(byte[] byteData) {
//补0的位数
int fill = 0;
//补位后的总位数,64的倍数
int size = 0;
//原数据长度
int srcLength = byteData.length;
//对64求余
int m = srcLength % 64;
if (m < 56) {
fill = 55 - m;
size = srcLength - m + 64;
} else if (m == 56) {
fill = 63;
size = srcLength + 8 + 64;
} else {
fill = 63 - m + 56;
size = (srcLength + 64) - m + 64;
}
//补位后生成的新数组的内容
byte[] newByte = new byte[size];
System.arraycopy(byteData, 0, newByte, 0, srcLength);
//补1
int startLocation = srcLength;
newByte[startLocation++] = (byte) 0x80;
//补0
for (int i = 0; i < fill; i++) {
newByte[startLocation++] = (byte) 0x00;
}
//处理长度的位置
long n = (long)srcLength*8;
byte h8 = (byte) (n&0xff);
byte h7 = (byte) ((n>>8)&0xff);
byte h6 = (byte) ((n>>16)&0xff);
byte h5 = (byte) ((n>>24)&0xff);
byte h4 = (byte) ((n>>32)&0xff);
byte h3 = (byte) ((n>>40)&0xff);
byte h2 = (byte) ((n>>48)&0xff);
byte h1 = (byte) (n>>56);
newByte[startLocation++] = h1;
newByte[startLocation++] = h2;
newByte[startLocation++] = h3;
newByte[startLocation++] = h4;
newByte[startLocation++] = h5;
newByte[startLocation++] = h6;
newByte[startLocation++] = h7;
newByte[startLocation++] = h8;
return newByte;
}
/**
* 开始计算密文,算摘要
*/
public static int process_input_bytes(byte[] byteData){
System.arraycopy(abcde,0,h,0,abcde.length);
//格式化数据
byte[] newbyte = byteArrayFormatData(byteData);
//计算有多少个大块
int mCount = newbyte.length/64;
//循环计算每一块的内容
for (int post = 0; post < mCount; post++) {
//对每一块都进行加密计算
//(1). 将 Mi 分成 16 个字 W0, W1, ... , W15, W0 是最左边的字
for (int i = 0; i < 16; i++) {
m[i] = byteArrayToInt(newbyte,(post*64)+(i*4));
}
//计算
encrypt();
}
return 20;
}
private static void encrypt() {
//(2). 对于 t = 16 到 79 令
// Wt = S1(Wt-3 XOR Wt-8 XOR Wt- 14 XOR Wt-16).
for (int t = 16; t <= 79 ; t++) {
m[t] = s(m[t-3]^m[t-8]^m[t-14]^m[t-16],1);
}
//3.令 A = H0, B = H1, C = H2, D = H3, E = H4.
int[] tempabcde = new int[5];
for (int i = 0; i < tempabcde.length; i++) {
tempabcde[i] = h[i];
}
//4.对于 t = 0 到 79，执行下面的循环
//TEMP = S5(A) + ft(B,C,D) + E + Wt + Kt;
//E = D; D = C; C = S30(B); B = A; A = TEMP;
//一共有80次操作
//Kt = 0x5A827999 (0 <= t <= 19)
// Kt = 0x6ED9EBA1 (20 <= t <= 39)
// Kt = 0x8F1BBCDC (40 <= t <= 59)
// Kt = 0xCA62C1D6 (60 <= t <= 79)
for (int i = 0; i <= 19; i++) {
int temp = s(tempabcde[0],5)
+f1(tempabcde[1],tempabcde[2],tempabcde[3])
+tempabcde[4]
+m[i]
+0x5A827999;
tempabcde[4] = tempabcde[3];
tempabcde[3] = tempabcde[2];
tempabcde[2] = s(tempabcde[1],30);
tempabcde[1] = tempabcde[0];
tempabcde[0] = temp;
}
for (int i = 20; i <= 39; i++) {
int temp=s(tempabcde[0],5)
+f2(tempabcde[1],tempabcde[2],tempabcde[3])
+tempabcde[4]
+m[i]+0x6ED9EBA1;
tempabcde[4]=tempabcde[3];
tempabcde[3]=tempabcde[2];
tempabcde[2]=s(tempabcde[1],30);
tempabcde[1]=tempabcde[0];
tempabcde[0]=temp;
}
for (int i = 40; i <= 59; i++) {
int temp=s(tempabcde[0],5)
+f3(tempabcde[1],tempabcde[2],tempabcde[3])
+tempabcde[4]
+m[i]+0x8F1BBCDC;
tempabcde[4]=tempabcde[3];
tempabcde[3]=tempabcde[2];
tempabcde[2]=s(tempabcde[1],30);
tempabcde[1]=tempabcde[0];
tempabcde[0]=temp;
}
for (int i = 60; i <= 79; i++) {
int temp=s(tempabcde[0],5)
+f4(tempabcde[1],tempabcde[2],tempabcde[3])
+tempabcde[4]
+m[i]+0xCA62C1D6;
tempabcde[4]=tempabcde[3];
tempabcde[3]=tempabcde[2];
tempabcde[2]=s(tempabcde[1],30);
tempabcde[1]=tempabcde[0];
tempabcde[0]=temp;
}
//5.令 H0 = H0 + A, H1 = H1 + B, H2 = H2 + C, H3 = H3 + D, H4 = H4 + E.
for (int i = 0; i < tempabcde.length; i++) {
h[i] = h[i] + tempabcde[i];
}
//完成了一次操作,清除之前的内容,开始计算下一块
for (int i = 0; i < m.length; i++) {
m[i] = 0;
}
}
//把已经算好的数据提供一个接口,进行输入和输出
public static byte[] getDigestOfBytes(byte[] byteData){
process_input_bytes(byteData);
byte[] digest = new byte[20];
for (int i = 0; i < h.length; i++) {
intToByteArray(h[i],digest,i*4);
}
return digest;
}
public static String getDigestOfString(byte[] byteData){
return byteArrayToHexString(getDigestOfBytes(byteData));
}
@Test
public void test(){
String param="jett";
System.out.println("加密前:"+param);
String digest=getDigestOfString(param.getBytes());
System.out.println("加密后的结果："+digest);
}
}
同类算法
SHA1 SHA224 SHA256 SHA384 SHA512 MD5 HmacMD5 HmacSHA1 HmacSHA224 HmacSHA256 HmacSHA384 HmacSHA512 PBKDF2
注意：
只要是哈希函数，就存在碰撞
所谓碰撞的意思是，有两个不同的数据，他们的哈希值相同（SHA1值相同）