Java加密技术

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：

1. /** *//**    
2.  * BASE64解密  http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn  
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. }  

    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：

1. /** *//**    
2.  * MD5加密 http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn    
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. }  

    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：

1.  /** *//**    
2.      * SHA加密 http://www.5a520.cn http://www.bt285.cn   
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. }  

 

    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：

1. /** *//**    
2.  * 初始化HMAC密钥  http://www.guihua.org  http://www.feng123.com  
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. }   

    给出一个完整类，如下：

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  http://www.bt285.cn http://www.feng123.com  
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. }  

    再给出一个测试类：

1. import static org.junit.Assert.*;   
2.   
3. import org.junit.Test;   
4.   
5. /**  
6.  *  
7.  * @author 梁栋  http://www.feng123.com  
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.     }