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Java加密算法研究

●  BASE64 严格地说，属于编码格式，而非加密算法
　　●  MD5(Message Digest algorithm 5，信息摘要算法)
　　●  SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法)
　　●  HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鉴别码)复杂的对称加密（DES、PBE）、非对称加密算法：
　　●  DES(Data Encryption Standard，数据加密算法)
　　●  PBE(Password-based encryption，基于密码验证)
　　●  RSA(算法的名字以发明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman)
　　●  DH(Diffie-Hellman算法，密钥一致协议)
　　●  DSA(Digital Signature Algorithm，数字签名)
　　●  ECC(Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学)[/size]
　　-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
　　本篇内容简要介绍BASE64、MD5、SHA、HMAC几种加密算法。
　　BASE64编码算法不算是真正的加密算法。
　　MD5、SHA、HMAC这三种加密算法，可谓是非可逆加密，就是不可解密的加密方法，我们称之为单向加密算法。我们通常只把他们作为加密的基础。单纯的以上三种的加密并不可靠。
　　BASE64
　　按照RFC2045的定义，Base64被定义为：Base64内容传送编码被设计用来把任意序列的8位字节描述为一种不易被人直接识别的形式。（The Base64 Content-Transfer-Encoding is designed to represent arbitrary sequences of octets in a form that need not be humanly readable.）
　　常见于邮件、http加密，截取http信息，你就会发现登录操作的用户名、密码字段通过BASE64加密的。
　　主要就是BASE64Encoder、BASE64Decoder两个类，我们只需要知道使用对应的方法即可。另，BASE加密后产生的字节位数是8的倍数，如果不够位数以=符号填充。
　　sun不推荐使用它们自己的base64,所以用apache的挺好！
　　MD5
　　MD5 -- message-digest algorithm 5 （信息-摘要算法）缩写，广泛用于加密和解密技术，常用于文件校验。校验？不管文件多大，经过MD5后都能生成唯一的MD5值。好比现在的ISO校验，都是MD5校验。怎么用？当然是把ISO经过MD5后产生MD5的值。一般下载linux-ISO的朋友都见过下载链接旁边放着MD5的串。就是用来验证文件是否一致的。
　　通常我们不直接使用上述MD5加密。通常将MD5产生的字节数组交给BASE64再加密一把，得到相应的字符串。
　　SHA
　　SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法），数字签名等密码学应用中重要的工具，被广泛地应用于电子商务等信息安全领域。虽然，SHA与MD5通过碰撞法都被破解了，但是SHA仍然是公认的安全加密算法，较之MD5更为安全。
HMAC
　　HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鉴别码，基于密钥的Hash算法的认证协议。消息鉴别码实现鉴别的原理是，用公开函数和密钥产生一个固定长度的值作为认证标识，用这个标识鉴别消息的完整性。使用一个密钥生成一个固定大小的小数据块，即MAC，并将其加入到消息中，然后传输。接收方利用与发送方共享的密钥进行鉴别认证等。
　　BASE64的加密解密是双向的，可以求反解。
　　MD5、SHA以及HMAC是单向加密，任何数据加密后只会产生唯一的一个加密串，通常用来校验数据在传输过程中是否被修改。其中HMAC算法有一个密钥，增强了数据传输过程中的安全性，强化了算法外的不可控因素。
　　单向加密的用途主要是为了校验数据在传输过程中是否被修改。

　　可变MD5加密(Java实现)
　　可变在这里含义很简单，就是最终的加密结果是可变的，而非必需按标准MD5加密实现。Java类库security中的MessageDigest类就提供了MD5加密的支持，实现起来非常方便。为了实现更多效果，我们可以如下设计MD5工具类。
import java.security.MessageDigest;
/**
* 标准MD5加密方法，使用java类库的security包的MessageDigest类处理
*/
public class MD5 {
/**
* 获得MD5加密密码的方法
*/
public static String getMD5ofStr(String origString) {
String origMD5 = null;
try {
MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
// md5.update(origString.getBytes());
byte[] result = md5.digest(origString.getBytes());
origMD5 = byteArray2HexStr(result);
// if ("123".equals(origString)) {
// System.out.println(new String(result));
// System.out.println(new BigInteger(result).toString(16));
// }
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return origMD5;
}
/**
* 处理字节数组得到MD5密码的方法
*/
