SHA-1 Java 实现详解

简介

在本文中，我将向你介绍如何使用Java实现SHA-1算法。SHA-1是一种被广泛使用的哈希算法，它能够将任意长度的数据转换为一个160位的哈希值。我们将一步步地实现SHA-1算法，并通过代码示例进行解释。

流程

让我们首先看一下实现SHA-1算法的步骤。下面是一个简单的流程图，说明了整个过程。

flowchart TD;
    A[初始化] --> B[填充消息];
    B --> C[处理消息块];
    C --> D[更新哈希值];
    D --> E[输出哈希值];

让我们逐一解释这些步骤。

  1. 初始化：初始化哈希算法的初始参数，包括消息长度和哈希值。
  2. 填充消息：将输入的消息填充为512比特的块。填充的方式是在消息末尾添加一个比特1，然后添加足够数量的比特0，直到消息长度满足512比特的整数倍。
  3. 处理消息块：将填充后的消息分为512比特的块，然后对每个块进行处理。
  4. 更新哈希值：根据处理的消息块更新哈希值。这涉及到一系列的位运算和常量值。
  5. 输出哈希值：最后，输出计算得到的160位哈希值。

代码示例

现在，让我们一步步地实现SHA-1算法。下面是每个步骤需要做的事情以及相应的代码示例。

步骤1：初始化

在这一步中，我们需要初始化SHA-1算法的初始参数。这些参数包括初始的哈希值和消息长度。

int[] h = {
    0x67452301,
    0xEFCDAB89,
    0x98BADCFE,
    0x10325476,
    0xC3D2E1F0
};

long messageLength = 0;

步骤2：填充消息

为了填充消息，我们需要将输入的消息转换为字节数组。然后，我们将在消息末尾添加一个比特1，再添加足够数量的比特0，直到消息长度满足512比特的整数倍。

byte[] messageBytes = message.getBytes("UTF-8");

// 添加比特1到消息末尾
byte[] paddedMessage = new byte[messageBytes.length + 1];
System.arraycopy(messageBytes, 0, paddedMessage, 0, messageBytes.length);
paddedMessage[messageBytes.length] = (byte) 0x80;

// 添加比特0直到消息长度满足512比特的整数倍
while ((paddedMessage.length * 8) % 512 != 448) {
    paddedMessage = Arrays.copyOf(paddedMessage, paddedMessage.length + 1);
    paddedMessage[paddedMessage.length - 1] = 0;
}

步骤3：处理消息块

在这一步中，我们将填充后的消息分为512比特的块，并对每个块进行处理。

int[] w = new int[80];

for (int i = 0; i < paddedMessage.length * 8 / 512; i++) {
    byte[] block = Arrays.copyOfRange(paddedMessage, i * 64, (i + 1) * 64);

    for (int j = 0; j < 16; j++) {
        w[j] = ByteBuffer.wrap(block, j * 4, 4).getInt();
    }

    for (int j = 16; j < 80; j++) {
        int temp = w[j - 3] ^ w[j - 8] ^ w[j - 14] ^ w[j - 16];
        w[j] = Integer.rotateLeft(temp, 1);
    }

    // 处理消息块
    // ...
}

步骤4：更新哈希值

在这一步中，我们需要根据处理的消息块来更新哈希值。这涉及到一系列的位运算和常量值。

int a = h[0];
int b = h[1];
int