java加密解密研究8、MAC算法家族

一、概述

MAC算法结合了MD5和SHA算法的优势，并加入密钥的支持，是一种更为安全的消息摘要算法。

MAC（Message Authentication Code，消息认证码算法）是含有密钥的散列函数算法，兼容了MD和SHA算法的特性，并在此基础上加入了密钥。日次，我们也常把MAC称为HMAC（keyed-Hash Message Authentication Code）。

MAC算法主要集合了MD和SHA两大系列消息摘要算法。MD系列的算法有HmacMD2、HmacMD4、HmacMD5三种算法；SHA系列的算法有HmacSHA1、HmacSHA224、HmacSHA256、HmacSHA384.HmacSHA512五种算法。

经过MAC算法得到的摘要值也可以使用十六进制编码表示，其摘要值长度与参与实现的摘要值长度相同。例如，HmacSHA1算法得到的摘要长度就是SHA1算法得到的摘要长度，都是160位二进制码，换算成十六进制编码为40位。

二、实现和应用

1、Sun的实现和应用

在java6中，MAC系列算法需要通过Mac类提供支持。java6中仅仅提供HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384和HmacSHA512四种算法。

Mac算法是带有密钥的消息摘要算法，所以实现起来要分为两步：

1）、构建密钥

2）、执行消息摘要

package com.tao.test;

import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import javax.xml.bind.annotation.adapters.HexBinaryAdapter;

/**
 * MAC算法工具类
 * 对于HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384、HmacSHA512应用的步骤都是一模一样的。具体看下面的代码
 */
class MACCoder {
    /**
     * 产生HmacMD5摘要算法的密钥
     */
    public static byte[] initHmacMD5Key() throws NoSuchAlgorithmException {
        // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
        KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
        // 产生密钥
        SecretKey secretKey = generator.generateKey();
        // 获得密钥
        byte[] key = secretKey.getEncoded();
        return key;
    }

    /**
     * HmacMd5摘要算法
     * 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
     */
    public static String encodeHmacMD5(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        // 还原密钥
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD5");
        // 实例化Mac
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        //初始化mac
        mac.init(secretKey);
        //执行消息摘要
        byte[] digest = mac.doFinal(data);
        return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串
    }


    /**
     * 产生HmacSHA1摘要算法的密钥
     */
    public static byte[] initHmacSHAKey() throws NoSuchAlgorithmException {
        // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
        KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA1");
        // 产生密钥
        SecretKey secretKey = generator.generateKey();
        // 获得密钥
        byte[] key = secretKey.getEncoded();
        return key;
    }

    /**
     * HmacSHA1摘要算法
     * 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
     */
    public static String encodeHmacSHA(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        // 还原密钥
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA1");
        // 实例化Mac
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        //初始化mac
        mac.init(secretKey);
        //执行消息摘要
        byte[] digest = mac.doFinal(data);
        return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串
    }



    /**
     * 产生HmacSHA256摘要算法的密钥
     */
    public static byte[] initHmacSHA256Key() throws NoSuchAlgorithmException {
        // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
        KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA256");
        // 产生密钥
        SecretKey secretKey = generator.generateKey();
        // 获得密钥
        byte[] key = secretKey.getEncoded();
        return key;
    }

    /**
     * HmacSHA1摘要算法
     * 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
     */
    public static String encodeHmacSHA256(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        // 还原密钥
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA256");
        // 实例化Mac
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        //初始化mac
        mac.init(secretKey);
        //执行消息摘要
        byte[] digest = mac.doFinal(data);
        return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串
    }



    /**
     * 产生HmacSHA256摘要算法的密钥
     */
    public static byte[] initHmacSHA384Key() throws NoSuchAlgorithmException {
        // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
        KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA384");
        // 产生密钥
        SecretKey secretKey = generator.generateKey();
        // 获得密钥
        byte[] key = secretKey.getEncoded();
        return key;
    }

    /**
     * HmacSHA1摘要算法
     * 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
     */
    public static String encodeHmacSHA384(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        // 还原密钥
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA384");
        // 实例化Mac
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        //初始化mac
        mac.init(secretKey);
        //执行消息摘要
        byte[] digest = mac.doFinal(data);
        return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串
    }



    /**
     * 产生HmacSHA256摘要算法的密钥
     */
    public static byte[] initHmacSHA512Key() throws NoSuchAlgorithmException {
        // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
        KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA512");
        // 产生密钥
        SecretKey secretKey = generator.generateKey();
        // 获得密钥
        byte[] key = secretKey.getEncoded();
        return key;
    }