private static String byteArray2HexStr(byte[] bs) {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
for (byte b : bs) {
sb.append(byte2HexStr(b));
}
return sb.toString();
}
/**
* 字节标准移位转十六进制方法
*/
private static String byte2HexStr(byte b) {
String hexStr = null;
int n = b;
if (n < 0) {
// 若需要自定义加密,请修改这个移位算法即可
n = b & 0x7F + 128;
}
hexStr = Integer.toHexString(n / 16) + Integer.toHexString(n % 16);
return hexStr.toUpperCase();
}
/**
* 提供一个MD5多次加密方法
*/
public static String getMD5ofStr(String origString, int times) {
String md5 = getMD5ofStr(origString);
for (int i = 0; i < times - 1; i++) {
md5 = getMD5ofStr(md5);
}
return getMD5ofStr(md5);
}
/**
* 密码验证方法
*/
public static boolean verifyPassword(String inputStr, String MD5Code) {
return getMD5ofStr(inputStr).equals(MD5Code);
}
/**
* 重载一个多次加密时的密码验证方法
*/
public static boolean verifyPassword(String inputStr, String MD5Code,
int times) {
return getMD5ofStr(inputStr, times).equals(MD5Code);
}
/**
* 提供一个测试的主函数
*/
public static void main(String[] args) {
System.out.println("123:" + getMD5ofStr("123"));
System.out.println("123456789:" + getMD5ofStr("123456789"));
System.out.println("sarin:" + getMD5ofStr("sarin"));
System.out.println("123:" + getMD5ofStr("123", 4));
}
}
　　可以看出实现的过程非常简单，因为由java类库提供了处理支持。但是要清楚的是这种方式产生的密码不是标准的MD5码，它需要进行移位处理才能得到标准MD5码。这个程序的关键之处也在这了，怎么可变？调整移位算法不就可变了么！不进行移位，也能够得到32位的密码，这就不是标准加密了，只要加密和验证过程使用相同的算法就可以了。
　　MD5加密还是很安全的，像CMD5那些穷举破解的只是针对标准MD5加密的结果进行的，如果自定义移位算法后，它还有效么？可以说是无解的了，所以MD5非常安全可靠。
　　为了更可变，还提供了多次加密的方法，可以在MD5基础之上继续MD5，就是对32位的第一次加密结果再MD5，恩，这样去破解？没有任何意义。
　　这样在MIS系统中使用，安全可靠，欢迎交流，希望对使用者有用。
　我们最后看看由MD5加密算法实现的类，那是非常庞大的。
import java.lang.reflect.*;
/**
* **********************************************
* md5 类实现了RSA Data Security, Inc.在提交给IETF
* 的RFC1321中的MD5 message-digest 算法。
* ***********************************************
*/
public class MD5 {
/* 下面这些S11-S44实际上是一个4*4的矩阵，在原始的C实现中是用#define 实现的，
这里把它们实现成为static final是表示了只读，切能在同一个进程空间内的多个
Instance间共享*/
static final int S11 = 7;
static final int S12 = 12;
static final int S13 = 17;
static final int S14 = 22;
static final int S21 = 5;
static final int S22 = 9;
static final int S23 = 14;
static final int S24 = 20;
static final int S31 = 4;
static final int S32 = 11;
static final int S33 = 16;
static final int S34 = 23;
static final int S41 = 6;
static final int S42 = 10;
static final int S43 = 15;
static final int S44 = 21;
static final byte[] PADDING = { -128, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0 };
/* 下面的三个成员是MD5计算过程中用到的3个核心数据，在原始的C实现中
被定义到MD5_CTX结构中
*/
private long[] state = new long[4]; // state (ABCD)
private long[] count = new long[2]; // number of bits, modulo 2^64 (lsb first)
private byte[] buffer = new byte[64]; // input buffer
/* digestHexStr是MD5的唯一一个公共成员，是最新一次计算结果的
16进制ASCII表示.
*/
public String digestHexStr;
/* digest,是最新一次计算结果的2进制内部表示，表示128bit的MD5值.
