第五章消息摘要算法--MAC-白红宇

第五章消息摘要算法--MAC

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发布时间：2019-06-22

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注意：本节内容主要参考自《Java加密与解密的艺术（第2版）》第6章“验证数据完整性--消息摘要算法”

5.1、mac（又称为Hmac）

原理：在md与sha系列算法的基础上加入了密钥，是三大常用的消息摘要算法中最安全的一个。

常用的mac算法：

HmacMD5

HmacSHA1

HmacSHA256

5.2、实现方式

JDK（缺少二进制字节数组转十六进制的工具，可借助CC或BC的工具类完成）

Commons Codec（CC，在1.10版本中加入的，其中，产生相应算法密钥的API没有找到，如果有人找到了，请和我讲一下，谢谢）

Bouncy Castle（BC，比较麻烦，具体参考“慕课网”）

5.2.1、基于JDK实现的Hmac系列算法

1 package com.util.mac; 2  3 import java.io.UnsupportedEncodingException; 4 import java.security.InvalidKeyException; 5 import java.security.NoSuchAlgorithmException; 6  7 import javax.crypto.KeyGenerator; 8 import javax.crypto.Mac; 9 import javax.crypto.SecretKey;10 import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;11 12 import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;13 14 /**15  * 基于JDK的HmacMD5算法16  */17 public class HmacMD5JDK {18     private static final String ENCODING = "UTF-8";19     private static final String ALGORITHM = "HmacMD5";//指定具体算法HmacMD5,HmacSHA1,HmacSHA25620     21     /**22      * 产生密钥两种方式 1)是由jdk自己来产生的，2)我们可以自己指定一个字节数组23      * 注意：密钥是以二进制字节数组存储的24      */25     public static byte[] getKey() throws NoSuchAlgorithmException{26         SecretKey key = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM).generateKey();27         return key.getEncoded();28     }29     30     /**31      * HmacMD5加密32      * @param data     带加密数据33      * @param keyByte  密钥34      */35     public static byte[] encode(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 36                                                                     InvalidKeyException, 37                                                                     IllegalStateException, 38                                                                     UnsupportedEncodingException {39         SecretKey key = new SecretKeySpec(keyByte, ALGORITHM);//还原密钥40         Mac mac = Mac.getInstance(key.getAlgorithm());41         mac.init(key);//为mac实例初始化密钥42         return mac.doFinal(data.getBytes(ENCODING));43     }44     45     /**46      * HmacMD5加密，并转为16进制47      */48     public static String encodeHmacMD5Hex(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 49                                                                               UnsupportedEncodingException, 50                                                                               InvalidKeyException, 51                                                                               IllegalStateException {52         byte[] encodedByte = encode(data, keyByte);53         return new String(Hex.encode(encodedByte));//借助BC54         //return new String(org.apache.commons.codec.binary.Hex.encodeHexString(encodedByte));//借助CC55     }56     57     /**58      * 测试59      * @throws IllegalStateException 60      * @throws InvalidKeyException 61      */62     public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException, 63                                                   NoSuchAlgorithmException, 64                                                   InvalidKeyException, 65                                                   IllegalStateException {66         String data = "找一个好姑娘做老婆是我的梦 想!";67         /*************测试encode()**************/68         System.out.println("原文-->"+data);69         byte[] keyByte = HmacMD5JDK.getKey(); 70         byte[] encodedByte = HmacMD5JDK.encode(data, keyByte);71         System.out.println("加密后-->"+encodedByte);72         byte[] encodedByte2 = HmacMD5JDK.encode(data, keyByte);73         System.out.println("加密后-->"+encodedByte2);74         for(int i=0;i
     
      "+data);79         String encodedStr = HmacMD5JDK.encodeHmacMD5Hex(data, keyByte);80         System.out.println("加密后-->"+encodedStr);81         String encodedStr2 = HmacMD5JDK.encodeHmacMD5Hex(data, keyByte);82         System.out.println("加密后-->"+encodedStr2);83         System.out.println(encodedStr.equals(encodedStr2));84     }85 }

注意几点：

产生密钥两种方式：1）直接使用JDK的类（如上边代码所示）2）自己指定字节数组（参考5.2.1）

密钥是一个二进制数组，当然为了提高可读性，可以使用Base64加密后，在传递可对方

在实际使用中，我们可以将密钥产生后，发送者通过安全途径（线下传递等）传给接收方。

在上述的测试中，去测一下同一个消息在使用同一个密钥的情况下，多次mac后结果是否相同。

想切换算法，只需要修改ALGORITHM常数即可，当然如果在实际项目中需要用到多种算法，并且需要实现平滑切换，可以采用策略模式，这个以后会再讲。

5.2.1、基于CC实现的Hmac系列算法

1 package com.util.mac; 2  3 import java.io.UnsupportedEncodingException; 4 import java.security.InvalidKeyException; 5 import java.security.NoSuchAlgorithmException; 6  7 import org.apache.commons.codec.DecoderException; 8 import org.apache.commons.codec.binary.Hex; 9 import org.apache.commons.codec.digest.HmacUtils;10 11 /**12  * 基于CC的HmacMD5算法13  */14 public class HmacMD5CC {15     private static final String ENCODING = "UTF-8";16     /**17      * 产生密钥18      */19     public static byte[] getKey() throws NoSuchAlgorithmException, DecoderException{20         return Hex.decodeHex(new char[]{'a','b','c','d'}); 21     }22     23     /**24      * HmacMD5加密25      * @param data     带加密数据26      * @param keyByte  密钥27      */28     public static byte[] encode(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 29                                                                     InvalidKeyException, 30                                                                     IllegalStateException, 31                                                                     UnsupportedEncodingException {32         return HmacUtils.hmacMd5(keyByte, data.getBytes(ENCODING));33     }34     35     /**36      * HmacMD5加密，并转为16进制37      */38     public static String encodeHmacMD5Hex(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 39                                                                               UnsupportedEncodingException, 40                                                                               InvalidKeyException, 41                                                                               IllegalStateException {42         return HmacUtils.hmacMd5Hex(keyByte, data.getBytes(ENCODING));43     }44     45     /**46      * 测试47      * @throws IllegalStateException 48      * @throws InvalidKeyException 49      * @throws DecoderException 50      */51     public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException, 52                                                   NoSuchAlgorithmException, 53                                                   InvalidKeyException, 54                                                   IllegalStateException, 55                                                   DecoderException {56         String data = "找一个好姑娘做老婆是我的梦 想!";57         /*************测试encode()**************/58         System.out.println("原文-->"+data);59         byte[] keyByte = HmacMD5CC.getKey(); 60         byte[] encodedByte = HmacMD5CC.encode(data, keyByte);61         System.out.println("加密后-->"+encodedByte);62         byte[] encodedByte2 = HmacMD5CC.encode(data, keyByte);63         System.out.println("加密后-->"+encodedByte2);64         for(int i=0;i
     
      "+data);69         String encodedStr = HmacMD5CC.encodeHmacMD5Hex(data, keyByte);70         System.out.println("加密后-->"+encodedStr);71         String encodedStr2 = HmacMD5CC.encodeHmacMD5Hex(data, keyByte);72         System.out.println("加密后-->"+encodedStr2);73         System.out.println(encodedStr.equals(encodedStr2));74     }75 }

注意：