Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

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：

Java代码

1. /**
2. *BASE64解密
3. *
4. *@paramkey
5. *@return
6. *@throwsException
7. */
8. publicstaticbyte[]decryptBASE64(Stringkey)throwsException{
9. return(newBASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
10. }
12. /**
13. *BASE64加密
14. *
15. *@paramkey
16. *@return
17. *@throwsException
18. */
19. publicstaticStringencryptBASE64(byte[]key)throwsException{
20. return(newBASE64Encoder()).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. *@paramdata
5. *@return
6. *@throwsException
7. */
8. publicstaticbyte[]encryptMD5(byte[]data)throwsException{
10. MessageDigestmd5=MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
11. md5.update(data);
13. returnmd5.digest();
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. *@paramdata
5. *@return
6. *@throwsException
7. */
8. publicstaticbyte[]encryptSHA(byte[]data)throwsException{
10. MessageDigestsha=MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
11. sha.update(data);
13. returnsha.digest();
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. *@throwsException
6. */
7. publicstaticStringinitMacKey()throwsException{
8. KeyGeneratorkeyGenerator=KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);
10. SecretKeysecretKey=keyGenerator.generateKey();
11. returnencryptBASE64(secretKey.getEncoded());
12. }
14. /**
15. *HMAC加密
16. *
17. *@paramdata
18. *@paramkey
19. *@return
20. *@throwsException
21. */
22. publicstaticbyte[]encryptHMAC(byte[]data,Stringkey)throwsException{
24. SecretKeysecretKey=newSecretKeySpec(decryptBASE64(key),KEY_MAC);
25. Macmac=Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
26. mac.init(secretKey);
28. returnmac.doFinal(data);
30. }

给出一个完整类，如下：

Java代码

1. importjava.security.MessageDigest;
3. importjavax.crypto.KeyGenerator;
4. importjavax.crypto.Mac;
5. importjavax.crypto.SecretKey;
7. importsun.misc.BASE64Decoder;
8. importsun.misc.BASE64Encoder;
10. /**
11. *基础加密组件
12. *
13. *@author梁栋
14. *@version1.0
15. *@since1.0
16. */
17. publicabstractclassCoder{
18. publicstaticfinalStringKEY_SHA="SHA";
19. publicstaticfinalStringKEY_MD5="MD5";
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. publicstaticfinalStringKEY_MAC="HmacMD5";
34. /**
35. *BASE64解密
36. *
37. *@paramkey
38. *@return
39. *@throwsException
40. */
41. publicstaticbyte[]decryptBASE64(Stringkey)throwsException{
42. return(newBASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
43. }
45. /**
46. *BASE64加密
47. *
48. *@paramkey
49. *@return
50. *@throwsException
51. */
52. publicstaticStringencryptBASE64(byte[]key)throwsException{
53. return(newBASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
54. }
56. /**
57. *MD5加密
58. *
59. *@paramdata
60. *@return
61. *@throwsException
62. */
63. publicstaticbyte[]encryptMD5(byte[]data)throwsException{
65. MessageDigestmd5=MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
66. md5.update(data);
68. returnmd5.digest();
70. }
72. /**
73. *SHA加密
74. *
75. *@paramdata
76. *@return
77. *@throwsException
78. */
79. publicstaticbyte[]encryptSHA(byte[]data)throwsException{
81. MessageDigestsha=MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
82. sha.update(data);
84. returnsha.digest();
86. }
88. /**
89. *初始化HMAC密钥
90. *
91. *@return
92. *@throwsException
93. */
94. publicstaticStringinitMacKey()throwsException{
95. KeyGeneratorkeyGenerator=KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);
97. SecretKeysecretKey=keyGenerator.generateKey();
98. returnencryptBASE64(secretKey.getEncoded());
99. }
101. /**
102. *HMAC加密
103. *
104. *@paramdata
105. *@paramkey
106. *@return
107. *@throwsException
108. */
109. publicstaticbyte[]encryptHMAC(byte[]data,Stringkey)throwsException{
111. SecretKeysecretKey=newSecretKeySpec(decryptBASE64(key),KEY_MAC);
112. Macmac=Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
113. mac.init(secretKey);
115. returnmac.doFinal(data);
117. }
118. }

再给出一个测试类：

Java代码

1. importstaticorg.junit.Assert.*;
3. importorg.junit.Test;
5. /**
6. *
7. *@author梁栋
8. *@version1.0
9. *@since1.0
10. */
11. publicclassCoderTest{
13. @Test
14. publicvoidtest()throwsException{
15. StringinputStr="简单加密";
16. System.err.println("原文:\n"+inputStr);
18. byte[]inputData=inputStr.getBytes();
19. Stringcode=Coder.encryptBASE64(inputData);
21. System.err.println("BASE64加密后:\n"+code);
23. byte[]output=Coder.decryptBASE64(code);
25. StringoutputStr=newString(output);
27. System.err.println("BASE64解密后:\n"+outputStr);
29. //验证BASE64加密解密一致性
30. assertEquals(inputStr,outputStr);
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));
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));
40. Stringkey=Coder.initMacKey();
41. System.err.println("Mac密钥:\n"+key);
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));
47. BigIntegermd5=newBigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));
48. System.err.println("MD5:\n"+md5.toString(16));
50. BigIntegersha=newBigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));
51. System.err.println("SHA:\n"+sha.toString(32));
53. BigIntegermac=newBigInteger(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
6. BASE64解密后:
7. 简单加密
8. Mac密钥:
9. uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke
10. pBIpkd7QHg==
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。



相关链接：
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Java加密技术（三）——PBE算法
Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA
Java加密技术（五）——非对称加密算法的由来DH
Java加密技术（六）——数字签名算法DSA
Java加密技术（七）——非对称加密算法最高ECC
Java加密技术（八）——数字证书
Java加密技术（九）——初探SSL
Java加密技术（十）——单向认证
Java加密技术（十一）——双向认证

Java加密技术（十二）——*.PFX(*.p12)&个人信息交换文件

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