java加密解密研究-MAC算法家族

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一、概述

MAC算法结合了MD5和SHA算法的优势，并加入密钥的支持，是一种更为安全的消息摘要算法。

MAC（Message Authentication Code，消息认证码算法）是含有密钥的散列函数算法，兼容了MD和SHA算法的特性，并在此基础上加入了密钥。日次，我们也常把MAC称为HMAC（keyed-Hash Message Authentication Code）。

MAC算法主要集合了MD和SHA两大系列消息摘要算法。MD系列的算法有HmacMD2、HmacMD4、HmacMD5三种算法；SHA系列的算法有HmacSHA1、HmacSHA224、HmacSHA256、HmacSHA384.HmacSHA512五种算法。

经过MAC算法得到的摘要值也可以使用十六进制编码表示，其摘要值长度与参与实现的摘要值长度相同。例如，HmacSHA1算法得到的摘要长度就是SHA1算法得到的摘要长度，都是160位二进制码，换算成十六进制编码为40位。

二、实现和应用

1、Sun的实现和应用

在java6中，MAC系列算法需要通过Mac类提供支持。java6中仅仅提供HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384和HmacSHA512四种算法。

Mac算法是带有密钥的消息摘要算法，所以实现起来要分为两步：

1）、构建密钥

2）、执行消息摘要

[java]
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package com.tao.test; import java.security.NoSuchAlgorithmException; import javax.crypto.KeyGenerator; import javax.crypto.Mac; import javax.crypto.SecretKey; import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; import javax.xml.bind.annotation.adapters.HexBinaryAdapter; /** * MAC算法工具类 * 对于HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384、HmacSHA512应用的步骤都是一模一样的。具体看下面的代码 */ class MACCoder { /** * 产生HmacMD5摘要算法的密钥 */ public static byte[] initHmacMD5Key() throws NoSuchAlgorithmException { // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器 KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5"); // 产生密钥 SecretKey secretKey = generator.generateKey(); // 获得密钥 byte[] key = secretKey.getEncoded(); return key; } /** * HmacMd5摘要算法 * 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥 */ public static String encodeHmacMD5(byte[] data, byte[] key) throws Exception { // 还原密钥 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD5"); // 实例化Mac Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm()); //初始化mac mac.init(secretKey); //执行消息摘要 byte[] digest = mac.doFinal(data); return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串 } /** * 产生HmacSHA1摘要算法的密钥 */ public static byte[] initHmacSHAKey() throws NoSuchAlgorithmException { // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器 KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA1"); // 产生密钥 SecretKey secretKey = generator.generateKey(); // 获得密钥 byte[] key = secretKey.getEncoded(); return key; } /** * HmacSHA1摘要算法 * 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥 */ public static String encodeHmacSHA(byte[] data, byte[] key) throws Exception { // 还原密钥 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA1"); // 实例化Mac Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm()); //初始化mac mac.init(secretKey); //执行消息摘要 byte[] digest = mac.doFinal(data); return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串 } /** * 产生HmacSHA256摘要算法的密钥 */ public static byte[] initHmacSHA256Key() throws NoSuchAlgorithmException { // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器 KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA256"); // 产生密钥 SecretKey secretKey = generator.generateKey(); // 获得密钥 byte[] key = secretKey.getEncoded(); return key; } /** * HmacSHA1摘要算法 * 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥 */ public static String encodeHmacSHA256(byte[] data, byte[] key) throws Exception { // 还原密钥 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA256"); // 实例化Mac Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm()); //初始化mac mac.init(secretKey); //执行消息摘要 byte[] digest = mac.doFinal(data); return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串 } /** * 产生HmacSHA256摘要算法的密钥 */ public static byte[] initHmacSHA384Key() throws NoSuchAlgorithmException { // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器 KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA384"); // 产生密钥 SecretKey secretKey = generator.generateKey(); // 获得密钥 byte[] key = secretKey.getEncoded(); return key; } /** * HmacSHA1摘要算法 * 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥 */ public static String encodeHmacSHA384(byte[] data, byte[] key) throws Exception { // 还原密钥 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA384"); // 实例化Mac Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm()); //初始化mac mac.init(secretKey); //执行消息摘要 byte[] digest = mac.doFinal(data); return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串 } /** * 产生HmacSHA256摘要算法的密钥 */ public static byte[] initHmacSHA512Key() throws NoSuchAlgorithmException { // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器 KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA512"); // 产生密钥 SecretKey secretKey = generator.generateKey(); // 获得密钥 byte[] key = secretKey.getEncoded(); return key; } /** * HmacSHA1摘要算法 * 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥 */ public static String encodeHmacSHA512(byte[] data, byte[] key) throws Exception { // 还原密钥 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA512"); // 实例化Mac Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm()); //初始化mac mac.init(secretKey); //执行消息摘要 byte[] digest = mac.doFinal(data); return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串 } } public class MACTest { public static void main(String[] args) throws Exception { String testString = "asdasd"; byte[] keyHmacMD5=MACCoder.initHmacMD5Key(); System.out.println(MACCoder.encodeHmacMD5(testString.getBytes(),keyHmacMD5)); byte[] keyHmacSHA1=MACCoder.initHmacSHAKey(); System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA(testString.getBytes(),keyHmacSHA1)); byte[] keyHmacSHA256=MACCoder.initHmacSHA256Key(); System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA256(testString.getBytes(),keyHmacSHA256)); byte[] keyHmacSHA384=MACCoder.initHmacSHA384Key(); System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA384(testString.getBytes(),keyHmacSHA384)); byte[] keyHmacSHA512=MACCoder.initHmacSHA512Key(); System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA512(testString.getBytes(),keyHmacSHA512)); } }

