单向加密算法

最新推荐文章于 2024-09-13 16:03:21 发布

pharaohsprince

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文章标签：算法 junit SUN Linux Security

本文介绍了BASE64、MD5、SHA、HMAC等单向加密算法的基本概念及Java实现方式，探讨了这些算法在数据校验和保护中的应用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

单向加密算法

原创作者: snowolf 阅读:11644次评论:18条更新时间:2009-05-26

本篇内容简要介绍 BASE64、 MD5、 SHA、 HMAC几种加密算法。
BASE64编码算法不算是真正的加密算法。
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，我们称之为单向加密算法。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

/**
*BASE64解密
*
*@paramkey
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticbyte[]decryptBASE64(Stringkey)throwsException{
return(newBASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
}
/**
*BASE64加密
*
*@paramkey
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticStringencryptBASE64(byte[]key)throwsException{
return(newBASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
}

	/**
	 * 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);
	}

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

/**
*MD5加密
*
*@paramdata
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticbyte[]encryptMD5(byte[]data)throwsException{
MessageDigestmd5=MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
md5.update(data);
returnmd5.digest();
}

	/**
	 * 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();

	}

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

/**
*SHA加密
*
*@paramdata
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticbyte[]encryptSHA(byte[]data)throwsException{
MessageDigestsha=MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
sha.update(data);
returnsha.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();

	}
}

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

/**
*初始化HMAC密钥
*
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticStringinitMacKey()throwsException{
KeyGeneratorkeyGenerator=KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);
SecretKeysecretKey=keyGenerator.generateKey();
returnencryptBASE64(secretKey.getEncoded());
}
/**
*HMAC加密
*
*@paramdata
*@paramkey
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticbyte[]encryptHMAC(byte[]data,Stringkey)throwsException{
SecretKeysecretKey=newSecretKeySpec(decryptBASE64(key),KEY_MAC);
Macmac=Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
mac.init(secretKey);
returnmac.doFinal(data);
}

	/**
	 * 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);

	}

给出一个完整类，如下：

Java代码

importjava.security.MessageDigest;
importjavax.crypto.KeyGenerator;
importjavax.crypto.Mac;
importjavax.crypto.SecretKey;
importsun.misc.BASE64Decoder;
importsun.misc.BASE64Encoder;
/**
*基础加密组件
*
*@author梁栋
*@version1.0
*@since1.0
*/
publicabstractclassCoder{
publicstaticfinalStringKEY_SHA="SHA";
publicstaticfinalStringKEY_MD5="MD5";
/**
*MAC算法可选以下多种算法
*
*<pre>
*HmacMD5
*HmacSHA1
*HmacSHA256
*HmacSHA384
*HmacSHA512
*</pre>
*/
publicstaticfinalStringKEY_MAC="HmacMD5";
/**
*BASE64解密
*
*@paramkey
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticbyte[]decryptBASE64(Stringkey)throwsException{
return(newBASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
}
/**
*BASE64加密
*
*@paramkey
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticStringencryptBASE64(byte[]key)throwsException{
return(newBASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
}
/**
*MD5加密
*
*@paramdata
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticbyte[]encryptMD5(byte[]data)throwsException{
MessageDigestmd5=MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
md5.update(data);
returnmd5.digest();
}
/**
*SHA加密
*
*@paramdata
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticbyte[]encryptSHA(byte[]data)throwsException{
MessageDigestsha=MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
sha.update(data);
returnsha.digest();
}
/**
*初始化HMAC密钥
*
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticStringinitMacKey()throwsException{
KeyGeneratorkeyGenerator=KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);
SecretKeysecretKey=keyGenerator.generateKey();
returnencryptBASE64(secretKey.getEncoded());
}
/**
*HMAC加密
*
*@paramdata
*@paramkey
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticbyte[]encryptHMAC(byte[]data,Stringkey)throwsException{
SecretKeysecretKey=newSecretKeySpec(decryptBASE64(key),KEY_MAC);
Macmac=Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
mac.init(secretKey);
returnmac.doFinal(data);
}
}

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
 * 
 * @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：

Java代码

importstaticorg.junit.Assert.*;
importorg.junit.Test;
/**
*
*@author梁栋
*@version1.0
*@since1.0
*/
publicclassCoderTest{
@Test
publicvoidtest()throwsException{
StringinputStr="简单加密";
System.err.println("原文:\n"+inputStr);
byte[]inputData=inputStr.getBytes();
Stringcode=Coder.encryptBASE64(inputData);
System.err.println("BASE64加密后:\n"+code);
byte[]output=Coder.decryptBASE64(code);
StringoutputStr=newString(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));
Stringkey=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));
BigIntegermd5=newBigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));
System.err.println("MD5:\n"+md5.toString(16));
BigIntegersha=newBigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));
System.err.println("SHA:\n"+sha.toString(32));
BigIntegermac=newBigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData,inputStr));
System.err.println("HMAC:\n"+mac.toString(16));
}
}

import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.Test;

/**
 * 
 * @author 梁栋
 * @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));
	}
}

控制台输出：

Console代码

原文:
简单加密
BASE64加密后:
566A5Y2V5Yqg5a+G
BASE64解密后:
简单加密
Mac密钥:
uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke
pBIpkd7QHg==
MD5:
-550b4d90349ad4629462113e7934de56
SHA:
91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn
HMAC:
2287d192387e95694bdbba2fa941009a

原文:
简单加密
BASE64加密后:
566A5Y2V5Yqg5a+G

BASE64解密后:
简单加密
Mac密钥:
uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke
pBIpkd7QHg==

MD5:
-550b4d90349ad4629462113e7934de56
SHA:
91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn
HMAC:
2287d192387e95694bdbba2fa941009a

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。