Java加密技术之—BASE64,MD5,SHA,HMAC

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)

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：

/** * 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：

/** * 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：

/** * 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： 

/** * 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：

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);}}

再给出一个测试类如下：

import static org.junit.Assert.*;import org.junit.Test;/** *  * @author 梁栋 * @version 1.0 * @since 1.0 */public class CoderTest {@Testpublic 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：

原文:简单加密BASE64加密后:566A5Y2V5Yqg5a+GBASE64解密后:简单加密Mac密钥:uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155BkepBIpkd7QHg==MD5:-550b4d90349ad4629462113e7934de56SHA:91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfnHMAC:2287d192387e95694bdbba2fa941009a

BASE64Encoder和BASE64Decoder是非官方JDK实现类。虽然可以在JDK里能找到并使用，但是在API里查不到。JRE 中 sun 和 com.sun 开头包的类都是未被文档化的，他们属于 java, javax 类库的基础，其中的实现大多数与底层平台有关，一般来说是不推荐使用的。 


    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。