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Java加密技术（一）

    博客分类：
  • Java
Java算法junitSUNLinux 
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转自：http://snowolf.iteye.com/blog/379860

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 复制代码
  1. /**  
  2.  * BASE64解密  
  3.  *   
  4.  * @param key  
  5.  * @return  
  6.  * @throws Exception  
  7.  */  
  8. public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {   
  9.     return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);   
  10. }   
  11.   
  12. /**  
  13.  * BASE64加密  
  14.  *   
  15.  * @param key  
  16.  * @return  
  17.  * @throws Exception  
  18.  */  
  19. public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {   
  20.     return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);   
  21. }  
	/**
	 * 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 复制代码
  1. /**  
  2.  * MD5加密  
  3.  *   
  4.  * @param data  
  5.  * @return  
  6.  * @throws Exception  
  7.  */  
  8. public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {   
  9.   
  10.     MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);   
  11.     md5.update(data);   
  12.   
  13.     return md5.digest();   
  14.   
  15. }  
	/**
	 * 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 复制代码
  1.     /**  
  2.      * SHA加密  
  3.      *   
  4.      * @param data  
  5.      * @return  
  6.      * @throws Exception  
  7.      */  
  8.     public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {   
  9.   
  10.         MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);   
  11.         sha.update(data);   
  12.   
  13.         return sha.digest();   
  14.   
  15.     }   
  16. }  
	/**
	 * 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 复制代码
  1. /**  
  2.  * 初始化HMAC密钥  
  3.  *   
  4.  * @return  
  5.  * @throws Exception  
  6.  */  
  7. public static String initMacKey() throws Exception {   
  8.     KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);   
  9.   
  10.     SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();   
  11.     return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());   
  12. }   
  13.   
  14. /**  
  15.  * HMAC加密  
  16.  *   
  17.  * @param data  
  18.  * @param key  
  19.  * @return  
  20.  * @throws Exception  
  21.  */  
  22. public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {   
  23.   
  24.     SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);   
  25.     Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());   
  26.     mac.init(secretKey);   
  27.   
  28.     return mac.doFinal(data);   
  29.   
  30. }  
	/**
	 * 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 复制代码
  1. import java.security.MessageDigest;   
  2.   
  3. import javax.crypto.KeyGenerator;   
  4. import javax.crypto.Mac;   
  5. import javax.crypto.SecretKey;   
  6.   
  7. import sun.misc.BASE64Decoder;   
  8. import sun.misc.BASE64Encoder;   
  9.   
  10. /**  
  11.  * 基础加密组件  
  12.  *   
  13.  * @author 梁栋  
  14.  * @version 1.0  
  15.  * @since 1.0  
  16.  */  
  17. public abstract class Coder {   
  18.     public static final String KEY_SHA = "SHA";   
  19.     public static final String KEY_MD5 = "MD5";   
  20.   
  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.     public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";   
  33.   
  34.     /**  
  35.      * BASE64解密  
  36.      *   
  37.      * @param key  
  38.      * @return  
  39.      * @throws Exception  
  40.      */  
  41.     public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {   
  42.         return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);   
  43.     }   
  44.   
  45.     /**  
  46.      * BASE64加密  
  47.      *   
  48.      * @param key  
  49.      * @return  
  50.      * @throws Exception  
  51.      */  
  52.     public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {   
  53.         return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);   
  54.     }   
  55.   
  56.     /**  
  57.      * MD5加密  
  58.      *   
  59.      * @param data  
  60.      * @return  
  61.      * @throws Exception  
  62.      */  
  63.     public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {   
  64.   
  65.         MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);   
  66.         md5.update(data);   
  67.   
  68.         return md5.digest();   
  69.   
  70.     }   
  71.   
  72.     /**  
  73.      * SHA加密  
  74.      *   
  75.      * @param data  
  76.      * @return  
  77.      * @throws Exception  
  78.      */  
  79.     public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {   
  80.   
  81.         MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);   
  82.         sha.update(data);   
  83.   
  84.         return sha.digest();   
  85.   
  86.     }   
  87.   
  88.     /**  
  89.      * 初始化HMAC密钥  
  90.      *   
  91.      * @return  
  92.      * @throws Exception  
  93.      */  
  94.     public static String initMacKey() throws Exception {   
  95.         KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);   
  96.   
  97.         SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();   
  98.         return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());   
  99.     }   
  100.   
  101.     /**  
  102.      * HMAC加密  
  103.      *   
  104.      * @param data  
  105.      * @param key  
  106.      * @return  
  107.      * @throws Exception  
  108.      */  
  109.     public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {   
  110.   
  111.         SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);   
  112.         Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());   
  113.         mac.init(secretKey);   
  114.   
  115.         return mac.doFinal(data);   
  116.   
  117.     }   
  118. }  
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 复制代码
  1. import static org.junit.Assert.*;   
  2.   
  3. import org.junit.Test;   
  4.   
  5. /**  
  6.  *   
  7.  * @author 梁栋  
  8.  * @version 1.0  
  9.  * @since 1.0  
  10.  */  
  11. public class CoderTest {   
  12.   
  13.     @Test  
  14.     public void test() throws Exception {   
  15.         String inputStr = "简单加密";   
  16.         System.err.println("原文:\n" + inputStr);   
  17.   
  18.         byte[] inputData = inputStr.getBytes();   
  19.         String code = Coder.encryptBASE64(inputData);   
  20.   
  21.         System.err.println("BASE64加密后:\n" + code);   
  22.   
  23.         byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);   
  24.   
  25.         String outputStr = new String(output);   
  26.   
  27.         System.err.println("BASE64解密后:\n" + outputStr);   
  28.   
  29.         // 验证BASE64加密解密一致性   
  30.         assertEquals(inputStr, outputStr);   
  31.   
  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));   
  35.   
  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));   
  39.   
  40.         String key = Coder.initMacKey();   
  41.         System.err.println("Mac密钥:\n" + key);   
  42.   
  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));   
  46.   
  47.         BigInteger md5 = new BigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));   
  48.         System.err.println("MD5:\n" + md5.toString(16));   
  49.   
  50.         BigInteger sha = new BigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));   
  51.         System.err.println("SHA:\n" + sha.toString(32));   
  52.   
  53.         BigInteger mac = new BigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData, inputStr));   
  54.         System.err.println("HMAC:\n" + mac.toString(16));   
  55.     }   
  56. }  
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 复制代码
  1. 原文:   
  2. 简单加密   
  3. BASE64加密后:   
  4. 566A5Y2V5Yqg5a+G   
  5.   
  6. BASE64解密后:   
  7. 简单加密   
  8. Mac密钥:   
  9. uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke   
  10. pBIpkd7QHg==   
  11.   
  12. MD5:   
  13. -550b4d90349ad4629462113e7934de56   
  14. SHA:   
  15. 91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn   
  16. HMAC:   
  17. 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。

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