    /**
     * HmacSHA1摘要算法
     * 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
     */
    public static String encodeHmacSHA512(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        // 还原密钥
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA512");
        // 实例化Mac
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        //初始化mac
        mac.init(secretKey);
        //执行消息摘要
        byte[] digest = mac.doFinal(data);
        return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串
    }
}

public class MACTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String testString = "asdasd";

        byte[] keyHmacMD5=MACCoder.initHmacMD5Key();
        System.out.println(MACCoder.encodeHmacMD5(testString.getBytes(),keyHmacMD5));

        byte[] keyHmacSHA1=MACCoder.initHmacSHAKey();
        System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA(testString.getBytes(),keyHmacSHA1));

        byte[] keyHmacSHA256=MACCoder.initHmacSHA256Key();
        System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA256(testString.getBytes(),keyHmacSHA256));

        byte[] keyHmacSHA384=MACCoder.initHmacSHA384Key();
        System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA384(testString.getBytes(),keyHmacSHA384));

        byte[] keyHmacSHA512=MACCoder.initHmacSHA512Key();
        System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA512(testString.getBytes(),keyHmacSHA512));
    }
}

2、BouncyCastle的实现和应用

第三方加密组件包Bouncy Castle作为补充，提供了HmacMD2.HmacMD4、HmacSHA224三种算法的支持。

package Test;

import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.Security;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import javax.xml.bind.annotation.adapters.HexBinaryAdapter;

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;

/**
 * MAC算法工具类
 * 对于HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384、HmacSHA512应用的步骤都是一模一样的。具体看下面的代码
 */
class MACCoder {
    /**
     * 产生HmacMD2摘要算法的密钥
     */
    public static byte[] initHmacMD2Key() throws NoSuchAlgorithmException {
        // 添加BouncyCastle的支持
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
        KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD2");
        // 产生密钥
        SecretKey secretKey = generator.generateKey();
        // 获得密钥
        byte[] key = secretKey.getEncoded();
        return key;
    }

    /**
     * HmacMd2摘要算法 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
     */
    public static String encodeHmacMD2(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        // 添加BouncyCastle的支持
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        // 还原密钥
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD2");
        // 实例化Mac
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        // 初始化mac
        mac.init(secretKey);
        // 执行消息摘要
        byte[] digest = mac.doFinal(data);
        return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);// 转为十六进制的字符串
    }

    /**
     * 产生HmacMD4摘要算法的密钥
     */
    public static byte[] initHmacMD4Key() throws NoSuchAlgorithmException {
        // 添加BouncyCastle的支持
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        // 添加BouncyCastle的支持
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
        KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD4");
        // 产生密钥
        SecretKey secretKey = generator.generateKey();
        // 获得密钥
        byte[] key = secretKey.getEncoded();
        return key;
    }

    /**
     * HmacMD4摘要算法 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
     */
    public static String encodeHmacMD4(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        // 添加BouncyCastle的支持
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        // 还原密钥
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD4");
        // 实例化Mac
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        // 初始化mac
        mac.init(secretKey);
        // 执行消息摘要
        byte[] digest = mac.doFinal(data);
        return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);// 转为十六进制的字符串
    }

    /**
     * 产生HmacSHA224摘要算法的密钥
     */
    public static byte[] initHmacSHA224Key() throws NoSuchAlgorithmException {
        // 添加BouncyCastle的支持
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        // 添加BouncyCastle的支持
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
        KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA224");
        // 产生密钥
        SecretKey secretKey = generator.generateKey();
        // 获得密钥
        byte[] key = secretKey.getEncoded();
        return key;
    }

    /**
     * HmacSHA224摘要算法 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
     */
    public static String encodeHmacSHA224(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        // 添加BouncyCastle的支持
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        // 还原密钥
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA224");
        // 实例化Mac
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        // 初始化mac
        mac.init(secretKey);
        // 执行消息摘要
        byte[] digest = mac.doFinal(data);
        return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);// 转为十六进制的字符串
    }

}

public class MACTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String testString = "asdasd";

        byte[] keyHmacMD2 = MACCoder.initHmacMD2Key();
        System.out.println(MACCoder.encodeHmacMD2(testString.getBytes(), keyHmacMD2));

        byte[] keyHmacMD4 = MACCoder.initHmacMD4Key();
        System.out.println(MACCoder.encodeHmacMD4(testString.getBytes(), keyHmacMD4));

        byte[] keyHmacSHA224 = MACCoder.initHmacSHA224Key();
        System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA224(testString.getBytes(), keyHmacSHA224));
    }
}