Java中4大基本加密演算法解析

偶my耶的部落格發表於2015-06-22

簡單的java加密演算法有:

  1. BASE64 嚴格地說,屬於編碼格式,而非加密演算法
  2. MD5(Message Digest algorithm 5,資訊摘要演算法)
  3. SHA(Secure Hash Algorithm,安全雜湊演算法)
  4. HMAC(Hash Message Authentication Code,雜湊訊息鑑別碼)

1. BASE64

Base64是網路上最常見的用於傳輸8Bit位元組程式碼的編碼方式之一,大家可以檢視RFC2045~RFC2049,上面有MIME的詳細規範。Base64編碼可用於在HTTP環境下傳遞較長的標識資訊。例如,在Java Persistence系統Hibernate中,就採用了Base64來將一個較長的唯一識別符號(一般為128-bit的UUID)編碼為一個字串,用作HTTP表單和HTTP GET URL中的引數。在其他應用程式中,也常常需要把二進位制資料編碼為適合放在URL(包括隱藏表單域)中的形式。此時,採用Base64編碼具有不可讀性,即所編碼的資料不會被人用肉眼所直接看到。(來源百度百科)

java實現程式碼:

package com.cn.單向加密;

import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;
/*
BASE64的加密解密是雙向的,可以求反解.
BASE64Encoder和BASE64Decoder是非官方JDK實現類。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件化的,他們屬於 java, javax 類庫的基礎,其中的實現大多數與底層平臺有關,
一般來說是不推薦使用的。 
BASE64 嚴格地說,屬於編碼格式,而非加密演算法 
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數是8的倍數,如果不夠位數以=符號填充。 
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,擷取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。
*/

public class BASE64 {
    /**  
     * 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);   
    }  

    public static void main(String[] args) {

     String  str="12345678";

        try {
        String  result1= BASE64.encryptBASE64(str.getBytes());
         System.out.println("result1=====加密資料=========="+result1);

         byte  result2[]= BASE64.decryptBASE64(result1);
         String  str2=new String(result2);
         System.out.println("str2========解密資料========"+str2);
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }

    }

}

2. MD5

MD5即Message-Digest Algorithm 5(資訊-摘要演算法5),用於確保資訊傳輸完整一致。是計算機廣泛使用的雜湊演算法之一(又譯摘要演算法、雜湊演算法),主流程式語言普遍已有MD5實現。將資料(如漢字)運算為另一固定長度值,是雜湊演算法的基礎原理,MD5的前身有MD2、MD3和MD4。廣泛用於加密和解密技術,常用於檔案校驗。校驗?不管檔案多大,經過MD5後都能生成唯一的MD5值。好比現在的ISO校驗,都是MD5校驗。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。

java實現:

package com.cn.單向加密;

import java.math.BigInteger;
import java.security.MessageDigest;
/*
MD5(Message Digest algorithm 5,資訊摘要演算法) 
通常我們不直接使用上述MD5加密。通常將MD5產生的位元組陣列交給BASE64再加密一把,得到相應的字串
Digest:彙編
*/
public class MD5 {
    public static final String KEY_MD5 = "MD5";   

    public static  String  getResult(String inputStr)
    {
        System.out.println("=======加密前的資料:"+inputStr);
        BigInteger bigInteger=null;

        try {
         MessageDigest md = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);   
         byte[] inputData = inputStr.getBytes(); 
         md.update(inputData);   
         bigInteger = new BigInteger(md.digest());   
        } catch (Exception e) {e.printStackTrace();}
        System.out.println("MD5加密後:" + bigInteger.toString(16));   
        return bigInteger.toString(16);
    }

    public static void main(String args[])
    {
        try {
             String inputStr = "簡單加密8888888888888888888";   
             getResult(inputStr);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

MD5演算法具有以下特點:

1、壓縮性:任意長度的資料,算出的MD5值長度都是固定的。
2、容易計算:從原資料計算出MD5值很容易。
3、抗修改性:對原資料進行任何改動,哪怕只修改1個位元組,所得到的MD5值都有很大區別。
4、弱抗碰撞:已知原資料和其MD5值,想找到一個具有相同MD5值的資料(即偽造資料)是非常困難的。
5、強抗碰撞:想找到兩個不同的資料,使它們具有相同的MD5值,是非常困難的。
MD5的作用是讓大容量資訊在用數字簽名軟體簽署私人金鑰前被”壓縮”成一種保密的格式(就是把一個任意長度的位元組串變換成一定長的十六進位制數字串)。除了MD5以外,其中比較有名的還有sha-1、RIPEMD以及Haval等。

3.SHA

安全雜湊演算法(Secure Hash Algorithm)主要適用於數字簽名標準(Digital Signature Standard DSS)裡面定義的數字簽名演算法(Digital Signature Algorithm DSA)。對於長度小於2^64位的訊息,SHA1會產生一個160位的訊息摘要。該演算法經過加密專家多年來的發展和改進已日益完善,並被廣泛使用。該演算法的思想是接收一段明文,然後以一種不可逆的方式將它轉換成一段(通常更小)密文,也可以簡單的理解為取一串輸入碼(稱為預對映或資訊),並把它們轉化為長度較短、位數固定的輸出序列即雜湊值(也稱為資訊摘要或資訊認證程式碼)的過程。雜湊函式值可以說是對明文的一種“指紋”或是“摘要”所以對雜湊值的數字簽名就可以視為對此明文的數字簽名。

java實現:

package com.cn.單向加密;

import java.math.BigInteger;
import java.security.MessageDigest;

