Java 密碼技術 - 02- 訊息摘要（數字摘要）

在開發程序中經常會遇到 MD5、SHA1、SHA256 等詞語，這些是加密演算法嗎？嚴格意義上講，這些并不是加密演算法，而是訊息摘要演算法，咱就用人聽得懂的話來聊聊“訊息摘要”，

1 訊息摘要簡介

在現實生活中，我們每個人都有指紋，指紋在一定意義是警方破案的有力證據之一，每個人的指紋與生俱來，李四無法盜用張三的指紋，張三也沒法篡改自己的指紋，

訊息摘要也是如此，訊息 —— 無論是任何型別的訊息，在計算機中本質上就是資料，一堆二進制 bit 組成的資料，這些資料按照某種規則計算以后的結果是固定的，如果資料發生改變，則計算出來的結果就會變化，這個計算出來的結果就是訊息摘要，

張三給李四發送一條訊息，并且攜帶這條訊息的訊息摘要，李四收到訊息時，按照相同的計算規則計算得到計算結果，將這個計算結果與張三發送訊息時攜帶的訊息摘要進行對比，如果在訊息傳輸程序中，訊息被劫持者篡改了內容，那么計算結果與攜帶的訊息摘要的值便不相等，從而可以判斷出訊息被篡改了，

所以訊息摘要，是一種驗證資料完整性的演算法，是對付資訊面臨被篡改威脅的策略之一，

1.1 訊息摘要的概念

訊息摘要：Message Digest，又稱為數字摘要（Digital Digest），要高大上還可以將其叫為：單向散列函式（one-way hash function）、哈希函式、雜湊函式等，訊息摘要是一個唯一對應一個訊息的固定長度的值，由一個單向哈希加密函式對訊息進行計算而得到，通俗點說，無論是什么訊息、無論什么時間、什么地點，只要采用同樣的計算規則（演算法），得到的結果都是一樣的；并且無論訊息長還是短，同一個演算法計算得到的長度都是固定的，

1.2 訊息摘要的特點

從上面的描述可以看出訊息摘要的特點：

1）只要訊息不同，對其摘要后產生的結果也不同；
2）相同的訊息一定會得到相同的結果；
3）無論訊息的長短，計算出來的訊息摘要長度是固定的；例如：
MD5 摘要后的長度為 128 個bit；
SHA-1 摘要后的長度為 160 個bit；
4）訊息摘要演算法是單向的，不可逆，

1.3 常見的訊息摘要演算法

常見的訊息摘要演算法有： MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-512，其他還有 MD4、SHA-2、SHA-224、SHA-384 等，

2 Java 實作

2.1 MessageDigest 類

Java 中提供了 java.security.MessageDigest 類來實作數字摘要：

首先通過 getInstance 獲取實體，入參為摘要演算法，即 MD5、SHA-1 之類的；
呼叫實體的 digest 方法獲取摘要（結果為byte[]）；
由于摘要后的結果為 byte[]，不方便閱讀，可封裝一個十六進制的工具類：

public class HexUtils {

    /**
     * 十六進制字串轉 byte[]
     */
    public static byte[] toBytes(String hex) {
        if (hex == null || hex.length() < 1) {
            return null;
        } else {
            byte[] result = new byte[hex.length() / 2];
            int j = 0;
            for (int i = 0; i < hex.length(); i += 2) {
                result[j++] = (byte) Integer.parseInt(hex.substring(i, i + 2), 16);
            }
            return result;
        }
    }

    /**
     * byte[] 轉十六進制字串
     */
    public static String toHex(byte[] bytes) {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("");
        if (bytes == null || bytes.length <= 0) {
            return null;
        }
        for (byte b : bytes) {
            int v = b & 0xFF;
            String hv = Integer.toHexString(v);
            if (hv.length() < 2) {
                stringBuilder.append(0);
            }
            stringBuilder.append(hv);
        }
        return stringBuilder.toString();
    }
}

十六進制中一個字符對應 4 個bit，故轉換后的十六進制字串長度:

MD5：128 bit，十六進制為 32 個字符；
SHA-1：160 bit，十六進制為 40 個字符；
SHA-256：256 bit，十六進制為 64 個字符；
SHA-512：512 bit，十六進制為 128個字符；

2.2 Java Demo

package com.yygnb.demo.crypto;

import com.yygnb.demo.utils.HexUtils;
import org.junit.Test;

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.MessageDigest;

public class MessageDigestTest {

    private String md(String input, String algorithm) throws Exception {
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance(algorithm);
        byte[] digest = md.digest(input.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        return HexUtils.toHex(digest);
    }

    @Test
    public void testMessageDigest() throws Exception {
        String input = "Hello，張三";
        System.out.println(md(input, "MD5"));
        System.out.println(md(input, "SHA-1"));
        System.out.println(md(input, "SHA-256"));
        System.out.println(md(input, "SHA-512"));
    }
}

執行后的結果如下：

5e7a42e5da82f1c0a6557e6c29d651dc
c49a06ded3b4ae492741428779eb1ed04889500d
a5a9d6d78806e179d917a1c557839fcdb68e11527a619179efd49e53c8acd6fb
2eb3400b3999bfa6db1310cfafc8cbe3ab6d4e48d1e428c4db2627f5605a71973a546f5bb711b0189583d2fcf6f9d5cef83896657f4651a13975498e591db950

大家在自己電腦上運行的結果應該也是一樣的，

3 JS 實作

JavaScript 有很多開源庫支持訊息摘要，如 md5.js、sha.js、jsencrypt 等，考慮到后面的文章要寫對稱加密、非對稱加密，這里采用 crypto-js，crypto-js 提供了各種摘要演算法、加解密演算法的實作，

3.1 安裝依賴

安裝依賴：

yarn add crypto-js

由于我使用的是 TypeScript 語言，所以還需要安裝 crypto-js 的 TS 型別：

yarn add @types/crypto-js -D

3.2 引入函式

從 crypto-js 中引入需要使用到的函式，如 md5、sha1、hex 等，其中 hex 提供了 stringify 方法，將摘要結果轉為十六進制字串，

import md5 from 'crypto-js/md5'
import sha1 from 'crypto-js/sha1'
import sha256 from 'crypto-js/sha256'
import sha512 from 'crypto-js/sha512'
import hex from 'crypto-js/enc-hex'

3.3 呼叫函式

const input = 'Hello，張三'

const s1 = hex.stringify(md5(input))
const s2 = hex.stringify(sha1(input))
const s3 = hex.stringify(sha256(input))
const s4 = hex.stringify(sha512(input))

console.log(s1)
console.log(s2)
console.log(s3)
console.log(s4)

由于被摘要的訊息與上面 Java 的一樣，所以這里 JS 摘要后的結果與上面 Java 的結果完全一致：