*/
private byte[] digest = new byte[16];
/*
getMD5ofStr是类MD5最主要的公共方法，入口参数是你想要进行MD5变换的字符串
返回的是变换完的结果，这个结果是从公共成员digestHexStr取得的．
*/
public String getMD5ofStr(String inbuf) {
md5Init();
md5Update(inbuf.getBytes(), inbuf.length());
md5Final();
digestHexStr = "";
for (int i = 0; i < 16; i++) {
digestHexStr += byteHEX(digest[i]);
}
return digestHexStr;
}
// 这是MD5这个类的标准构造函数，JavaBean要求有一个public的并且没有参数的构造函数
public MD5() {
md5Init();
return;
}
/* md5Init是一个初始化函数，初始化核心变量，装入标准的幻数 */
private void md5Init() {
count[0] = 0L;
count[1] = 0L;
///* Load magic initialization constants.
state[0] = 0x67452301L;
state[1] = 0xefcdab89L;
state[2] = 0x98badcfeL;
state[3] = 0x10325476L;
return;
}
/* F, G, H ,I 是4个基本的MD5函数，在原始的MD5的C实现中，由于它们是
简单的位运算，可能出于效率的考虑把它们实现成了宏，在java中，我们把它们
实现成了private方法，名字保持了原来C中的。 */
private long F(long x, long y, long z) {
return (x & y) | ((~x) & z);
}
private long G(long x, long y, long z) {
return (x & z) | (y & (~z));
}
private long H(long x, long y, long z) {
return x ^ y ^ z;
}
private long I(long x, long y, long z) {
return y ^ (x | (~z));
}
/*
FF,GG,HH和II将调用F,G,H,I进行近一步变换
FF, GG, HH, and II transformations for rounds 1, 2, 3, and 4.
Rotation is separate from addition to prevent recomputation.
*/
private long FF(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
a += F(b, c, d) + x + ac;
a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));
a += b;
return a;
}
private long GG(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
a += G(b, c, d) + x + ac;
a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));
a += b;
return a;
}
private long HH(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
a += H(b, c, d) + x + ac;
a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));
a += b;
return a;
}
private long II(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
a += I(b, c, d) + x + ac;
a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));
a += b;
return a;
}
/*
md5Update是MD5的主计算过程，inbuf是要变换的字节串，inputlen是长度，这个
函数由getMD5ofStr调用，调用之前需要调用md5init，因此把它设计成private的
*/
private void md5Update(byte[] inbuf, int inputLen) {
int i, index, partLen;
byte[] block = new byte[64];
index = (int) (count[0] >>> 3) & 0x3F;
// /* Update number of bits */
if ((count[0] += (inputLen << 3)) < (inputLen << 3))
count[1]++;
count[1] += (inputLen >>> 29);
partLen = 64 - index;
// Transform as many times as possible.
if (inputLen >= partLen) {
md5Memcpy(buffer, inbuf, index, 0, partLen);
md5Transform(buffer);
for (i = partLen; i + 63 < inputLen; i += 64) {
md5Memcpy(block, inbuf, 0, i, 64);
md5Transform(block);
}
index = 0;
} else
i = 0;
///* Buffer remaining input */
md5Memcpy(buffer, inbuf, index, i, inputLen - i);
}
/*
md5Final整理和填写输出结果
*/
private void md5Final() {
byte[] bits = new byte[8];
int index, padLen;
///* Save number of bits */
Encode(bits, count, 8);
///* Pad out to 56 mod 64.
