【加密技术】Java实现四大加密算法

在企业级的应用开发中，避免不了对信息进行加密和解密。那么，在使用Java开发应用的时候，我们使用什么手段对信息进行加密和解密呢？接下来介绍常见的四种单向加密技术。

这四项技术分别为：
(1) BASE64 其实不是加密算法，是一种编码格式
(2) MD5(Message Digest algorithm5，信息摘要算法)
(3) SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法)
(4) HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鉴别码)

另外还有一些复杂的对策加密:
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)
这里就不再介绍这些，只主要介绍上面四项单项加密技术。

MD5、SHA。HMAC是不可逆的加密算法，也就是说不能解密。一般我们只把他们用作加密的基础手段。就长远来说，单单是用上述3中算法去加密并不可靠，一般多使用组合加密方式。

下面主要介绍四大加密方法的使用：
1.BASE64
BASE64的加密解密是双向的，可以求反解。
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。
BASE64 严格地说，属于编码格式，而非加密算法。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。

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。

java实现代码：

package com.cn.encrypt;

import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;

public class BASE64 {
    /*
     * BASE64加密
     * */
    public static String encryptBASE64(byte[] key)throws Exception{
        return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
    }
    
    /*
     * BASE64解密
     * */
    public static byte[] decryptBASE64(String key)throws Exception{
        return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
    }
}

测试代码：

package com.cn.encrypt.test;

import com.cn.encrypt.BASE64;

public class TestEncrypt {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String str0="123456";
        System.out.println("原文:"+str0);
        String str1=BASE64.encryptBASE64(str0.getBytes());
        System.out.println("BASE64加密后:"+str1);
        byte[] str2=BASE64.decryptBASE64(str1);
        String outputStr = new String(str2);  
        System.out.println("BASE64解密后:"+outputStr);
    }
}

测试结果：
原文:123456
BASE64加密后:MTIzNDU2

BASE64解密后:123456

最后，大家需要知道的是Base64 主要不是加密，它主要的用途是把一些二进制数转成普通字符用于网络传输。由于一些二进制字符在传输协议中属于控制字符，不能直接传送需要转换一下就可以了。

2.MD5
MD5即Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法5），用于确保信息传输完整一致。是计算机广泛使用的杂凑算法之一（又译摘要算法、哈希算法），主流编程语言普遍已有MD5实现。将数 据（如汉字）运算为另一固定长度值，是杂凑算法的基础原理，MD5的前身有MD2、MD3和 MD4。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。

MD5算法具有以下特点：

1、压缩性：任意长度的数据，算出的MD5值长度都是固定的。
2、容易计算：从原数据计算出MD5值很容易。
3、抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。
4、弱抗碰撞：已知原数据和其MD5值，想找到一个具有相同MD5值的数据（即伪造数据）是非常困难的。
5、强抗碰撞：想找到两个不同的数据，使它们具有相同的MD5值，是非常困难的。
MD5的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密钥前被”压缩”成一种保密的格式（就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的十六进制数字串）。除了MD5以外，其中比较有名的还有sha-1、RIPEMD以及Haval等。

java实现：

package com.cn.encrypt;

import java.security.MessageDigest;

public class MD5 {
    
    public static final String KEY_MD5 = "MD5";
    
    public static byte[] encryptMD5(byte[] data)throws Exception{
        
        MessageDigest md5=MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
        md5.update(data);
        
        return md5.digest();
    }
}

测试代码:

package com.cn.encrypt.test;

import java.math.BigInteger;

import com.cn.encrypt.MD5;

public class TestEncrypt {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String str0="123456";
        System.out.println("原文:"+str0);
        byte[] str1=MD5.encryptMD5(str0.getBytes());
        BigInteger bigInteger = new BigInteger(str1);  
        //将大数转换成16进制的字符串
        System.out.println("MD5加密后:"+bigInteger.toString(16));
    }
}

测试结果:
原文:123456
MD5加密后:-1ef523c6b645a65441a91fa80df077c2

注：Digest(汇编)
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。


3.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。

对于长度小于2^64位的消息，SHA1会产生一个160位的消息摘要。该算法的思想是接收一段明文，然后以一种不可逆的方式将它转换成一段（通常更小）密文，也可以简单的理解为取一串输入码（称为预映射或信息），并把它们转化为长度较短、位数固定的输出序列即散列值（也称为信息摘要或信息认证代码）的过程。散列函数值可以说是对明文的一种“指纹”或是“摘要”所以对散列值的数字 签名就可以视为对此明文的数字签名。