package com.tao.test;

import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import javax.xml.bind.annotation.adapters.HexBinaryAdapter;

/**
* MAC算法工具类
* 对于HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384、HmacSHA512应用的步骤都是一模一样的。具体看下面的代码
*/
class MACCoder {
/**
* 产生HmacMD5摘要算法的密钥
*/
public static byte[] initHmacMD5Key() throws NoSuchAlgorithmException {
// 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = generator.generateKey();
// 获得密钥
byte[] key = secretKey.getEncoded();
return key;
}

/**
* HmacMd5摘要算法
* 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
*/
public static String encodeHmacMD5(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD5");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
//初始化mac
mac.init(secretKey);
//执行消息摘要
byte[] digest = mac.doFinal(data);
return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串
}

/**
* 产生HmacSHA1摘要算法的密钥
*/
public static byte[] initHmacSHAKey() throws NoSuchAlgorithmException {
// 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA1");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = generator.generateKey();
// 获得密钥
byte[] key = secretKey.getEncoded();
return key;
}

/**
* HmacSHA1摘要算法
* 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
*/
public static String encodeHmacSHA(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA1");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
//初始化mac
mac.init(secretKey);
//执行消息摘要
byte[] digest = mac.doFinal(data);
return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串
}

/**
* 产生HmacSHA256摘要算法的密钥
*/
public static byte[] initHmacSHA256Key() throws NoSuchAlgorithmException {
// 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA256");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = generator.generateKey();
// 获得密钥
byte[] key = secretKey.getEncoded();
return key;
}

/**
* HmacSHA1摘要算法
* 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
*/
public static String encodeHmacSHA256(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA256");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
//初始化mac
mac.init(secretKey);
//执行消息摘要
byte[] digest = mac.doFinal(data);
return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串
}

/**
* 产生HmacSHA256摘要算法的密钥
*/
public static byte[] initHmacSHA384Key() throws NoSuchAlgorithmException {
// 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA384");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = generator.generateKey();
// 获得密钥
byte[] key = secretKey.getEncoded();
return key;
}

/**
* HmacSHA1摘要算法
* 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
*/
public static String encodeHmacSHA384(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA384");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
//初始化mac
mac.init(secretKey);
//执行消息摘要
byte[] digest = mac.doFinal(data);
return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串
}

