Java加密技术(一)

Java加密技术(一)

文章分类:Java编程

    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 BASE64MD5SHAHMAC 几种方法。
    MD5SHAHMAC 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:
Java代码
  1. /**  
  2.  * BASE64解密  
  3.  *   
  4.  * @param key  
  5.  * @return  
  6.  * @throws Exception  
  7.  */   
  8. public   static   byte [] decryptBASE64(String key)  throws  Exception {  
  9.     return  ( new  BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);  
  10. }  
  11.   
  12. /**  
  13.  * BASE64加密  
  14.  *   
  15.  * @param key  
  16.  * @return  
  17.  * @throws Exception  
  18.  */   
  19. public   static  String encryptBASE64( byte [] key)  throws  Exception {  
  20.     return  ( new  BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);  
  21. }  

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:
Java代码
  1. /**  
  2.  * MD5加密  
  3.  *   
  4.  * @param data  
  5.  * @return  
  6.  * @throws Exception  
  7.  */   
  8. public   static   byte [] encryptMD5( byte [] data)  throws  Exception {  
  9.   
  10.     MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);  
  11.     md5.update(data);  
  12.   
  13.     return  md5.digest();  
  14.   
  15. }  


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:
Java代码
  1.      /**  
  2.      * SHA加密  
  3.      *   
  4.      * @param data  
  5.      * @return  
  6.      * @throws Exception  
  7.      */   
  8.     public   static   byte [] encryptSHA( byte [] data)  throws  Exception {  
  9.   
  10.         MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);  
  11.         sha.update(data);  
  12.   
  13.         return  sha.digest();  
  14.   
  15.     }  
  16. }  


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:
Java代码
  1. /**  
  2.  * 初始化HMAC密钥  
  3.  *   
  4.  * @return  
  5.  * @throws Exception  
  6.  */   
  7. public   static  String initMacKey()  throws  Exception {  
  8.     KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);  
  9.   
  10.     SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();  
  11.     return  encryptBASE64(secretKey.getEncoded());  
  12. }  
  13.   
  14. /**  
  15.  * HMAC加密  
  16.  *   
  17.  * @param data  
  18.  * @param key  
  19.  * @return  
  20.  * @throws Exception  
  21.  */   
  22. public   static   byte [] encryptHMAC( byte [] data, String key)  throws  Exception {  
  23.   
  24.     SecretKey secretKey = new  SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);  
  25.     Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());  
  26.     mac.init(secretKey);  
  27.   
  28.     return  mac.doFinal(data);  
  29.   
  30. }  


给出一个完整类,如下:
Java代码
  1. import  java.security.MessageDigest;  
  2.   
  3. import  javax.crypto.KeyGenerator;  
  4. import  javax.crypto.Mac;  
  5. import  javax.crypto.SecretKey;  
  6.   
  7. import  sun.misc.BASE64Decoder;  
  8. import  sun.misc.BASE64Encoder;  
  9.   
  10. /**  
  11.  * 基础加密组件  
  12.  *   
  13.  * @author 梁栋  
  14.  * @version 1.0  
  15.  * @since 1.0  
  16.  */   
  17. public   abstract   class  Coder {  
  18.     public   static   final  String KEY_SHA =  "SHA" ;  
  19.     public   static   final  String KEY_MD5 =  "MD5" ;  
  20.   
  21.     /**  
  22.      * MAC算法可选以下多种算法  
  23.      *   
  24.      * <pre>  
  25.      * HmacMD5   
  26.      * HmacSHA1   
  27.      * HmacSHA256   
  28.      * HmacSHA384   
  29.      * HmacSHA512  
  30.      * </pre>  
  31.      */   
  32.     public   static   final  String KEY_MAC =  "HmacMD5" ;  
  33.   
  34.     /**  
  35.      * BASE64解密  
  36.      *   
  37.      * @param key  
  38.      * @return  
  39.      * @throws Exception  
  40.      */   
  41.     public   static   byte [] decryptBASE64(String key)  throws  Exception {  
  42.         return  ( new  BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);  
  43.     }  
  44.   
  45.     /**  
  46.      * BASE64加密  
  47.      *   
  48.      * @param key  
  49.      * @return  
  50.      * @throws Exception  
  51.      */   
  52.     public   static  String encryptBASE64( byte [] key)  throws  Exception {  
  53.         return  ( new  BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);  
  54.     }  
  55.   
  56.     /**  
  57.      * MD5加密  
  58.      *   
  59.      * @param data  
  60.      * @return  
  61.      * @throws Exception  
  62.      */   
  63.     public   static   byte [] encryptMD5( byte [] data)  throws  Exception {  
  64.   
  65.         MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);  
  66.         md5.update(data);  
  67.   
  68.         return  md5.digest();  
  69.   
  70.     }  
  71.   
  72.     /**  
  73.      * SHA加密  
  74.      *   
  75.      * @param data  
  76.      * @return  
  77.      * @throws Exception  
  78.      */   
  79.     public   static   byte [] encryptSHA( byte [] data)  throws  Exception {  
  80.   
  81.         MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);  
  82.         sha.update(data);  
  83.   
  84.         return  sha.digest();  
  85.   
  86.     }  
  87.   
  88.     /**  
  89.      * 初始化HMAC密钥  
  90.      *   
  91.      * @return  
  92.      * @throws Exception  
  93.      */   
  94.     public   static  String initMacKey()  throws  Exception {  
  95.         KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);  
  96.   
  97.         SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();  
  98.         return  encryptBASE64(secretKey.getEncoded());  
  99.     }  
  100.   
  101.     /**  
  102.      * HMAC加密  
  103.      *   
  104.      * @param data  
  105.      * @param key  
  106.      * @return  
  107.      * @throws Exception  
  108.      */   
  109.     public   static   byte [] encryptHMAC( byte [] data, String key)  throws  Exception {  
  110.   
  111.         SecretKey secretKey = new  SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);  
  112.         Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());  
  113.         mac.init(secretKey);  
  114.   
  115.         return  mac.doFinal(data);  
  116.   
  117.     }  
  118. }  