/*
SHA(Secure Hash Algorithm,安全雜湊演算法),數字簽名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保安領域。雖然,SHA與MD5通過碰撞法都被破解了, 
但是SHA仍然是公認的安全加密演算法,較之MD5更為安全*/
public class SHA {
     public static final String KEY_SHA = "SHA";   

    public static  String  getResult(String inputStr)
    {
        BigInteger sha =null;
        System.out.println("=======加密前的資料:"+inputStr);
        byte[] inputData = inputStr.getBytes();   
        try {
             MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);  
             messageDigest.update(inputData);
             sha = new BigInteger(messageDigest.digest());   
             System.out.println("SHA加密後:" + sha.toString(32));   
        } catch (Exception e) {e.printStackTrace();}
        return sha.toString(32);
    }

    public static void main(String args[])
    {
        try {
             String inputStr = "簡單加密";   
             getResult(inputStr);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

SHA-1與MD5的比較

因為二者均由MD4匯出,SHA-1和MD5彼此很相似。相應的,他們的強度和其他特性也是相似,但還有以下幾點不同:
l 對強行攻擊的安全性:最顯著和最重要的區別是SHA-1摘要比MD5摘要長32 位。使用強行技術,產生任何一個報文使其摘要等於給定報摘要的難度對MD5是2^128數量級的操作,而對SHA-1則是2^160數量級的操作。這樣,SHA-1對強行攻擊有更大的強度。
l 對密碼分析的安全性:由於MD5的設計,易受密碼分析的攻擊,SHA-1顯得不易受這樣的攻擊。
l 速度:在相同的硬體上,SHA-1的執行速度比MD5慢。

4.HMAC

HMAC(Hash Message Authentication Code,雜湊訊息鑑別碼,基於金鑰的Hash演算法的認證協議。訊息鑑別碼實現鑑別的原理是,用公開函式和金鑰產生一個固定長度的值作為認證標識,用這個標識鑑別訊息的完整性。使用一個金鑰生成一個固定大小的小資料塊,即MAC,並將其加入到訊息中,然後傳輸。接收方利用與傳送方共享的金鑰進行鑑別認證等。

java實現程式碼:

package com.cn.單向加密;
/*
HMAC 
HMAC(Hash Message Authentication Code,雜湊訊息鑑別碼,基於金鑰的Hash演算法的認證協議。
訊息鑑別碼實現鑑別的原理是,用公開函式和金鑰產生一個固定長度的值作為認證標識,用這個標識鑑別訊息的完整性。
使用一個金鑰生成一個固定大小的小資料塊,
即MAC,並將其加入到訊息中,然後傳輸。接收方利用與傳送方共享的金鑰進行鑑別認證等。*/
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import com.cn.comm.Tools;

/**  
 * 基礎加密元件  
 */  
public abstract class HMAC {   
    public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";   

    /**  
     * 初始化HMAC金鑰  
     *   
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static String initMacKey() throws Exception {   
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);   
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();   
        return BASE64.encryptBASE64(secretKey.getEncoded());   
    }   

    /**  
     * HMAC加密  :主要方法
     *   
     * @param data  
     * @param key  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static String encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {   

        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(BASE64.decryptBASE64(key), KEY_MAC);   
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());   
        mac.init(secretKey);   
        return new String(mac.doFinal(data));   

    }   

    public static  String  getResult1(String inputStr)
    {
        String path=Tools.getClassPath();
        String fileSource=path+"/file/HMAC_key.txt";
        System.out.println("=======加密前的資料:"+inputStr);
        String  result=null;
        try {
            byte[] inputData = inputStr.getBytes(); 
            String key = HMAC.initMacKey(); /*產生金鑰*/  
            System.out.println("Mac金鑰:===" + key);  
            /*將金鑰寫檔案*/
            Tools.WriteMyFile(fileSource,key);
            result= HMAC.encryptHMAC(inputData, key);
            System.out.println("HMAC加密後:===" + result); 
        } catch (Exception e) {e.printStackTrace();}  
       return result.toString();
    }

    public static  String  getResult2(String inputStr)
    {
        System.out.println("=======加密前的資料:"+inputStr);
         String path=Tools.getClassPath();
         String fileSource=path+"/file/HMAC_key.txt";
         String key=null;;
        try {
             /*將金鑰從檔案中讀取*/
             key=Tools.ReadMyFile(fileSource);
             System.out.println("getResult2金鑰:===" + key);  
        } catch (Exception e1) {
            e1.printStackTrace();}
        String  result=null;
        try {
            byte[] inputData = inputStr.getBytes();  
            /*對資料進行加密*/
            result= HMAC.encryptHMAC(inputData, key);
            System.out.println("HMAC加密後:===" + result); 
        } catch (Exception e) {e.printStackTrace();}  
       return result.toString();
    }

    public static void main(String args[])
    {
        try {
             String inputStr = "簡單加密"; 
             /*使用同一金鑰:對資料進行加密:檢視兩次加密的結果是否一樣*/
             getResult1(inputStr); 
             getResult2(inputStr);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

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