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。

java实现：

package com.cn.encrypt;

import java.security.MessageDigest;

public class SHA {
    
    public static final String KEY_SHA = "SHA";
    
    public static byte[] encryptSHA(byte[] data)throws Exception{
        
        MessageDigest sha=MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
        sha.update(data);
        
        return sha.digest();
    }
}

测试代码：

package com.cn.encrypt.test;

import java.math.BigInteger;

import com.cn.encrypt.SHA;

public class TestEncrypt {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String str0="123456";
        System.out.println("原文:"+str0);
        byte[] str1=SHA.encryptSHA(str0.getBytes());
        BigInteger bigInteger = new BigInteger(str1);  
        //将大数转换成32进制的字符串
        System.out.println("SHA加密后:"+bigInteger.toString(32));
    }
}

测试结果：
原文:123456
SHA加密后:fh58q2ea6thauof5ikg98fe2ciafh50r

SHA-1与MD5的比较
因为二者均由MD4导出，SHA-1和MD5彼此很相似。相应的，他们的强度和其他特性也是相似，但还有以下几点不同：
(1)对强行攻击的安全性：最显著和最重要的区别是SHA-1摘要比MD5摘要长32 位。使用强行技术，产生任何一个报文使其摘要等于给定报摘要的难度对MD5是2^128数量级的操作，而对SHA-1则是2^160数量级的操作。这 样，SHA-1对强行攻击有更大的强度。
(2)对密码分析的安全性：由于MD5的设计，易受密码分析的攻击，SHA-1显得不易受这样的攻击。
(3)速度：在相同的硬件上，SHA-1的运行速度比MD5慢。


4.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。

java实现代码(其中用到了BASE64加密和解密)：

package com.cn.encrypt;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class HMAC {
    
    public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";
    
    /*
     * 初始化HMAC密钥
     * */
    public static String initMacKey()throws Exception{
        
        KeyGenerator keyGenerator=KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);
        
        SecretKey secretKey=keyGenerator.generateKey();
        return BASE64.encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
    }
    
    /*
     * HMAC加密
     * */
    public static byte[] encryptHMAC(byte[] data,String key)throws Exception{
        SecretKey secretKey=new SecretKeySpec(BASE64.decryptBASE64(key),KEY_MAC);
        Mac mac=Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        mac.init(secretKey);
        
        return mac.doFinal(data);
    }
}

测试代码：

package com.cn.encrypt.test;

import com.cn.encrypt.HMAC;

public class TestEncrypt {
    
    private static String key=null;
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        try {
                   String inputStr = "123456";
                      /*使用同一密钥：对数据进行加密：查看两次加密的结果是否一样*/
                      getResult1(inputStr);
                      System.out.println("=========================");
                      getResult2(inputStr,key);

                 } catch (Exception e) {
                      e.printStackTrace();
                 }

    }
    
    public static String getResult1(String inputStr){

        System.out.println("(1)加密之前的数据:"+inputStr);
        String result=null;
        try {
            byte[] inputData=inputStr.getBytes();
            key=HMAC.initMacKey();//产生密钥
            System.out.println("(1)Mac密钥:"+key);
            //利用密钥加密信息
            result=new String(HMAC.encryptHMAC(inputData, key));
            System.out.println("(1)HMAC加密后:"+result);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return result.toString();
    }
    
    public static String getResult2(String inputStr,String key0){

        System.out.println("(2)加密之前的数据:"+inputStr);
        String result=null;
        try {
            byte[] inputData=inputStr.getBytes();
            //使用getResult1的密钥
            System.out.println("(2)Mac密钥:"+key0);
            //利用密钥加密信息
            result=new String(HMAC.encryptHMAC(inputData, key0));
            System.out.println("(2)HMAC加密后:"+result);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return result.toString();
    }
}

测试结果：
(1)加密之前的数据:123456
(1)Mac密钥:TZxJUOAGAeV8ybnnzzxRm1o3r5wsPwZwuCTuSQ3HvOhGXI1Fav/n1w+orZfS7exCmO5Dbxr25fuR
rrri4gR4Sg==

(1)HMAC加密后:泵?妓岊鎳趥eF娾
=========================
(2)加密之前的数据:123456
(2)Mac密钥:TZxJUOAGAeV8ybnnzzxRm1o3r5wsPwZwuCTuSQ3HvOhGXI1Fav/n1w+orZfS7exCmO5Dbxr25fuR
rrri4gR4Sg==

(2)HMAC加密后:泵?妓岊鎳趥eF娾

实际上相同密钥加密的结果是一样的，如果使用不同的密钥，对同一个信息的加密会得到不同的加密后的信息。

上述就是四大加密算法的java实现。
转载请注明出处：http://blog.csdn.net/acmman/article/details/51830744