Java加密與解密之訊息摘要演算法

概述

訊息摘要演算法又稱為散列演算法，其核心在于散列函式的單向性，即通過散列函式可獲得對應的散列值，但不可通過該散列值反推其原始資訊，這是訊息摘要演算法的安全性的根本所在，訊息摘要演算法主要分為三大類：MD（MessageDigest，訊息摘要演算法）、SHA（Secure HashAlgorithm，安全散列演算法）和MAC（MessageAuthentication Code，訊息認證碼演算法），MD5、SHA和HMAC分別是三大類訊息摘要演算法中的代表，

MD5和SHA

1.MD5演算法是典型的訊息摘要演算法，其前身有MD2、MD3和MD4演算法，它由MD4、MD3、MD2演算法改進而來，1996年后該演算法被證實存在弱點，可以被加以破解，對于需要高度安全性的資料，專家一般建議改用其他演算法，如SHA，

2.SHA家族的五個演算法，分別是SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384，和SHA-512，SHA與MD演算法不同之處主要在于摘要長度，SHA演算法的摘要長度更長，安全性更高，

MD5和SHA在實作代碼上大部分是一致的，只是指定的演算法不一樣，

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

public class MdaUtil {
	
	/**
     * MD5/SHA訊息摘要
     * @param content 資料
     * @param algorithm 訊息摘要演算法
     * @return
     * @throws NoSuchAlgorithmException
     */
    public static String messageDigestAlgorithm(String content, String algorithm) throws NoSuchAlgorithmException {
        MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
        byte[] result = messageDigest.digest(content.getBytes());
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for(byte b : result){
            //轉16進制
            String a = Integer.toHexString(b & 0xff);
            //長度為1時在最高位補0
            if(a.length() == 1){
                a = "0" + a;
            }
            sb.append(a);
        }
        return sb.toString();
    }

    public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
        System.out.println(messageDigestAlgorithm("訊息摘要演算法", "md5"));//b7c58f860f1add7de092b1f2931a3eb9
        System.out.println(messageDigestAlgorithm("訊息摘要演算法", "sha"));//ff0e2136bc6df62bbe0d9b6ad9d028852312aad5
    }
}

HMAC

HMAC演算法結合了MD5和SHA演算法的優勢，并加入密鑰的支持，是一種更為安全的訊息摘要演算法，

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.util.Base64;

public class HmacUtil {

    /**
     * 生成base64編碼后的密鑰
     * @param algorithm 摘要演算法
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String generateKey(String algorithm) throws Exception {
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(algorithm);
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        return Base64.getEncoder().encodeToString(secretKey.getEncoded());
    }

    /**
     * HMAC訊息摘要
     * @param algorithm 摘要演算法
     * @param key 密鑰
     * @param data 資料
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String hmac(String algorithm, String key, String data) throws Exception {
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(Base64.getDecoder().decode(key), algorithm);
        Mac mac = Mac.getInstance(algorithm);
        mac.init(secretKey);
        return Base64.getEncoder().encodeToString(mac.doFinal(data.getBytes()));
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String algorithm = "HmacMD5";
        String data = "https://www.cnblogs.com/seve/p/訊息摘要演算法";
        String key = generateKey(algorithm);
        System.out.println("Base64編碼后的密鑰：" + key);
        System.out.println("Base64編碼后的HMAC訊息摘要：" + hmac(algorithm, key, data));
    }
}

檔案完整性驗證

以tomcat為例，在官網上可以看到tomcat安裝包以及它對應的經過訊息摘要演算法處理的后的值：

下載檔案，通過計算檔案的訊息摘要值來驗證檔案的完整性，如果檔案是完整的則計算出來的值和官網上的值是相同的，

import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
import java.security.DigestInputStream;
import java.security.MessageDigest;

public class FileVerificationUtil {

    /**
     * 檔案訊息摘要驗證
     *
     * @param digestData  原摘要資料
     * @param algorithm   摘要演算法
     * @param inputStream 待驗證檔案
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static boolean fileVerification(String digestData, String algorithm, InputStream inputStream) throws Exception {
        DigestInputStream digestInputStream = new DigestInputStream(inputStream, MessageDigest.getInstance(algorithm));
        int bufferSize = 1024;
        byte[] buffer = new byte[bufferSize];
        int read = digestInputStream.read(buffer, 0, bufferSize);
        while (read > -1) {
            read = digestInputStream.read(buffer, 0, bufferSize);
        }
        digestInputStream.close();
        MessageDigest messageDigest = digestInputStream.getMessageDigest();
        byte[] result = messageDigest.digest();
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (byte b : result) {
            //轉16進制
            String a = Integer.toHexString(b & 0xff);
            //長度為1時在最高位補0
            if (a.length() == 1) {
                a = "0" + a;
            }
            sb.append(a);
        }
        return sb.toString().equals(digestData);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String digestData = "https://www.cnblogs.com/seve/p/8ee33ad87e40659e501517d8ac9915ee0b19ee0fa590feb80c85f0d93c6dfe2658cdc73d2a2545ace52b7896e8a96ba6a025dda8254d6c5d9cea563c1f9e4d77";
        String algorithm = "sha-512";
        System.out.println(fileVerification(digestData, algorithm, new FileInputStream("F:\\chrome_download\\apache-tomcat-10.0.0-M9-windows-x64.zip")));//true
    }
}

參考：Java加密與解密的藝術

標籤：Java

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