JAVA加密算法之常见哈希算法总结

最新推荐文章于 2023-07-10 18:35:37 发布

小田同学卷代码

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文章标签：哈希算法算法 eclipse java

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_60982956/article/details/125923217

本文介绍了哈希算法的基本概念、常见用途，如文件校验和密码存储，并详细讲解了MD5、SHA-1、SHA-256等哈希算法的使用。同时，提到了Hmac算法作为增强安全性的一种方式，通过结合密钥提高哈希的安全性。

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哈希算法概述

哈希算法（Hash）又称摘要算法（Digest），它的作用是：对任意一组输入数据进行计算，得到一个固定长度的输出摘要。哈希算法的目的：为了验证原始数据是否被篡改。

哈希算法最重要的特点就是：
●相同的输入一定得到相同的输出；
●不同的输入大概率得到不同的输出。

常用哈希算法

常用的哈希算法有：

	输出长度（位）	输出长度（字节）
MD5	128 bits	16 bytes
SHA-1	160 bits	20 bytes
RipeMD-160	160 bits	20 bytes
SHA-256	256 bits	32 bytes
SHA-512	512 bits	64 bytes

根据碰撞概率，哈希算法的输出长度越长，就越难产生碰撞，也就越安全。

哈希算法的用途

校验下载文件

我们在网站上下载软件的时候，经常看到下载页显示的MD5哈希值：

如何判断下载到本地的软件是原始的、未经篡改的文件？我们只需要自己计算一下本地文件的哈希值，再与官网公开的哈希值对比，如果相同，说明文件下载正确，否则，说明文件已被篡改。

存储用户密码

哈希算法的另一个重要用途是存储用户口令。如果直接将用户的原始口令存放到数据库中，会产生极大的安全风险：
●数据库管理员能够看到用户明文口令；
●数据库数据一旦泄漏，黑客即可获取用户明文口令。

不存储用户的原始口令，那么如何对用户进行认证？方法是存储用户口令的哈希，例如，MD5。在用户输入原始口令后，系统计算用户输入的原始口令的MD5并与数据库存储的MD5对比，如果一致，说明口令正确，否则，口令错误。

用哈希口令时，还要注意防止彩虹表攻击。什么是彩虹表呢？上面讲到了，如果只拿到MD5，从MD5反推明文口令，只能使用暴力穷举的方法。然而黑客并不笨，暴力穷举会消耗大量的算力和时间。但是，如果有一个预先计算好的常用口令和它们的MD5的对照表，这个表就是彩虹表。如果用户使用了常用口令，黑客从MD5一下就能反查到原始口令。

当然，我们也可以采取特殊措施来抵御彩虹表攻击：对每个口令额外添加随机数，这个方法称之为加盐（salt）：
digest = md5(salt + inputPassword)

常用哈希算法使用总结

MD5：

1.使用MessageDigest时，我们首先根据哈希算法获取一个MessageDigest实例。

2.反复调用update(byte[])输入数据。

3.当输入结束后，调用digest()方法获得byte[]数组表示的摘要。

4.最后，把它转换为十六进制的字符串。

import java.security.MessageDigest;

public class main {
	public static void main(String[] args)  {
		// 创建一个MessageDigest实例:
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
       
        // 反复调用update输入数据:
        md.update("Hello".getBytes("UTF-8"));
        md.update("World".getBytes("UTF-8"));
        
        // 16 bytes: 68e109f0f40ca72a15e05cc22786f8e6
        byte[] results = md.digest(); 

        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for(byte bite : results) {
        	sb.append(String.format("%02x", bite));
        }
        
        System.out.println(sb.toString());
	}
}

运行上述代码，可以得到输入HelloWorld的MD5是68e109f0f40ca72a15e05cc22786f8e6。

SHA-1

SHA-1也是一种哈希算法，它的输出是160 bits，即20字节。SHA-1也是一种哈希算法，它的输出是160 bits，即20字节。

import java.security.MessageDigest;

public class main {
	public static void main(String[] args)  {
		// 创建一个MessageDigest实例:
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
       
        // 反复调用update输入数据:
        md.update("Hello".getBytes("UTF-8"));
        md.update("World".getBytes("UTF-8"));
        
        // 20 bytes: db8ac1c259eb89d4a131b253bacfca5f319d54f2
        byte[] results = md.digest(); 

        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for(byte bite : results) {
        	sb.append(String.format("%02x", bite));
        }
        
        System.out.println(sb.toString());
	}
}

类似的，计算SHA-256，我们需要传入名称"SHA-256"，计算SHA-512，我们需要传入名称"SHA-512"。

Hmac算法

Hmac算法就是一种基于密钥的消息认证码算法，是一种标准的基于密钥的哈希算法，可以配合MD5、SHA-1等哈希算法，计算的摘要长度和原摘要算法长度相同，是一种更安全的消息摘要算法。Hmac算法总是和某种哈希算法配合起来用的。例如，我们使用MD5算法，对应的就是Hmac MD5算法，它相当于“加盐”的MD5：HmacMD5 ≈ md5(secure_random_key, input)

和MD5相比，使用HmacMD5的步骤是：
1通过名称HmacMD5获取KeyGenerator实例；
2通过KeyGenerator创建一个SecretKey实例；
3通过名称HmacMD5获取Mac实例；
4用SecretKey初始化Mac实例；
5对Mac实例反复调用update(byte[])输入数据；
6调用Mac实例的doFinal()获取最终的哈希值。

import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

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

public class main {
	public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, IllegalStateException, UnsupportedEncodingException, InvalidKeyException {
        
        // 获取HmacMD5秘钥生成器
		KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
		
        // 产生秘钥
        SecretKey secreKey = keyGen.generateKey();
        
        // 打印随机生成的秘钥:
        byte[] keyArray = secreKey.getEncoded();
        StringBuilder key = new StringBuilder();
        for(byte bite:keyArray) {
        	key.append(String.format("%02x", bite));
        }
        System.out.println(key);
        
        // 使用HmacMD5加密
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
        mac.init(secreKey); // 初始化秘钥
        mac.update("HelloWorld".getBytes("UTF-8"));
        byte[] resultArray = mac.doFinal();
        
        StringBuilder result = new StringBuilder();
        for(byte bite:resultArray) {
        	result.append(String.format("%02x", bite));
        }
        System.out.println(result);
	}
}

可见，Hmac本质上就是把key混入摘要的算法。验证此哈希时，除了原始的输入数据，还要提供key。为了保证安全，我们不会自己指定key，而是通过Java标准库的KeyGenerator生成一个安全的随机的key。