java-信息安全-BASE64，MD5，SHA，HMAC

Posted 2020-09-04 木子旭

 

概述

信息安全基本概念：

• BASE64 编码格式
• 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)

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.） 

使用：推荐使用 org.apache.commons.codec.binary.Base64

    @Test
    public void testEncodeBase64() throws Exception {
        byte[] encodeBase64 = org.apache.commons.codec.binary.Base64
                .encodeBase64("进行Base64".getBytes("UTF-8"));
        System.out.println(new String(encodeBase64));//6L+b6KGMQmFzZTY0
    }

    @Test
    public void testSDecodeBase64() throws Exception {
        byte[] decodeBase64 = org.apache.commons.codec.binary.Base64
                .decodeBase64("6L+b6KGMQmFzZTY0");
        System.out.println(new String(decodeBase64));//进行Base64
    }

MD5

　　Message Digest Algorithm MD5（中文名为消息摘要算法第五版）为计算机安全领域广泛使用的一种散列函数，用以提供消息的完整性保护。

　　MD5即Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法5），用于确保信息传输完整一致。是计算机广泛使用的杂凑算法之一（又译摘要算法、哈希算法），主流编程语言普遍已有MD5实现。将数据（如汉字）运算为另一固定长度值，是杂凑算法的基础原理，MD5的前身有MD2、MD3和MD4。

使用：

    @Test
    public void testMD5() throws Exception {
        String md5Msg = msgSafeBase("测试MD5","MD5");
        System.out.println(md5Msg);// c2dbb895a66c3ca924ccdbea49fa6884
    }
    
    
    public String msgSafeBase(String msg, String algorithmName) throws Exception {
        MessageDigest m = MessageDigest.getInstance(algorithmName);
        m.update(msg.getBytes("UTF8"));
        byte s[] = m.digest();
        return Hex.encodeHexString(s);
    }

SHA

　　安全哈希算法（Secure Hash Algorithm）主要适用于数字签名标准（Digital Signature Standard DSS）里面定义的数字签名算法（Digital Signature Algorithm DSA）。对于长度小于2^64位的消息，SHA1会产生一个160位的消息摘要。该算法经过加密专家多年来的发展和改进已日益完善，并被广泛使用。该算法的思想是接收一段明文，然后以一种不可逆的方式将它转换成一段（通常更小）密文，也可以简单的理解为取一串输入码（称为预映射或信息），并把它们转化为长度较短、位数固定的输出序列即散列值（也称为信息摘要或信息认证代码）的过程。散列函数值可以说是对明文的一种“指纹”或是“摘要”所以对散列值的数字签名就可以视为对此明文的数字签名。

　　安全散列算法SHA（Secure Hash Algorithm，SHA)是美国国家标准技术研究所发布的国家标准FIPS PUB 180，最新的标准已经于2008年更新到FIPS PUB 180-3。其中规定了SHA-1，SHA-224，SHA-256，SHA-384，和SHA-512这几种单向散列算法。SHA-1，SHA-224和SHA-256适用于长度不超过2^64二进制位的消息。SHA-384和SHA-512适用于长度不超过2^128二进制位的消息。

　　sha1已不推荐使用

使用：

    @Test
    public void testSHA() throws Exception {
        // SHA-1，SHA-256,SHA-384，和SHA-512
        String hashMsg = msgSafeBase("测试SHA", "SHA-1");
        System.out.println(hashMsg);
        // sha1:9bfec0ff7027c76c28fdaa51bd5a619c5e2f69bb
    }

    public String msgSafeBase(String msg, String algorithmName) throws Exception {
        MessageDigest m = MessageDigest.getInstance(algorithmName);
        m.update(msg.getBytes("UTF8"));
        byte s[] = m.digest();
        return Hex.encodeHexString(s);
    }

HMAC

　　HMAC是密钥相关的哈希运算消息认证码，HMAC运算利用哈希算法，以一个密钥和一个消息为输入，生成一个消息摘要作为输出。

　　运算作用

　　　　（1）验证TPM接受的授权数据和认证数据；

　　　　（2）确认TPM接受到的命令请求是已授权的请求，并且，命令在传送的过程中没有被改动过。

　　定义HMAC需要一个加密用散列函数（表示为H，可以是MD5或者SHA-1）和一个密钥K。我们用B来表示数据块的字节数。（以上所提到的散列函数的分割数据块字长B=64），用L来表示散列函数的输出数据字节数（MD5中L=16,SHA-1中L=20）。鉴别密钥的长度可以是小于等于数据块字长的任何正整数值。应用程序中使用的密钥长度若是比B大，则首先用使用散列函数H作用于它，然后用H输出的L长度字符串作为在HMAC中实际使用的密钥。一般情况下，推荐的最小密钥K长度是L个字节。

使用：

    @Test
    public void testHashMsgCode() throws Exception {
        String macKey = initMacKey();
        System.out.println(macKey);
        //vTVhh1xBdDTm9/TZhVsOK0+G/Aw2fkCx0gC6KcM7o2lbCy6DyatcUSe66PTu70E7J0r/hhtodcZBPuLI4/aCgw==
        
        String msgCode=hashMsgCode("测试HMAC".getBytes(),macKey);
        System.out.println(msgCode);
        //7e4f0f95cfef2c8f5af9799d03798e76
    }

    public static String initMacKey() throws Exception {
        // HmacMD5,HmacSHA1,HmacSHA256,HmacSHA384,HmacSHA512
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        return new String(Base64.encodeBase64(secretKey.getEncoded()));
    }

    public static String hashMsgCode(byte[] data, String key) throws Exception {
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(Base64.decodeBase64(key),
                "HmacMD5");
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        mac.init(secretKey);
        return new String(Hex.encodeHex(mac.doFinal(data)));
    }