/**
* 产生HmacSHA256摘要算法的密钥
*/
public static byte[] initHmacSHA512Key() throws NoSuchAlgorithmException {
// 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA512");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = generator.generateKey();
// 获得密钥
byte[] key = secretKey.getEncoded();
return key;
}

/**
* HmacSHA1摘要算法
* 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
*/
public static String encodeHmacSHA512(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA512");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
//初始化mac
mac.init(secretKey);
//执行消息摘要
byte[] digest = mac.doFinal(data);
return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);//转为十六进制的字符串
}
}

public class MACTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String testString = "asdasd";

byte[] keyHmacMD5=MACCoder.initHmacMD5Key();
System.out.println(MACCoder.encodeHmacMD5(testString.getBytes(),keyHmacMD5));

byte[] keyHmacSHA1=MACCoder.initHmacSHAKey();
System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA(testString.getBytes(),keyHmacSHA1));

byte[] keyHmacSHA256=MACCoder.initHmacSHA256Key();
System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA256(testString.getBytes(),keyHmacSHA256));

byte[] keyHmacSHA384=MACCoder.initHmacSHA384Key();
System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA384(testString.getBytes(),keyHmacSHA384));

byte[] keyHmacSHA512=MACCoder.initHmacSHA512Key();
System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA512(testString.getBytes(),keyHmacSHA512));
}
}

2、BouncyCastle的实现和应用

第三方加密组件包Bouncy Castle作为补充，提供了HmacMD2.HmacMD4、HmacSHA224三种算法的支持。

[java]
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package Test; import java.security.NoSuchAlgorithmException; import java.security.Security; import javax.crypto.KeyGenerator; import javax.crypto.Mac; import javax.crypto.SecretKey; import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; import javax.xml.bind.annotation.adapters.HexBinaryAdapter; import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider; /** * MAC算法工具类 * 对于HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384、HmacSHA512应用的步骤都是一模一样的。具体看下面的代码 */ class MACCoder { /** * 产生HmacMD2摘要算法的密钥 */ public static byte[] initHmacMD2Key() throws NoSuchAlgorithmException { // 添加BouncyCastle的支持 Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器 KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD2"); // 产生密钥 SecretKey secretKey = generator.generateKey(); // 获得密钥 byte[] key = secretKey.getEncoded(); return key; } /** * HmacMd2摘要算法 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥 */ public static String encodeHmacMD2(byte[] data, byte[] key) throws Exception { // 添加BouncyCastle的支持 Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); // 还原密钥 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD2"); // 实例化Mac Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm()); // 初始化mac mac.init(secretKey); // 执行消息摘要 byte[] digest = mac.doFinal(data); return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);// 转为十六进制的字符串 } /** * 产生HmacMD4摘要算法的密钥 */ public static byte[] initHmacMD4Key() throws NoSuchAlgorithmException { // 添加BouncyCastle的支持 Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); // 添加BouncyCastle的支持 Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器 KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD4"); // 产生密钥 SecretKey secretKey = generator.generateKey(); // 获得密钥 byte[] key = secretKey.getEncoded(); return key; } /** * HmacMD4摘要算法 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥 */ public static String encodeHmacMD4(byte[] data, byte[] key) throws Exception { // 添加BouncyCastle的支持 Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); // 还原密钥 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD4"); // 实例化Mac Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm()); // 初始化mac mac.init(secretKey); // 执行消息摘要 byte[] digest = mac.doFinal(data); return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);// 转为十六进制的字符串 } /** * 产生HmacSHA224摘要算法的密钥 */ public static byte[] initHmacSHA224Key() throws NoSuchAlgorithmException { // 添加BouncyCastle的支持 Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); // 添加BouncyCastle的支持 Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); // 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器 KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA224"); // 产生密钥 SecretKey secretKey = generator.generateKey(); // 获得密钥 byte[] key = secretKey.getEncoded(); return key; } /** * HmacSHA224摘要算法 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥 */ public static String encodeHmacSHA224(byte[] data, byte[] key) throws Exception { // 添加BouncyCastle的支持 Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); // 还原密钥 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA224"); // 实例化Mac Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm()); // 初始化mac mac.init(secretKey); // 执行消息摘要 byte[] digest = mac.doFinal(data); return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);// 转为十六进制的字符串 } } public class MACTest { public static void main(String[] args) throws Exception { String testString = "asdasd"; byte[] keyHmacMD2 = MACCoder.initHmacMD2Key(); System.out.println(MACCoder.encodeHmacMD2(testString.getBytes(), keyHmacMD2)); byte[] keyHmacMD4 = MACCoder.initHmacMD4Key(); System.out.println(MACCoder.encodeHmacMD4(testString.getBytes(), keyHmacMD4)); byte[] keyHmacSHA224 = MACCoder.initHmacSHA224Key(); System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA224(testString.getBytes(), keyHmacSHA224)); } }

