漫谈Java加密技术（一）

http://java.chinaitlab.com/Special/javajm/Index.html

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  http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn  *     * @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 http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn    *     * @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 http://www.5a520.cn http://www.bt285.cn       *         * @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  http://www.guihua.org  http://www.feng123.com  *     * @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  http://www.bt285.cn http://www.feng123.com  *     * @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  http://www.feng123.com  * @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));     }