JAVA加密一

加密解密，曾經是我一個畢業設計的重要組件。在工作了多年以後回想當時那個加密、解密演算法，實在是太單純了。
言歸正傳，這裡我們主要描述Java已經實現的一些加密解密演算法，最後介紹數位憑證。
如基本的單向密碼編譯演算法：

•BASE64 嚴格地說，屬於編碼格式，而非密碼編譯演算法
•MD5(Message Digest algorithm 5，資訊摘要演算法)
•SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列演算法)
•HMAC(Hash Message Authentication Code，散列訊息鑒別碼)

複雜的對稱式加密（DES、PBE）、非對稱式加密演算法：

•DES(Data Encryption Standard，資料加密演算法)
•PBE(Password-based encryption，基於密碼驗證)
•RSA(演算法的名字以發明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman)
•DH(Diffie-Hellman演算法，密鑰一致協議)
•DSA(Digital Signature Algorithm，數位簽章)
•ECC(Elliptic Curves Cryptography，橢圓曲線密碼編碼學)

本篇內容簡要介紹BASE64、MD5、SHA、HMAC幾種方法。
MD5、SHA、HMAC這三種密碼編譯演算法，可謂是非可逆加密，就是不可解密的加密方法。我們通常只把他們作為加密的基礎。單純的以上三種的加密並不可靠。

BASE64
按照RFC2045的定義，Base64被定義為：Base64內容傳送編碼被設計用來把任意序列的8位位元組描述為一種不易被人直接識別的形式。（The Base64 Content-Transfer-Encoding is designed to represent arbitrary sequences of octets in a form that need not be humanly readable.）
常見於郵件、http加密，截取http資訊，你就會發現登入操作的使用者名稱、密碼欄位通過BASE64加密的。

通過java代碼實現如下：

Java代碼
1./**
2. * BASE64解密
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.}
/**
* 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兩個類，我們只需要知道使用對應的方法即可。另，BASE加密後產生的位元組位元是8的倍數，如果不夠位元以=符號填充。

MD5
MD5 -- message-digest algorithm 5 （資訊-摘要演算法）縮寫，廣泛用於加密和解密技術，常用於檔案校正。校正？不管檔案多大，經過MD5後都能產生唯一的MD5值。好比現在的ISO校正，都是MD5校正。怎麼用？當然是把ISO經過MD5後產生MD5的值。一般下載linux-ISO的朋友都見過下載連結旁邊放著MD5的串。就是用來驗證檔案是否一致的。

通過java代碼實現如下：

Java代碼
1./**
2. * MD5加密
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.}
/**
* 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();

}

通常我們不直接使用上述MD5加密。通常將MD5產生的位元組數組交給BASE64再加密一把，得到相應的字串。

SHA
SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列演算法），數位簽章等密碼學應用中重要的工具，被廣泛地應用於電子商務等資訊安全領域。雖然，SHA與MD5通過碰撞法都被破解了， 但是SHA仍然是公認的安全密碼編譯演算法，較之MD5更為安全。

通過java代碼實現如下：

Java代碼
1. /**
2. * SHA加密
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.}
/**
* 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，散列訊息鑒別碼，基於密鑰的Hash演算法的認證協議。訊息鑒別碼實現鑒別的原理是，用公開函數和密鑰產生一個固定長度的值作為認證標識，用這個標識鑒別訊息的完整性。使用一個密鑰產生一個固定大小的小資料區塊，即MAC，並將其加入到訊息中，然後傳輸。接收方利用與發送方共用的密鑰進行鑒別認證等。

通過java代碼實現如下：

Java代碼
1./**
2. * 初始化HMAC密鑰
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.}

/**
* 初始化HMAC密鑰
*
* @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);

}

給出一個完整類，如下：

Java代碼
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. * 基礎加密組件
12. *
13. * @author 梁棟
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演算法可選以下多種演算法
23. *
24. *

  25.     * HmacMD5   26.     * HmacSHA1   27.     * HmacSHA256   28.     * HmacSHA384   29.     * HmacSHA512  30.     * 

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密鑰
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.}
import java.security.MessageDigest;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;

import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;

/**
* 基礎加密組件
*
* @author 梁棟
* @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演算法可選以下多種演算法
*
*

