漫谈Java加密技术（一）

漫谈Java加密技术（一）

关键字: java 加密基础, base64, md5, mac, sha, 单向加密

    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  http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn
 *   
 * @param key  
 * @return  
 * @throws Exception  
 */   
public   static   byte [] decryptBASE64(String key)  throws  Exception  {   
    return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);   
}    
  
/** */ /**  
 * BASE64加密  
 *   
 * @param key  
 * @return  
 * @throws Exception  
 */   
public   static  String encryptBASE64( byte [] key)  throws  Exception  {   
    return (new 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加密 http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn  
 *   
 * @param data  
 * @return  
 * @throws Exception  
 */   
public   static   byte [] encryptMD5( byte [] data)  throws  Exception  {   
  
    MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);   
    md5.update(data);   
  
    return md5.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 http://www.5a520.cn http://www.bt285.cn 
     *   
     * @param data  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */   
     public   static   byte [] encryptSHA( byte [] data)  throws  Exception  {   
  
        MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);   
        sha.update(data);   
  
        return sha.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  http://www.guihua.org  http://www.feng123.com
 *   
 * @return  
 * @throws Exception  
 */   
public   static  String initMacKey()  throws  Exception  {   
    KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);   
  
    SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();   
    return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());   
}    
  
/** */ /**  
 * HMAC加密  
 *   
 * @param data  
 * @param key  
 * @return  
 * @throws Exception  
 */   
public   static   byte [] encryptHMAC( byte [] data, String key)  throws  Exception  {   
  
    SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);   
    Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());   
    mac.init(secretKey);   
  
    return mac.doFinal(data);   
  
}   

给出一个完整类，如下：

import  java.security.MessageDigest;   
  
import  javax.crypto.KeyGenerator;   
import  javax.crypto.Mac;   
import  javax.crypto.SecretKey;   
  
import  sun.misc.BASE64Decoder;   
import  sun.misc.BASE64Encoder;   
  
/** */ /**  
 * 基础加密组件  http://www.bt285.cn http://www.feng123.com
 *   
 * @author 梁栋  
 * @version 1.0  
 * @since 1.0  
 */   
public   abstract   class  Coder  {   
    public static final String KEY_SHA = "SHA";   
    public static final String KEY_MD5 = "MD5";   
  
    /** *//**  
     * 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";   
  
    /** *//**  
     * BASE64解密  
     *   
     * @param key  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {   
        return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);   
    }   
  
    /** *//**  
     * BASE64加密  
     *   
     * @param key  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {   
        return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);   
    }   
  
    /** *//**  
     * MD5加密  
     *   
     * @param data  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {   
  
        MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);   
        md5.update(data);   
  
        return md5.digest();   
  
    }   
  
    /** *//**  
     * SHA加密  
     *   
     * @param data  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {   
  
        MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);   
        sha.update(data);   
  
        return sha.digest();   
  
    }   
  
    /** *//**  
     * 初始化HMAC密钥  
     *   
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static String initMacKey() throws Exception {   
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);   
  
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();   
        return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());   
    }   
  
    /** *//**  
     * HMAC加密  
     *   
     * @param data  
     * @param key  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {   
  
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);   
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());   
        mac.init(secretKey);   
  
        return mac.doFinal(data);   
  
    }   
}   

再给出一个测试类：

import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.Test;

/**
 *
 * @author 梁栋  http://www.feng123.com
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public class CoderTest {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String inputStr = "简单加密";
        System.err.println("原文:\n" + inputStr);

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

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

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

        String outputStr = new String(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));

        String key = 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));

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

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

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