index = (int) (count[0] >>> 3) & 0x3f;
padLen = (index < 56) ? (56 - index) : (120 - index);
md5Update(PADDING, padLen);
///* Append length (before padding) */
md5Update(bits, 8);
///* Store state in digest */
Encode(digest, state, 16);
}
/* md5Memcpy是一个内部使用的byte数组的块拷贝函数，从input的inpos开始把len长度的
字节拷贝到output的outpos位置开始
*/
private void md5Memcpy(byte[] output, byte[] input, int outpos, int inpos, int len) {
int i;
for (i = 0; i < len; i++)
output[outpos + i] = input[inpos + i];
}
/*
md5Transform是MD5核心变换程序，有md5Update调用，block是分块的原始字节
*/
private void md5Transform(byte block[]) {
long a = state[0], b = state[1], c = state[2], d = state[3];
long[] x = new long[16];
Decode(x, block, 64);
/* Round 1 */
a = FF(a, b, c, d, x[0], S11, 0xd76aa478L); /* 1 */
d = FF(d, a, b, c, x[1], S12, 0xe8c7b756L); /* 2 */
c = FF(c, d, a, b, x[2], S13, 0x242070dbL); /* 3 */
b = FF(b, c, d, a, x[3], S14, 0xc1bdceeeL); /* 4 */
a = FF(a, b, c, d, x[4], S11, 0xf57c0fafL); /* 5 */
d = FF(d, a, b, c, x[5], S12, 0x4787c62aL); /* 6 */
c = FF(c, d, a, b, x[6], S13, 0xa8304613L); /* 7 */
b = FF(b, c, d, a, x[7], S14, 0xfd469501L); /* 8 */
a = FF(a, b, c, d, x[8], S11, 0x698098d8L); /* 9 */
d = FF(d, a, b, c, x[9], S12, 0x8b44f7afL); /* 10 */
c = FF(c, d, a, b, x[10], S13, 0xffff5bb1L); /* 11 */
b = FF(b, c, d, a, x[11], S14, 0x895cd7beL); /* 12 */
a = FF(a, b, c, d, x[12], S11, 0x6b901122L); /* 13 */
d = FF(d, a, b, c, x[13], S12, 0xfd987193L); /* 14 */
c = FF(c, d, a, b, x[14], S13, 0xa679438eL); /* 15 */
b = FF(b, c, d, a, x[15], S14, 0x49b40821L); /* 16 */
/* Round 2 */
a = GG(a, b, c, d, x[1], S21, 0xf61e2562L); /* 17 */
d = GG(d, a, b, c, x[6], S22, 0xc040b340L); /* 18 */
c = GG(c, d, a, b, x[11], S23, 0x265e5a51L); /* 19 */
b = GG(b, c, d, a, x[0], S24, 0xe9b6c7aaL); /* 20 */
a = GG(a, b, c, d, x[5], S21, 0xd62f105dL); /* 21 */
d = GG(d, a, b, c, x[10], S22, 0x2441453L); /* 22 */
c = GG(c, d, a, b, x[15], S23, 0xd8a1e681L); /* 23 */
b = GG(b, c, d, a, x[4], S24, 0xe7d3fbc8L); /* 24 */
a = GG(a, b, c, d, x[9], S21, 0x21e1cde6L); /* 25 */
d = GG(d, a, b, c, x[14], S22, 0xc33707d6L); /* 26 */
c = GG(c, d, a, b, x[3], S23, 0xf4d50d87L); /* 27 */
b = GG(b, c, d, a, x[8], S24, 0x455a14edL); /* 28 */
a = GG(a, b, c, d, x[13], S21, 0xa9e3e905L); /* 29 */
d = GG(d, a, b, c, x[2], S22, 0xfcefa3f8L); /* 30 */
c = GG(c, d, a, b, x[7], S23, 0x676f02d9L); /* 31 */
b = GG(b, c, d, a, x[12], S24, 0x8d2a4c8aL); /* 32 */
/* Round 3 */
a = HH(a, b, c, d, x[5], S31, 0xfffa3942L); /* 33 */
d = HH(d, a, b, c, x[8], S32, 0x8771f681L); /* 34 */
c = HH(c, d, a, b, x[11], S33, 0x6d9d6122L); /* 35 */
b = HH(b, c, d, a, x[14], S34, 0xfde5380cL); /* 36 */
a = HH(a, b, c, d, x[1], S31, 0xa4beea44L); /* 37 */
d = HH(d, a, b, c, x[4], S32, 0x4bdecfa9L); /* 38 */
c = HH(c, d, a, b, x[7], S33, 0xf6bb4b60L); /* 39 */
b = HH(b, c, d, a, x[10], S34, 0xbebfbc70L); /* 40 */
a = HH(a, b, c, d, x[13], S31, 0x289b7ec6L); /* 41 */
d = HH(d, a, b, c, x[0], S32, 0xeaa127faL); /* 42 */
c = HH(c, d, a, b, x[3], S33, 0xd4ef3085L); /* 43 */
b = HH(b, c, d, a, x[6], S34, 0x4881d05L); /* 44 */
a = HH(a, b, c, d, x[9], S31, 0xd9d4d039L); /* 45 */
d = HH(d, a, b, c, x[12], S32, 0xe6db99e5L); /* 46 */
c = HH(c, d, a, b, x[15], S33, 0x1fa27cf8L); /* 47 */
b = HH(b, c, d, a, x[2], S34, 0xc4ac5665L); /* 48 */