再给出一个测试类:
Java代码
  1. import   static  org.junit.Assert.*;  
  2.   
  3. import  org.junit.Test;  
  4.   
  5. /**  
  6.  *   
  7.  * @author 梁栋  
  8.  * @version 1.0  
  9.  * @since 1.0  
  10.  */   
  11. public   class  CoderTest {  
  12.   
  13.     @Test   
  14.     public   void  test()  throws  Exception {  
  15.         String inputStr = "简单加密" ;  
  16.         System.err.println("原文:/n"  + inputStr);  
  17.   
  18.         byte [] inputData = inputStr.getBytes();  
  19.         String code = Coder.encryptBASE64(inputData);  
  20.   
  21.         System.err.println("BASE64加密后:/n"  + code);  
  22.   
  23.         byte [] output = Coder.decryptBASE64(code);  
  24.   
  25.         String outputStr = new  String(output);  
  26.   
  27.         System.err.println("BASE64解密后:/n"  + outputStr);  
  28.   
  29.         // 验证BASE64加密解密一致性   
  30.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
  31.   
  32.         // 验证MD5对于同一内容加密是否一致   
  33.         assertArrayEquals(Coder.encryptMD5(inputData), Coder  
  34.                 .encryptMD5(inputData));  
  35.   
  36.         // 验证SHA对于同一内容加密是否一致   
  37.         assertArrayEquals(Coder.encryptSHA(inputData), Coder  
  38.                 .encryptSHA(inputData));  
  39.   
  40.         String key = Coder.initMacKey();  
  41.         System.err.println("Mac密钥:/n"  + key);  
  42.   
  43.         // 验证HMAC对于同一内容,同一密钥加密是否一致   
  44.         assertArrayEquals(Coder.encryptHMAC(inputData, key), Coder.encryptHMAC(  
  45.                 inputData, key));  
  46.   
  47.         BigInteger md5 = new  BigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));  
  48.         System.err.println("MD5:/n"  + md5.toString( 16 ));  
  49.   
  50.         BigInteger sha = new  BigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));  
  51.         System.err.println("SHA:/n"  + sha.toString( 32 ));  
  52.   
  53.         BigInteger mac = new  BigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData, inputStr));  
  54.         System.err.println("HMAC:/n"  + mac.toString( 16 ));  
  55.     }  
  56. }  


控制台输出:
Console代码
  1. 原文:  
  2. 简单加密  
  3. BASE64加密后:  
  4. 566A5Y2V5Yqg5a+G  
  5.   
  6. BASE64解密后:  
  7. 简单加密  
  8. Mac密钥:  
  9. uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke  
  10. pBIpkd7QHg==  
  11.   
  12. MD5:  
  13. -550b4d90349ad4629462113e7934de56  
  14. SHA:  
  15. 91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn  
  16. HMAC:  
  17. 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。

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Java加密技术(十)

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