@changedi 2016-09-02T09:31:21.000000Z 字数 7014 阅读 2414

Java安全——消息摘要

Java 安全

Java安全——消息摘要

概念

消息摘要（Message Digest）又称为数字摘要(Digital Digest)。它是一个唯一对应一个消息或文本的固定长度的值，它由一个单向Hash加密函数对消息进行作用而产生。如果消息在途中改变了，则接收者通过对收到消息的新产生的摘要与原摘要比较，就可知道消息是否被改变了。因此消息摘要保证了消息的完整性。消息摘要采用单向Hash 函数将需加密的明文"摘要"成一串128bit的密文，这一串密文亦称为数字指纹(Finger Print)，它有固定的长度，且不同的明文摘要成密文，其结果总是不同的，而同样的明文其摘要必定一致。这样这串摘要便可成为验证明文是否是"真身"的"指纹"了。 <<百度百科>>

消息摘要其实是我们日常开发中经常遇到的，比如MD5算法就是一种摘要。它是Java安全提供者体系中最简单的标准引擎。本文不会讨论算法本身，只关注Java语言体系中的实现和使用方法。具体算法原理，后续撰文学习并补充。

使用

消息摘要通过MessageDigest类实现。消息摘要通过getInstance()方法获取算法实例。通过update()方法为消息摘要增加内容字节。根据digest()方法利用累计的内容字节计算最后的摘要。

下面的test列出了一些细节：

import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
public class MessageDigestTest {
    private static String TEST_DATA = "i am a test";
    public static void main(String[] args)
                    throws NoSuchAlgorithmException, UnsupportedEncodingException {
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA");
        print(md);
        md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        print(md);
        md = MessageDigest.getInstance("MD2");
        print(md);
        md = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
        print(md);
        md = MessageDigest.getInstance("SHA-384");
        print(md);
        md = MessageDigest.getInstance("SHA-224");
        print(md);
        md = MessageDigest.getInstance("SHA-512");
        print(md);
    }
    private static void print(MessageDigest md) throws UnsupportedEncodingException {
        System.out.println("Algorithm:\t" + md.getAlgorithm());
        System.out.println("\tProvider:\t" + md.getProvider());
        long start = System.nanoTime();
        md.update(TEST_DATA.getBytes("UTF-8"));
        byte[] digest = md.digest();
        long time = System.nanoTime() - start;
        System.out.println("\tTime cost:\t" + time + "ns");
        System.out.println("\tByte length:\t" + digest.length);
        String digestBase64Str = Base64.getEncoder().encodeToString(digest);
        System.out.println("\tBase64:\t" + digestBase64Str + "\tlen:\t" + digestBase64Str.length());
        String digestHexStr = Hex.encodeHexString(digest);
        System.out.println("\tHex:\t" + digestHexStr + "\tlen:\t" + digestHexStr.length());
    }
}

输出结果如下：

Algorithm:  SHA
    Provider:   SUN version 1.8
    Time cost:  432582ns
    Byte length:    20
    Base64: Bj5BsD+J+PLpYZYVDR+14WwSKlg=    len:    28
    Hex:    063e41b03f89f8f2e96196150d1fb5e16c122a58    len:    40
Algorithm:  MD5
    Provider:   SUN version 1.8
    Time cost:  46030ns
    Byte length:    16
    Base64: dCVplUXLIKBlw/aWvoOCyA==    len:    24
    Hex:    7425699545cb20a065c3f696be8382c8    len:    32
Algorithm:  MD2
    Provider:   SUN version 1.8
    Time cost:  80611ns
    Byte length:    16
    Base64: v4z32/PgSXZCrWvnOcRiaQ==    len:    24
    Hex:    bf8cf7dbf3e0497642ad6be739c46269    len:    32
Algorithm:  SHA-256
    Provider:   SUN version 1.8
    Time cost:  205859ns
    Byte length:    32
    Base64: lRctjSY3GOo6erswsyheP21CNtAAGxnsUHVF17u7RYg=    len:    44
    Hex:    95172d8d263718ea3a7abb30b3285e3f6d4236d0001b19ec507545d7bbbb4588    len:    64
Algorithm:  SHA-384
    Provider:   SUN version 1.8
    Time cost:  258382ns
    Byte length:    48
    Base64: /B642f1Y+PPKgeIJHFpbEDLJwX2nqWaMaC8nVQuboRWN5MZeKpGaLiySWUEr4xB9    len:    64
    Hex:    fc1eb8d9fd58f8f3ca81e2091c5a5b1032c9c17da7a9668c682f27550b9ba1158de4c65e2a919a2e2c9259412be3107d    len:    96
Algorithm:  SHA-224
    Provider:   SUN version 1.8
    Time cost:  76539ns
    Byte length:    28
    Base64: 6m2pv1G0lnWlKO4ahn7iJAQF8XMo5cHR3LBO3w==    len:    40
    Hex:    ea6da9bf51b49675a528ee1a867ee2240405f17328e5c1d1dcb04edf    len:    56
Algorithm:  SHA-512
    Provider:   SUN version 1.8
    Time cost:  143649ns
    Byte length:    64
    Base64: Vv6LL9QqfeCq1ClbN8JdMTcU1PzUbsRQKgmc7vVDbcHTB6i/SryXIjWcRcrfYa6n2QxstmSwUY9AME3pTmykNw==    len:    88
    Hex:    56fe8b2fd42a7de0aad4295b37c25d313714d4fcd46ec4502a099ceef5436dc1d307a8bf4abc9722359c45cadf61aea7d90c6cb664b0518f40304de94e6ca437    len:    128

