Java加密技术（一）

这里主要描述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
  *
  * @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
  *
  * @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
      *
      * @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
  *
  * @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
  *
  * @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
  * @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));
     }
 }

控制台输出： 

 原文:
 简单加密
 BASE64加密后:
 566A5Y2V5Yqg5a+G

 BASE64解密后:
 简单加密
 Mac密钥:
 uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke
 pBIpkd7QHg==

 MD5:
 -550b4d90349ad4629462113e7934de56
 SHA:
 91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn
 HMAC:
 2287d192387e95694bdbba2fa941009a

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。