package Test;

import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.Security;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import javax.xml.bind.annotation.adapters.HexBinaryAdapter;

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;

/**
* MAC算法工具类
* 对于HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384、HmacSHA512应用的步骤都是一模一样的。具体看下面的代码
*/
class MACCoder {
/**
* 产生HmacMD2摘要算法的密钥
*/
public static byte[] initHmacMD2Key() throws NoSuchAlgorithmException {
// 添加BouncyCastle的支持
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
// 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD2");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = generator.generateKey();
// 获得密钥
byte[] key = secretKey.getEncoded();
return key;
}

/**
* HmacMd2摘要算法 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
*/
public static String encodeHmacMD2(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
// 添加BouncyCastle的支持
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD2");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
// 初始化mac
mac.init(secretKey);
// 执行消息摘要
byte[] digest = mac.doFinal(data);
return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);// 转为十六进制的字符串
}

/**
* 产生HmacMD4摘要算法的密钥
*/
public static byte[] initHmacMD4Key() throws NoSuchAlgorithmException {
// 添加BouncyCastle的支持
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
// 添加BouncyCastle的支持
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
// 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD4");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = generator.generateKey();
// 获得密钥
byte[] key = secretKey.getEncoded();
return key;
}

/**
* HmacMD4摘要算法 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
*/
public static String encodeHmacMD4(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
// 添加BouncyCastle的支持
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD4");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
// 初始化mac
mac.init(secretKey);
// 执行消息摘要
byte[] digest = mac.doFinal(data);
return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);// 转为十六进制的字符串
}

/**
* 产生HmacSHA224摘要算法的密钥
*/
public static byte[] initHmacSHA224Key() throws NoSuchAlgorithmException {
// 添加BouncyCastle的支持
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
// 添加BouncyCastle的支持
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
// 初始化HmacMD5摘要算法的密钥产生器
KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacSHA224");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = generator.generateKey();
// 获得密钥
byte[] key = secretKey.getEncoded();
return key;
}

/**
* HmacSHA224摘要算法 对于给定生成的不同密钥，得到的摘要消息会不同，所以在实际应用中，要保存我们的密钥
*/
public static String encodeHmacSHA224(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
// 添加BouncyCastle的支持
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
// 还原密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacSHA224");
// 实例化Mac
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
// 初始化mac
mac.init(secretKey);
// 执行消息摘要
byte[] digest = mac.doFinal(data);
return new HexBinaryAdapter().marshal(digest);// 转为十六进制的字符串
}

}

public class MACTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String testString = "asdasd";

byte[] keyHmacMD2 = MACCoder.initHmacMD2Key();
System.out.println(MACCoder.encodeHmacMD2(testString.getBytes(), keyHmacMD2));

byte[] keyHmacMD4 = MACCoder.initHmacMD4Key();
System.out.println(MACCoder.encodeHmacMD4(testString.getBytes(), keyHmacMD4));

byte[] keyHmacSHA224 = MACCoder.initHmacSHA224Key();
System.out.println(MACCoder.encodeHmacSHA224(testString.getBytes(), keyHmacSHA224));
}
}