消息摘要实现是通过Java自己Sun的实现来做的。我们常见的是MD5和SHA算法。

安全消息摘要

考虑到消息摘要的不安全性——拿到原文并知道算法，就可以得到正确的消息摘要。人们又加入了密钥元素，得到了安全消息摘要——MAC（Message Authentication Code）。MAC的特点是仅通过原文是无法计算出安全消息摘要的。还需要一个双方都知道的消息密钥。如果有人修改了消息本体，又修改了消息摘要，但是因为没有使用密钥，那么将被发现破坏了数据。计算MAC的方法有很多，但是核心Java API没有相关实现。Java的实现主要是通过JCE提供者来实现的。Mac类对应消息摘要的MessageDigest类。计算消息摘要时需要一个密钥。密钥的管理是另一个话题了。这里主要讲MAC的算法，JCE实现主要基于HmacSHA1和HmacMD5。具体provider提供了哪些MAC相关的算法，它们比较如何，见下面的代码：

package com.taobao.cd.security;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
public class MacTest {
    public static String TEST_DATA = "I am test";
    public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {
        // TODO Auto-generated method stub
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA1");
        print(mac);
        mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
        print(mac);
        mac = Mac.getInstance("SslMacMD5");
        print(mac);
        mac = Mac.getInstance("HmacSHA384");
        print(mac);
        mac = Mac.getInstance("HmacSHA256");
        print(mac);
        mac = Mac.getInstance("HmacSHA224");
        print(mac);
        mac = Mac.getInstance("SslMacSHA1");
        print(mac);
        mac = Mac.getInstance("HmacSHA512");
        print(mac);
    }
    private static void print(Mac mac) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {
        System.out.println("Algorithm:\t" + mac.getAlgorithm());
        System.out.println("\tProvider:\t" + mac.getProvider());
        KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("DES");
        SecretKey key = kg.generateKey();
        long start = System.nanoTime();
        mac.init(key);
        mac.update(TEST_DATA.getBytes());
        byte[] digest = mac.doFinal();
        long time = System.nanoTime() - start;
        System.out.println("\tTime cost:\t" + time + "ns");
        System.out.println("\tByte length:\t" + digest.length);
        String digestBase64Str = Base64.getEncoder().encodeToString(digest);
        System.out.println("\tBase64:\t" + digestBase64Str + "\tlen:\t" + digestBase64Str.length());
        String digestHexStr = Hex.encodeHexString(digest);
        System.out.println("\tHex:\t" + digestHexStr + "\tlen:\t" + digestHexStr.length());
    }
}

输出如下：

Algorithm:  HmacSHA1
    Provider:   SunJCE version 1.8
    Time cost:  259396ns
    Byte length:    20
    Base64: SVaesT3JpL9Emz5O40aZhpUrX5s=    len:    28
    Hex:    49569eb13dc9a4bf449b3e4ee3469986952b5f9b    len:    40
Algorithm:  HmacMD5
    Provider:   SunJCE version 1.8
    Time cost:  136070ns
    Byte length:    16
    Base64: hBDkDPJ1CpyYqvFN48chqQ==    len:    24
    Hex:    8410e40cf2750a9c98aaf14de3c721a9    len:    32
Algorithm:  SslMacMD5
    Provider:   SunJCE version 1.8
    Time cost:  174089ns
    Byte length:    16
    Base64: YiEubyE7y+M4JesHQOAV7A==    len:    24
    Hex:    62212e6f213bcbe33825eb0740e015ec    len:    32
Algorithm:  HmacSHA384
    Provider:   SunJCE version 1.8
    Time cost:  648249ns
    Byte length:    48
    Base64: GLic/lwKBA1DdQVbNF5y7L/H8o+0gcO1n02JcdUJMnE9MRwyfHWamEsAJL3ycfFy    len:    64
    Hex:    18b89cfe5c0a040d4375055b345e72ecbfc7f28fb481c3b59f4d8971d50932713d311c327c759a984b0024bdf271f172    len:    96
Algorithm:  HmacSHA256
    Provider:   SunJCE version 1.8
    Time cost:  26007ns
    Byte length:    32
    Base64: 7LGdb6W8WPYfOXx0WQQ8f35zSGCxs/6op6eOqStuGxA=    len:    44
    Hex:    ecb19d6fa5bc58f61f397c7459043c7f7e734860b1b3fea8a7a78ea92b6e1b10    len:    64
Algorithm:  HmacSHA224
    Provider:   SunJCE version 1.8
    Time cost:  125344ns
    Byte length:    28
    Base64: adoBxnZuCle/ip4FyfCgiQUCmlaN1+RDch9Q9g==    len:    40
    Hex:    69da01c6766e0a57bf8a9e05c9f0a08905029a568dd7e443721f50f6    len:    56
Algorithm:  SslMacSHA1
    Provider:   SunJCE version 1.8
    Time cost:  50672ns
    Byte length:    20
    Base64: RxCsQguxNXgtqcobgqWdvJeYTKo=    len:    28
    Hex:    4710ac420bb135782da9ca1b82a59dbc97984caa    len:    40
Algorithm:  HmacSHA512
    Provider:   SunJCE version 1.8
    Time cost:  365908ns
    Byte length:    64
    Base64: /Vf5JsSle43/t4aUMkDfdDeUFg3CA0OQAt5izo0bgoUmaVrVOv3tjTLwmrrL/3kACVn38aIDSAIlz8725gl6lA==    len:    88
    Hex:    fd57f926c4a57b8dffb786943240df743794160dc203439002de62ce8d1b828526695ad53afded8d32f09abacbff79000959f7f1a203480225cfcef6e6097a94    len:    128

这里使用的key是通过KeyGenerator生成的。在实际应用中，应该有一方来生成并导出到可管理的KeyStore，使用方载入Keystore再进行摘要生成和校验。

Java安全——消息摘要

概念

使用

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