Java加密與解密筆記(一) Base64和數據摘要算法

對加密解密下面的內容一定要先理解：

甲乙雙方要通信，中間的連接可能被人竊聽甚至篡改。解決辦法就是把傳輸的內容進行加密，用密文去傳輸，這樣即使被監聽也沒辦法知道信息的具體內容。

加密時，甲乙雙方可以約定一個密碼A，甲用A加密，乙用A解密，這就是對稱加密。對稱加密的一個問題是：密鑰怎么傳遞給對方？

貌似沒解，於是就出現了非對稱加密，非對稱加密時有兩個密鑰，就是公鑰也私鑰。用公鑰加密的只能用私鑰解密，反之用私鑰加密的則只能用公鑰解密。這樣在流程上有點兒變化了。

原先在對稱加密中，密鑰沒法傳遞，現在好了，密鑰不用傳遞，因為公鑰是公開的，誰都可以拿到。流程如下：

1. 甲要給乙發送信息，那么甲需要知道乙的公鑰；
2. 甲用乙的公鑰進行加密，將數據傳遞給乙；
3. 乙用自己的私鑰進行解密，從而獲得數據

過程中：

1. 如果有人竊聽到了數據，因為這個人沒有乙的私鑰，所以沒法解密，所以查看不到數據內容；
2. 如果有人想篡改數據呢？答案也做不到，因為連甲發的什么內容都不知道所以就談不上篡改了。

這里有點兒要注意的細節是，甲要發送數據時，不是自己造公鑰，而是問接收方要公鑰。

 

上述過程中還漏掉了一個問題：雖然篡改不了問題，那我總可以冒名發數據吧？

因為乙的公鑰是公開的，那我就可以拿着乙的公鑰給乙想發什么就發什么？

乙怎么知道數據甲發過來的呢？答案是用數字簽名來驗證。

非對稱加密RSA就支持數字簽名，流程是：

1. 甲用自己的私鑰個數據生成一個簽名；
2. 甲在給乙發送數據的時候，把簽名也一並發送過去；
3. 乙在收到數據的時候，用甲公布的公鑰來驗證接收到的簽名；

 總的來說，對應於安全問題的解決辦法如下：

1. 數據完整性問題：數據摘要驗證
2. 數據保密性問題：對稱加密&非對稱加密
3. 身份驗證問題：數字簽名

簡單數據轉換

Base64

將數據轉換為不便於識別的數據算是一種最簡單的加密了，比如Base64編碼：

public class Base64Util {
    
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        
        
        String str = "Hello";
        byte[] bytes = str.getBytes();
        String encodedStr = encode(bytes);
        System.out.println(encodedStr);
        
        byte[] decodedBytes = decode(encodedStr);
        System.out.println(new String(decodedBytes));
        
    }
    
    public static String encode(byte[] bytes){
        return new BASE64Encoder().encode(bytes);
    }
    
    public static byte[] decode(String encodeStr) throws IOException{
        return new BASE64Decoder().decodeBuffer(encodeStr);
    }

}

Java8內置Base64的實現，可以通過java.util.Base64工具類來使用。

輸出如下：

SGVsbG8=

Hello

這種編碼是可逆的，因此加密的數據越長，則得到的結果越長，因為數據中存儲了所有原始數據的細節。另外一些，比如MD5算法，是不可逆的，則屬於內容摘要，多長的數據拿過來，最終得到的摘要結果長度都是一樣的。因為這個特性所以經常用於校驗文件是否被修改過。

數據摘要算法

MD5

public class MD5Util {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        String pwd = "a";
        
        byte[] md5Bytes = md.digest(pwd.getBytes("UTF-8"));
        System.out.println(new String(Hex.encode(md5Bytes)));
        System.out.println(Base64Util.encode(md5Bytes));
        
        
    }
}

MD5一般和Base64配合使用，用來加密得到固定長度的Base64碼。如果不用Base64編碼，Spring的Hex對MD5數據進行了友好的輸出。

 MD是Message Digest Algorithm的簡稱，中文名消息摘要算法，目前最新為第五版即MD5，歷史版本有MD4、MD2等，由於存在缺陷都已不再使用。消息摘要算法各個版本間的結果是不一樣的。

MD2算法產生於1989年；
MD4算法產生於1990年；
MD5算法產生於1991年。

MD5是目前廣泛使用的版本，不過其安全性多年前就開始被質疑（碰撞算法）。於是在2008年提出了MD6算法，其后MD6歷經數次改進，目前還是試行方案階段，未被正式使用。

另外，從JDK的API來看，除了MDx家族外，還有其他一些消息摘要算法：

 SHA

SHA的全稱叫安全散列算法（Secure Hash Algorithm），它是比MD5更安全消息摘要算法。

public class SHAUtil {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
        String str = "Hello";
        String str2 = Base64Util.encode(md.digest(str.getBytes()));
        System.out.println(str2);
    }
}

HMAC 

 HMAC的全稱是哈希消息認證碼（Hash Message Authentication Code）。個人覺得，所有的消息摘要無非是要做數據驗證。一個重要的例子，我們不會在數據庫中保存明文的用戶密碼，而保存密碼的摘要。因為摘要算法是透明的，那么為了防止撞庫，就需要在摘要時“加鹽”。所加的鹽其實也是有講究的，隨機數？當期系統時間？其實都很容易被猜測。HMAC正是來解決這個問題的。它不管具體的消息摘要是怎樣的，既可以用MD5也可以用SHA。它關注的是怎樣生成這個隨機的鹽，也就是密鑰。在HMAC中，摘要時是需要秘鑰的，從而保證了摘要的隱蔽性，因此不容易被撞庫。

public class HMACUtil {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        String data = "Hello";
        String key = getKey();
        System.out.println("key:" + key);
        
        String mac = encryptHmac(key.getBytes(), data.getBytes());
        System.out.println(mac);
        
        System.out.println(encryptHmac(key.getBytes(), "Hello2".getBytes()));
        
    }
    
    public static String getKey()throws Exception{
        KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
        SecretKey key = generator.generateKey();
        byte[] bytes = key.getEncoded();
        return Base64Util.encode(bytes);
    }
    
    public static String encryptHmac(byte[] key,byte[] data)throws Exception{
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD5");
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
        mac.init(secretKey);
        
        byte[] resultBytes = mac.doFinal(data);
        String resultString = Base64Util.encode(resultBytes);
        return resultString;
    }
}

 HMAC可用的摘要算法名稱：

加密解密領域到處都有“秘鑰”（Key），索性JDK自己實現了生成很多算法的秘鑰的方法（KeyGenerator ），這些算法包括：

 

其他相關文章：

Java加密與解密筆記(二) 對稱加密

Java加密與解密筆記(三) 非對稱加密

Java加密與解密筆記(四) 高級應用

 

 

 參考資料：

http://snowolf.iteye.com/blog/379860