数字信息摘要常见算法

Posted 2020-08-23 美码师

编解码算法

1. Hex 编码 
将二进制数据按16进制转换为字符串，1字节=2个字符，编码后体积为2倍。

2. Base64 
由MIME规范定义的编码算法，其将3个字节(24位)编码为4个字符。 
字符集包括64个，可表示6二进制位的数据，因此一个字符对应一组6bit的数据。 
编码后体积约为4/3倍，针对不足位数用=补齐。

HASH 算法

通常也称散列算法，是一种将任意长度的消息变成固定长度的消息摘要算法，不可逆；

1 MD5 
Message Digest Algorithm 5，流行度极高，但目前被发现存在碰撞冲突风险； 
任意长度输出为128bit=16字节摘要

2 SHA1 
SHA 指Security Hash Algorithm，由美国国家安全局NSA设计的安全散列算法系列； 
SHA1 输出长度为160bit=20字节摘要

3 SHA256 
继SHA1 出现的算法(属于SHA-2类)，安全性较SHA1更高； 
SHA256 输出长度为256bit=32字节摘要。

MAC 算法

Message Authentication Code，消息认证码算法，基于HASH算法之上，增加了密钥的支持以提高安全性。 
具体算法包括HmacMD5/HmacSHA1/HmacSHA256等，输入包括数据及密钥，输出长度与HASH算法一致。 
密钥可以是任意长度的数据。

代码样例

HEX 编解码

    /**
     * Write a byte array as hexadecimal String.
     */
    public static String byteToHexString(byte[] bytes) {
        return String.valueOf(Hex.encodeHex(bytes));
    }
    /**
     * Transform an hexadecimal String to a byte array.
     */
    public static byte[] hexStringToByte(String hexString) {
        try {
            return Hex.decodeHex(hexString.toCharArray());
        } catch (DecoderException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }  

// Hex 来自 common-codec 扩展包
// 字节编码片段
    private static final char[] DIGITS_LOWER =
        {‘0‘, ‘1‘, ‘2‘, ‘3‘, ‘4‘, ‘5‘, ‘6‘, ‘7‘, ‘8‘, ‘9‘, ‘a‘, ‘b‘, ‘c‘, ‘d‘, ‘e‘, ‘f‘};  
    /**
     * @param data
     *            a byte[] to convert to Hex characters

     * @return A char[] containing hexadecimal characters
     * @since 1.4
     */
    protected static char[] encodeHex(final byte[] data) {
        final int l = data.length;
        final char[] out = new char[l << 1];
        // two characters form the hex value.
        for (int i = 0, j = 0; i < l; i++) {
            out[j++] = DIGITS_LOWER [(0xF0 & data[i]) >>> 4];
            out[j++] = DIGITS_LOWER [0x0F & data[i]];
        }
        return out;
    }  

 

Base64编解码

    /**
     * Encode a String to base64
     * 
     * @param value
     *            The plain String
     * @return The base64 encoded String
     */
    public static String encodeBASE64(String value) {
        try {
            return new String(Base64.encodeBase64(value.getBytes("utf-8")));
        } catch (UnsupportedEncodingException ex) {
            throw new RuntimeException(ex);
        }
    }
    /**
     * Decode a base64 value
     * 
     * @param value
     *            The base64 encoded String
     * @return decoded binary data
     */
    public static byte[] decodeBASE64(String value) {
        try {
            return Base64.decodeBase64(value.getBytes("utf-8"));
        } catch (UnsupportedEncodingException ex) {
            throw new RuntimeException(ex);
        }
    } 

 

MD5 实现(SHA1、SHA256类似)

    /**
     * Build an hexadecimal MD5 hash for a String
     * 
     * @param value
     *            The String to hash
     * @return An hexadecimal Hash
     */
    public static String hexMD5(String value) {
        try {
            MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance("MD5");
            messageDigest.reset();
            messageDigest.update(value.getBytes("utf-8"));
            byte[] digest = messageDigest.digest();
            return byteToHexString(digest);
        } catch (Exception ex) {
            throw new RuntimeException(ex);
        }
    } 

 

MAC 计算摘要

static {
        // add bouncycastle support for md4 etc..
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
    }
    /**
     * 初始化密钥
     * 
     * @param type
     * @return
     */
    public static String initHmacKey(MacType type) {
        try {
            KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance(type.name());
            SecretKey secretKey = generator.generateKey();
            byte[] key = secretKey.getEncoded();
            return Codec.byteToHexString(key);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    /**
     * 计算HMAC摘要
     * 
     * @param data
     * @param key
     * @param type
     * @return
     */
    public static String computeHmac(byte[] data, String key, MacType type) {
        try {
            byte[] keydata = Codec.hexStringToByte(key);
            SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(keydata, type.name());
            Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
            mac.init(secretKey);
            byte[] digest = mac.doFinal(data);
            return Codec.byteToHexString(digest);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }  

 

bouncycastle 支持

maven 依赖

        <dependency>
            <groupId>org.bouncycastle</groupId>
            <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
            <version>1.54</version>
        </dependency> 

 

http://www.bouncycastle.org/