/* Round 4 */
a = II(a, b, c, d, x[0], S41, 0xf4292244L); /* 49 */
d = II(d, a, b, c, x[7], S42, 0x432aff97L); /* 50 */
c = II(c, d, a, b, x[14], S43, 0xab9423a7L); /* 51 */
b = II(b, c, d, a, x[5], S44, 0xfc93a039L); /* 52 */
a = II(a, b, c, d, x[12], S41, 0x655b59c3L); /* 53 */
d = II(d, a, b, c, x[3], S42, 0x8f0ccc92L); /* 54 */
c = II(c, d, a, b, x[10], S43, 0xffeff47dL); /* 55 */
b = II(b, c, d, a, x[1], S44, 0x85845dd1L); /* 56 */
a = II(a, b, c, d, x[8], S41, 0x6fa87e4fL); /* 57 */
d = II(d, a, b, c, x[15], S42, 0xfe2ce6e0L); /* 58 */
c = II(c, d, a, b, x[6], S43, 0xa3014314L); /* 59 */
b = II(b, c, d, a, x[13], S44, 0x4e0811a1L); /* 60 */
a = II(a, b, c, d, x[4], S41, 0xf7537e82L); /* 61 */
d = II(d, a, b, c, x[11], S42, 0xbd3af235L); /* 62 */
c = II(c, d, a, b, x[2], S43, 0x2ad7d2bbL); /* 63 */
b = II(b, c, d, a, x[9], S44, 0xeb86d391L); /* 64 */
state[0] += a;
state[1] += b;
state[2] += c;
state[3] += d;
}
/*Encode把long数组按顺序拆成byte数组，因为java的long类型是64bit的，
只拆低32bit，以适应原始C实现的用途
*/
private void Encode(byte[] output, long[] input, int len) {
int i, j;
for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4) {
output[j] = (byte) (input[i] & 0xffL);
output[j + 1] = (byte) ((input[i] >>> 8) & 0xffL);
output[j + 2] = (byte) ((input[i] >>> 16) & 0xffL);
output[j + 3] = (byte) ((input[i] >>> 24) & 0xffL);
}
}
/*Decode把byte数组按顺序合成成long数组，因为java的long类型是64bit的，
只合成低32bit，高32bit清零，以适应原始C实现的用途
*/
private void Decode(long[] output, byte[] input, int len) {
int i, j;
for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4)
output[i] = b2iu(input[j]) | (b2iu(input[j + 1]) << 8) | (b2iu(input[j + 2]) << 16)
| (b2iu(input[j + 3]) << 24);
return;
}
/*
b2iu是我写的一个把byte按照不考虑正负号的原则的＂升位＂程序，因为java没有unsigned运算
*/
public static long b2iu(byte b) {
return b < 0 ? b & 0x7F + 128 : b;
}
/*byteHEX()，用来把一个byte类型的数转换成十六进制的ASCII表示，
因为java中的byte的toString无法实现这一点，我们又没有C语言中的
sprintf(outbuf,"%02X",ib)
*/
public static String byteHEX(byte ib) {
char[] Digit = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F' };
char[] ob = new char[2];
ob[0] = Digit[(ib >>> 4) & 0X0F];
ob[1] = Digit[ib & 0X0F];
String s = new String(ob);
return s;
}
public static void main(String args[]) {
MD5 m = new MD5();
if (Array.getLength(args) == 0) { //如果没有参数，执行标准的Test Suite
System.out.println("MD5 Test suite:");
System.out.println("MD5(\"\"):" + m.getMD5ofStr(""));
System.out.println("MD5(\"a\"):" + m.getMD5ofStr("a"));
System.out.println("MD5(\"abc\"):" + m.getMD5ofStr("abc"));
System.out.println("MD5(\"11\"):" + m.getMD5ofStr("11"));
System.out.println("MD5(\"123\"):" + m.getMD5ofStr("123"));
System.out.println("MD5(\"message digest\"):" + m.getMD5ofStr("message digest"));
System.out.println("MD5(\"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz\"):" + m.getMD5ofStr("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"));
System.out.println("MD5(\"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789\"):"
+ m.getMD5ofStr("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789"));
} else
System.out.println("MD5(" + args[0] + ")=" + m.getMD5ofStr(args[0]));
}
}

posted on 2014-07-21 09:53 顺其自然EVO 阅读(246) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: 测试学习专栏


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