廖雪峰Java10加密与安全-3摘要算法-1MD5

Posted 2021-11-28 csj2018

摘要算法

摘要算法（哈希算法/Hash/数字指纹）：

• 计算任意长度数据的摘要（固定长度）
• 相同的输入数据始终得到相同的输出
• 不同的输入尽量得到不同的输出

摘要算法目的：

• 验证原始数据是否被篡改

输入：任意长度数据（byte[]）
输出：固定长度数据（byte[n]）
hash("hello") = 0x5e918d2
hash("hello,java") = 0x7a9d88e8
hash("hello,bob") = 0xa0dbae2f
java的Object.hashCode()方法就是一个摘要算法：
输入：任意数据
输出：固定长度数据(int, byte[4])
相同的输入得到相同的输出：equals/hashCode

碰撞：
两个不同的输入得到了相同的输出，仅做示例

    hash("abc") = 0x12345678 
    hash("xyz") = 0x12345678

哈希算法是将一个无限的输入集合映射到一个有限的输入集合。碰撞是不能避免的，因为输出的字节长度是固定的，而输入的字节长度是不固定的。所以哈希算法是把一个无限的输入集合映射到一个有限的输出集合。
假设输出2个字节的摘要，1个字节8位，2个字节16位，即所有的输出在16个0到16个1之间，即2^16=65536。将无限的输入映射到输出集合中，肯定有不同的输入获得相同输出的情况，即碰撞。

Hash算法的安全性：

• 好的Hash算法，碰撞率要低
• 好的Hash算法，不能根据输入猜测输出
  * 如hashA("java001") = "123456"，hashA("java002") = "123457"。可能推出hashA("java003") = "123458"
• 好的Hash算法，输入的任意一个bit的变化会造成输出完全不同
  * 如hashA("java001") = "123456"，hashA("java002") = "580645"。可能推出hashA("java003") = ？
• 很难从输出反推输入（只能暴力穷举）
  常用的摘要算法：

算法	输出长度：位数	输出长度：字节数
MD5	128 bits	16bytes
SHA-1	160bits	20bytes
SHA-256	256bits	32bytes
PipeMd-160	160bits	20bytes

import java.math.BigInteger;
import java.security.MessageDigest;

public class SplitString {
    public static byte[] toMD5(byte[] input){
        MessageDigest md;
        try{
            md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        }catch (Exception e){
            throw new RuntimeException(e);
        }
        md.update(input);
        return md.digest();//返回MD5
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String s = "MD5摘要算法测试";
        byte[] r = toMD5(s.getBytes("UTF-8"));//先将字符串转化为字节数组
        System.out.println(String.format("%032x",new BigInteger(1,r)));
        System.out.println(String.format("%040x",new BigInteger(1,r)));//不足40位，前面补0
        System.out.println(String.format("%40x0",new BigInteger(1,r)));//后面加0
    }
}

import java.math.BigInteger;
import java.security.MessageDigest;

public class SplitString {
    public static byte[] toMD5(byte[] input){
        MessageDigest md;
        try{
            md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        }catch (Exception e){
            throw new RuntimeException(e);
        }
        md.update(input);
        return md.digest();//返回MD5
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String s = "helloworld";
        String salt = "Random salt";
        byte[] r = toMD5((salt+s).getBytes("UTF-8"));//先将字符串转化为字节数组
        System.out.println(String.format("%032x",new BigInteger(1,r)));
        System.out.println(String.format("%040x",new BigInteger(1,r)));
        System.out.println(String.format("%40x0",new BigInteger(1,r)));
    }
}

总结：

• MD5是一种常用的哈希算法，输出128bits/16bytes
• 常用于验证数据完整性
• 用于存储口令时要考虑彩虹表攻击