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[密码] Java加密解密 [1]：Base64,MD5,HMAC,SHA,RSA,

分类：

2011-05-19 10:34:03

  1. Important Packages/Classes
    • Java Generic
      • Packages
        1. java.security
        2. javax.crypto
      • Classes
        1. CRC32 （CheckSum)
      • xxx
    • Android
      • Classes
        1. Android.utils.Base64
      • xxx
    • xxx
  2. 简介
    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。
  3. 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：
    Java代码  收藏代码
    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. }  

    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。
  4. 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：
    Java代码  收藏代码
    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. }  


    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。
  5. SHA
    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：
    Java代码  收藏代码
    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. }  


  6. 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：
    Java代码  收藏代码
    1. /** 
    2.  * 初始化HMAC密钥 
    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：
    Java代码  收藏代码
    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 
    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.      * 
       
    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：
    Java代码  收藏代码
    1. import static org.junit.Assert.*;  
    2.   
    3. import org.junit.Test;  
    4.   
    5. /** 
    6.  *  
    7.  * @author 梁栋 
    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.     }  
    56. }  


  7. RSA
    import java.security.KeyPair;  
    　　import java.security.KeyPairGenerator;  
    　　import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;  
    　　import java.security.interfaces.RSAPublicKey;  
    　　import javax.crypto.Cipher;　　/** *//**
    　　* RSAEncrypt
    　　*  
    　　* @author maqujun
    　　* @see
    　　*/
    　　public class RSAEncrypt ...{
    　　/** *//**
    　　* Main method for RSAEncrypt.
    　　* @param args
    　　*/
    　　public static void main(String[] args) ...{
    　　try ...{
    　　RSAEncrypt encrypt = new RSAEncrypt();
    　　String encryptText = "encryptText";
    　　KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
    　　keyPairGen.initialize(1024);
    　　KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
    　　// Generate keys
    　　RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
    　　RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
    　　byte[] e = encrypt.encrypt(publicKey, encryptText.getBytes());
    　　byte[] de = encrypt.decrypt(privateKey,e);
    　　System.out.println(encrypt.bytesToString(e));
    　　System.out.println(encrypt.bytesToString(de));
    　　} catch (Exception e) ...{
    　　e.printStackTrace();
    　　}
    　　}
    　　/** *//**
    　　* Change byte array to String.
    　　* @return byte[]
    　　*/
    　　protected String bytesToString(byte[] encrytpByte) ...{
    　　String result = "";
    　　for (Byte bytes : encrytpByte) ...{
    　　result += (char) bytes.intValue();
    　　}
    　　return result;
    　　}
    　　/** *//**
    　　* Encrypt String.
    　　* @return byte[]
    　　*/
    　　protected byte[] encrypt(RSAPublicKey publicKey, byte[] obj) ...{
    　　if (publicKey != null) ...{
    　　try ...{
    　　Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
    　　cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
    　　return cipher.doFinal(obj);
    　　} catch (Exception e) ...{
    　　e.printStackTrace();
    　　}
    　　}
    　　return null;
    　　}
    　　/** *//**
    　　* Basic decrypt method
    　　* @return byte[]
    　　*/
    　　protected byte[] decrypt(RSAPrivateKey privateKey, byte[] obj) ...{
    　　if (privateKey != null) ...{
    　　try ...{
    　　Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
    　　cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
    　　return cipher.doFinal(obj);
    　　} catch (Exception e) ...{
    　　e.printStackTrace();
    　　}
    　　}
    　　return null;
    　　}
    　　}   
  8. xxx
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