密码学【java】初探究加密方式之消息摘要

左手的ㄟ右手 2024-03-22 12:47 35阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  一 消息摘要
 *   *  1.1 消息摘要的特点
     *  1.2 消息摘要常见算法
     *  1.3 数字摘要的运用举例：
     *  1.4 字符串数字摘要演示
     *  1.5 其他数字摘要算法演示
     *  1.6 获取文件消息摘要

## 一 消息摘要 ##

*  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签名函数对消息进行作用而产生**
 *  **使用数字摘要生成的值是不可以篡改的，为了保证文件或者值的安全**

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### 1.1 消息摘要的特点 ###

*  \*\*无论输入的消息有多长，计算出来的消息摘要的长度总是固定的。\*\*例如应用MD5算法摘要的消息有128个比特位，用SHA-1算法摘要的消息最终有160比特位的输出
 *  只要输入的消息不同，对其进行摘要以后产生的摘要消息也必不相同；但相同的输入必会产生相同的输出。换句话说，**消息摘要的输入和输入信息有一一对应的特性。**
 *  消息摘要是单向，不可逆的

### 1.2 消息摘要常见算法 ###

![在这里插入图片描述][1da605689b3b4e3c8c22f83b36094699.png]

*  [SHA512在线签名和解密网站][SHA512]
 *  [消息摘要生成工具][Link 1]
 *  总结：
    
     *  **MD5算法 : 摘要结果16个字节, 转16进制后32个字节**
     *  **SHA1算法 : 摘要结果20个字节, 转16进制后40个字节**
     *  **SHA256算法 : 摘要结果32个字节, 转16进制后64个字节**
     *  **SHA512算法 : 摘要结果64个字节, 转16进制后128个字节**

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*  MD5（Message-Digest Algorithm）
    
     *  MD5信息摘要算法，一种被广泛使用的密码散列函数，可以产生出一个128位（16字节）的散列值（hash value），用于确保信息传输完整一致。
     *  MD5由美国密码学家罗纳德·李维斯特（Ronald Linn Rivest）设计，于1992年公开，用以取代MD4算法。
     *  该算法存在弱点，可以被加以破解，对于需要高度安全性的数据，一般建议改用其他算法，如SHA-2。MD5算法无法防止碰撞（collision），因此不适用于安全性认证，如SSL公开密钥认证或是数字签名等用途。

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*  SHA1（英语：Secure Hash Algorithm 1，中文名：安全散列算法1）
    
     *  SHA-1是一种密码散列函数，美国国家安全局设计，并由美国国家标准技术研究所（NIST）发布为联邦数据处理标准（FIPS）。
     *  SHA-1可以生成一个被称为消息摘要的160位（20字节）散列值，散列值通常的呈现形式为40个十六进制数。

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*  SHA256(Secure Hash Algorithm 2，安全哈希算法2)
    
     *  SHA-256作为SHA-2的一部分，目前已经是最流行的哈希算法之一。
     *  安全签名算法通过将输入文本拆分成独立的片段，并通过这些独立的片段生成最终的结果——签名算法哈希值。这些签名算法哈希值几乎是唯一的字符串，因而它们往往被用作数据块的摘要"digest"，指纹"figerprint"或签名"signature"。
     *  SHA-256算法往往被用来生成256位的签名。

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*  SHA512
    
     *  sha512是一种哈希算法，对给定的数据执行哈希函数。
     *  由上图可知，它是一组称为SHA2的哈希算法的一部分。
     *  sha512是哈希大家庭里中的一个，哈希都有不可逆的特性。可以把理解为无法解密的签名。更准确来说，在原则上，sha512是无法反向解密的，但是对于简单的，常见的密码，有人会将结果保存下来，当你输入签名后的哈希值时，如果可以查询到原密码，则解码成功。但是相对于复杂的密码来说，由于SHA系列算法的数据摘要长度较长，因此其运算速度与MD5相比，也相对较慢。 不管是 SHA384还是SHA512，都是不可逆的，原则上是无法解密的。
     *  sha512具有不随机性，拿同一个密码生成的结果永远不会变。将C（密码）进行签名，得出D（结果）只要C不变，算法不变，次数不变，结果D是不变的。

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### 1.3 数字摘要的运用举例： ###

*  在tomcat的官网下载界面，在下载连接的后面就有数字摘要的身影。
 *  当点击相应的数字摘要连接，会展示该文件生成的结果。该算法在修改文件名称时，并不会影响签名运算的结果。所以，我们可以在本地对文件进行相应的签名运算后，与官方网站的内容进行对比，来验证下载文件是否被篡改或损坏。  
    ![在这里插入图片描述][13ed19a5d08749e596fc38bdd03a5bd0.png]
 *  这里采用64位win版进行验证，java代码如下：

import java.io.ByteArrayOutputStream;
    import java.io.FileInputStream;
    import java.security.MessageDigest;
    
    public class DigestDemo2 {
        
        public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        	//将下载的tomcat文件放到src目录下  
            String sha512 = getDigestFile("src/apache-tomcat-11.0.0-M5-windows-x64.zip", "SHA-512");
            System.out.println(sha512);
        }
        /**
         * 获取文件的数字摘要
         * @param filePath 表示文件的路径
         * @param algorithm 表示算法
         * @return
         */
        private static String getDigestFile(String filePath, String algorithm) throws Exception{
        
