【密钥算法】Java加密技术（一）---BASE64、MD5、SHA、HMAC数据加密算法

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

/**

* 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

*

* @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

*

* @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

* @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

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

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