網絡安全——Base64編碼、MD5、SHA1-SHA512、HMAC(SHA1-SHA512)哈希

據說今天520是個好日子，為什么我想起的是502、500、404這些？還好服務器沒事！

一、Base64編碼

Base64編碼要求把3個8位字節（3*8=24）轉化為4個6位的字節（4*6=24），之后在6位的前面補兩個0，形成8位一個字節的形式，這樣每一個字節的有效位為6位，則取值范圍0~630 ~ (2^6 - 1)。如果最后剩下的字符不到3個字節，則用0填充，輸出字符使用'='，因此我們看到Base64末尾會有1到2個'='。另外標准還要求每76個字符要插入換行(不過，這個視具體情況定)。

iOS7之后蘋果有自己的Base64編碼解碼API，NSData的擴展：NSData (NSDataBase64Encoding)

兩種存儲方式

• 可見字符串形式

為了保證所輸出的每一個編碼字節都是可讀字符，而不是0~63這些數字，Base64制作了一個碼表，就像ASCII碼表一樣，每一個Base64碼值都有對應的字符。64個可讀字符從0到63非別是A-Z、a-z、0-9、+、/，這也是Base64名字的由來。

• 以16進制形式

即NSData形式保存，Base64編碼結果為字符，而這些字符又對應ASCII碼表的碼值，NSData就是存儲ASCII碼表的碼值。

下面舉個例子，並以蘋果提供的API來詳細介紹Base64編碼解碼過程：

假設我們對字符串"123"進行Base64編碼，"123"對應的16進制是313233，二進制為00110001、00110010、00110011，將其變為4*6結果即下表中的第一行。然后根據Base64的碼表，它們分別對應表中的第二行。那么"123"編碼的最終結果即為MTIz，以字符串的形式保存。然后根據MTIz對應ASCII碼值，以NSData形式存儲，如表中的第三行。

轉換為4*6結果	00001100	00010011	00001000	00110011
Base64對應字符	M	T	I	z
對應ASCII碼值(16進制)	4d	54	49	7a

上面的過程通過代碼實現如下：

// 1 待編碼的原始字符串
NSString *plainStr = @"123";
// 2 將其轉換成NSData保存，那么"123"對應的ASCII碼表碼值是31、32、33（16進制）
NSData *plainData = [plainStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
// 3.1 將其進行Base64編碼，且結果以字符串形式保存，對應表中的第二行
NSString *baseStr = [plainData base64EncodedStringWithOptions:0];
// 3.2 將其進行Base64編碼，且結果以NSData形式保存
NSData *base64Data = [plainData base64EncodedDataWithOptions:0];

另外對於參數NSDataBase64EncodingOptions選項，有多種取值

• NSDataBase64Encoding64CharacterLineLength：每64個字符插入\r或\n
• NSDataBase64Encoding76CharacterLineLength：每76個字符插入\r或\n，標准中有要求是76個字符要換行，不過具體還是自己定
• NSDataBase64EncodingEndLineWithCarriageReturn：插入字符為\r
• NSDataBase64EncodingEndLineWithLineFeed：插入字符為\n

前兩個選項為是否允許插入字符，以及多少個字符長度插入，兩個可以選其一或者都不選。后兩個選項代表要插入的具體字符。比如我們想76個字符后插入一個\r則可以NSDataBase64Encoding76CharacterLineLength | NSDataBase64EncodingEndLineWithCarriageReturn。而在上面舉的例子中選項為0，則代表不插入字符。

第三方框架

在iOS7之前我們一般用的都是第三方框架，比如nicklockwood寫的https://github.com/nicklockwood/Base64還有Google的GTMBase64，雖然蘋果有了自己的實現，但是許多其它的加密框架都用到了它，所以還是要了解一下，另外它還提供任意長度字符插入\r\n，而蘋果只能是64或76長度。

二、MD5、SHA1、SHA256、SHA512、HMAC實現

主要用於驗證，防止信息被修改。介紹請參照http://www.jianshu.com/p/003b85fd3e36。

具體的實現參考第三方框架：https://github.com/kelp404/CocoaSecurity。非常全面，不過不是太方便，比如想要獲得MD5結果

NSString *plainStr = @"123";
CocoaSecurityResult *md5 = [CocoaSecurity md5:plainStr];
// 獲取md5結果
NSString *md5Str = md5.hexLower;