 * HmacMD5  * HmacSHA1  * HmacSHA256  * HmacSHA384  * HmacSHA512 * 

*/
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密鑰
*
* @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);

}
}

再給出一個測試類別：

Java代碼
1.import static org.junit.Assert.*;
2.
3.import org.junit.Test;
4.
5./**
6. *
7. * @author 梁棟
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 = "簡單加密";
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加密後:/n" + code);
22.
23. byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);
24.
25. String outputStr = new String(output);
26.
27. System.err.println("BASE64解密後:/n" + outputStr);
28.
29. // 驗證BASE64加密解密一致性
30. assertEquals(inputStr, outputStr);
31.
32. // 驗證MD5對於同一內容加密是否一致
33. assertArrayEquals(Coder.encryptMD5(inputData), Coder
34. .encryptMD5(inputData));
35.
36. // 驗證SHA對於同一內容加密是否一致
37. assertArrayEquals(Coder.encryptSHA(inputData), Coder
38. .encryptSHA(inputData));
39.
40. String key = Coder.initMacKey();
41. System.err.println("Mac密鑰:/n" + key);
42.
43. // 驗證HMAC對於同一內容，同一祕密金鑰加密是否一致
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. }
56.}
import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.Test;

/**
*
* @author 梁棟
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public class CoderTest {

@Test
public void test() throws Exception {
String inputStr = "簡單加密";
System.err.println("原文:/n" + inputStr);

byte[] inputData = inputStr.getBytes();
String code = Coder.encryptBASE64(inputData);

System.err.println("BASE64加密後:/n" + code);

byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);

String outputStr = new String(output);

System.err.println("BASE64解密後:/n" + outputStr);

// 驗證BASE64加密解密一致性
assertEquals(inputStr, outputStr);

// 驗證MD5對於同一內容加密是否一致
assertArrayEquals(Coder.encryptMD5(inputData), Coder
.encryptMD5(inputData));

// 驗證SHA對於同一內容加密是否一致
assertArrayEquals(Coder.encryptSHA(inputData), Coder
.encryptSHA(inputData));

String key = Coder.initMacKey();
System.err.println("Mac密鑰:/n" + key);

// 驗證HMAC對於同一內容，同一祕密金鑰加密是否一致
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));
}
}

控制台輸出：

Console代碼
1.原文:
2.簡單加密
3.BASE64加密後:
4.566A5Y2V5Yqg5a+G
5.
6.BASE64解密後:
7.簡單加密
8.Mac密鑰:
9.uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke
10.pBIpkd7QHg==
11.
12.MD5:
13.-550b4d90349ad4629462113e7934de56
14.SHA:
15.91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn
16.HMAC:
17.2287d192387e95694bdbba2fa941009a
原文:
簡單加密
BASE64加密後:
566A5Y2V5Yqg5a+G

BASE64解密後:
簡單加密
Mac密鑰:
uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke
pBIpkd7QHg==

MD5:
-550b4d90349ad4629462113e7934de56
SHA:
91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn
HMAC:
2287d192387e95694bdbba2fa941009a

注意
編譯時間，可能會看到如下提示：

引用

警告：sun.misc.BASE64Decoder 是 Sun 的專用 API，可能會在未來版本中刪除

import sun.misc.BASE64Decoder;
^
警告：sun.misc.BASE64Encoder 是 Sun 的專用 API，可能會在未來版本中刪除

import sun.misc.BASE64Encoder;
^

BASE64Encoder和BASE64Decoder是非官方JDK實作類別。雖然可以在JDK裡能找到並使用，但是在API裡查不到。JRE 中 sun 和 com.sun 開頭包的類都是未被文檔化的，他們屬於 java, javax 類庫的基礎，其中的實現大多數與底層平台有關，一般來說是不推薦使用的。

BASE64的加密解密是雙向的，可以求反解。
MD5、SHA以及HMAC是單向加密，任何資料加密後只會產生唯一的一個加密串，通常用來校正資料在傳輸過程中是否被修改。其中HMAC演算法有一個密鑰，增強了資料轉送過程中的安全性，強化了演算法外的不可控因素。
單向加密的用途主要是為了校正資料在傳輸過程中是否被修改。