BASE64、MD5、SHA、HMAC几种加密算法

 

本篇内容简要介绍BASE64 、MD5 、SHA 、HMAC 几种加密算法。
    BASE64 编码算法不算是真正的加密算法。
    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，我们称之为单向加密算法。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

    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。