不能直接plainStr.MD5Hash就獲得字符串形式的結果，這里我封裝了一個，可以參見工程中的NSString+Hash類https://github.com/mddios/EncryptionTools,可以直接對字符串進行操作，類似plainStr.MD5Hash、plainStr.sha1Hash···plainStr.sha256Hash···，非常方便。

比如對@"123"哈希，下面用上面提到的兩種方法舉例:

- (void)hashTest {
    NSString *plainStr = @"123";
    // md5
    CocoaSecurityResult *md5 = [CocoaSecurity md5:plainStr];
    NSLog(@"md5:%lu---%@---%@",plainStr.md5Hash.length, plainStr.md5Hash,md5.hex);
    // 40
    CocoaSecurityResult *sha1 = [CocoaSecurity sha1:plainStr];
    NSLog(@"sha1:%lu---%@---%@",plainStr.sha1Hash.length,  plainStr.sha1Hash,sha1.hex);
    // 56
    CocoaSecurityResult *sha224 = [CocoaSecurity sha224:plainStr];
    NSLog(@"sha224:%lu---%@---%@",plainStr.sha224Hash.length,plainStr.sha224Hash,sha224.hex);
    // 64
    CocoaSecurityResult *sha256 = [CocoaSecurity sha256:plainStr];
    NSLog(@"sha256:%lu---%@---%@",plainStr.sha256Hash.length,plainStr.sha256Hash,sha256.hex);
    // 96
    CocoaSecurityResult *sha384 = [CocoaSecurity sha384:plainStr];
    NSLog(@"sha384:%lu---%@---%@",plainStr.sha384Hash.length,plainStr.sha384Hash,sha384.hex);
    // 128
    CocoaSecurityResult *sha512 = [CocoaSecurity sha512:plainStr];
    NSLog(@"sha512:%lu---%@---%@",plainStr.sha512Hash.length,plainStr.sha512Hash,sha512.hex);
    
    // hmac
    CocoaSecurityResult *hmacmd5 = [CocoaSecurity hmacMd5:plainStr hmacKey:plainStr];
    NSLog(@"hmacmd5:%lu---%@---%@",[plainStr hmacMD5WithKey:plainStr].length,[plainStr hmacMD5WithKey:plainStr],hmacmd5.hex);
}

• 在電腦終端來獲取結果

封裝的代碼中NSString+Hash.h頭文件，有具體列出終端命令方法，如下：

/// 返回結果：32長度   終端命令：md5 -s "123"
- (NSString *)md5Hash;

/// 返回結果：40長度   終端命令：echo -n "123" | openssl sha -sha1
- (NSString *)sha1Hash;

/// 返回結果：56長度   終端命令：echo -n "123" | openssl sha -sha224
- (NSString *)sha224Hash;

/// 返回結果：64長度   終端命令：echo -n "123" | openssl sha -sha256
- (NSString *)sha256Hash;

/// 返回結果：96長度   終端命令：echo -n "123" | openssl sha -sha384
- (NSString *)sha384Hash;

/// 返回結果：128長度   終端命令：echo -n "123" | openssl sha -sha512
- (NSString *)sha512Hash;

#pragma mark - HMAC

/// 返回結果：32長度  終端命令：echo -n "123" | openssl dgst -md5 -hmac "123"
- (NSString *)hmacMD5WithKey:(NSString *)key;

/// 返回結果：40長度   echo -n "123" | openssl sha -sha1 -hmac "123"
- (NSString *)hmacSHA1WithKey:(NSString *)key;
- (NSString *)hmacSHA224WithKey:(NSString *)key;
- (NSString *)hmacSHA256WithKey:(NSString *)key;
- (NSString *)hmacSHA384WithKey:(NSString *)key;
- (NSString *)hmacSHA512WithKey:(NSString *)key;

• 關於MD5加鹽，只是多了下面第一行

plainStr = [plainStr stringByAppendingString:salt];
NSString *md5Str = plainStr.md5Hash;

github代碼下載地址

https://github.com/mddios/EncryptionTools