            // 通过io流的方式读取文件
            //注意：FileInputStream默认情况目录为项目的根目录
            FileInputStream fis = new FileInputStream(filePath);
            // 定义长度
            int len ;
            // 定义一个字节数组
            byte[] buffer = new byte[1024];
            // 边读边写
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            while (((len = fis.read(buffer) )!= -1)){
        
                baos.write(buffer,0,len);
            }
            // 创建消息摘要对象
            MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
            // 执行消息摘要算法
            byte[] digest1 = digest.digest(baos.toByteArray());
    
            return toHex(digest1);
        }
    
        private static String toHex(byte[] digest) {
        
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            // 对密文进行迭代
            for (byte b : digest) {
        
                // 把密文转换成16进制
                String s = Integer.toHexString(b & 0xff);
                // 判断如果密文的长度是1，需要在高位进行补0
                if (s.length() == 1){
        
                    s = "0"+s;
                }
                sb.append(s);
            }
            // 使用base64进行转码
            return sb.toString();
        }
    }

![在这里插入图片描述][db59dbe29e9d47db9e11257c0ac2ef51.png]  
![在这里插入图片描述][d734c9fdc2984776844554dd6b696942.png]

### 1.4 字符串数字摘要演示 ###

1.  注意的点：
    
    1.  请使用`org.apache.commons.codec.binary.Base64;`类进行计算，需要导入的maven依赖为
    
        <dependency>
            <groupId>commons-codec</groupId>
            <artifactId>commons-codec</artifactId>
            <version>1.15</version>
        </dependency>
    
    1.  在线网站的结果不是使用64进行编码，而使用16进制进行展示
    2.  验证计算结果
    
     *  在线网站的计算结果  
        ![在这里插入图片描述][0e5bb36643544e08b40168ebf6926a4e.png]
     *  本地计算结果  
        ![在这里插入图片描述][0a308d4e0ef349648cdaafb42ac7cb5c.png]

### 1.5 其他数字摘要算法演示 ###

import java.security.MessageDigest;
    
    public class DigestDemo04 {
        
        public static void main(String[] args) throws Exception{
        
            // 原文
            String input = "天道酬勤";
            // 获取数字摘要对象
            String md5 = getDigest(input, "MD5");
            System.out.println(md5);
    
            String sha1 = getDigest(input, "SHA-1");
            System.out.println(sha1);
    
            String sha256 = getDigest(input, "SHA-256");
            System.out.println(sha256);
    
            String sha512 = getDigest(input, "SHA-512");
            System.out.println(sha512);
    
    
        }
    
        private static String getDigest(String input, String algorithm) throws Exception {
        
            MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
            // 消息数字摘要
            byte[] digest = messageDigest.digest(input.getBytes());
            System.out.println("密文的字节长度:" + digest.length);
    
            return toHex(digest);
        }
    
        private static String toHex(byte[] digest) throws Exception {
        
    
            // 创建对象用来拼接
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
    
            for (byte b : digest) {
        
                // 转成 16进制
                String s = Integer.toHexString(b & 0xff);
                if (s.length() == 1){
        
                    // 如果生成的字符只有一个，前面补0
                    s = "0"+s;
                }
                sb.append(s);
            }
            System.out.println("16进制数据的长度：" + sb.toString().getBytes().length);
            return sb.toString();
        }
    
    }

密文的字节长度:16
    16进制数据的长度：32
    d34ba38f8eb58109f5ba1ec4e0154517
    密文的字节长度:20
    16进制数据的长度：40
    15313a15333413679c6b98e92b9b2770c3ca8b0b
    密文的字节长度:32
    16进制数据的长度：64
    01afda71911617c438fe1e4e645affa70eebe693458731ce6eb8e9cec479288f
    密文的字节长度:64
    16进制数据的长度：128
    396d16c3d8c03661d656f69c45da0d46f9aa02edd00a954da8960fe139f395d86f336d0a61d47932865e36cd56ed2d6e58e91f720d1523caa13bdedc124f35de

### 1.6 获取文件消息摘要 ###

import java.io.ByteArrayOutputStream;
    import java.io.FileInputStream;
    import java.security.MessageDigest;
    
    public class DigestDemo05 {
        
        public static void main(String[] args) throws Exception{
        
            String input = "aa";
            String algorithm = "MD5";
    
            // sha1 可以实现秒传功能
    
            String sha5121 = getDigestFile("src/apache-tomcat-11.0.0-M5-windows-x64.zip", "SHA-512");
            System.out.println(sha5121);
    
            String sha5122 = getDigestFile("src/apache-tomcat-11.0.0.zip", "SHA-512");
            System.out.println(sha5122);
    
            String md5 = getDigest("aa", "MD5");
            System.out.println(md5);
    
            String md51 = getDigest("aa ", "MD5");
            System.out.println(md51);
        }
    
        private static String getDigestFile(String filePath, String algorithm) throws Exception{
        
            FileInputStream fis = new FileInputStream(filePath);
            int len;
            byte[] buffer = new byte[1024];
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            while ( (len =  fis.read(buffer))!=-1){
        
                baos.write(buffer,0,len);
            }
            // 获取消息摘要对象
            MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
            // 获取消息摘要
            byte[] digest = messageDigest.digest(baos.toByteArray());
            System.out.println("密文的字节长度："+digest.length);
            return toHex(digest);
        }
    
        private static String getDigest(String input, String algorithm) throws Exception{
        
            MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
            byte[] digest = messageDigest.digest(input.getBytes());
            System.out.println("密文的字节长度："+digest.length);
            return toHex(digest);
        }
    
        private static String toHex(byte[] digest) {
        
            // 消息摘要进行表示的时候，是用16进制进行表示
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (byte b : digest) {
        
                // 转成16进制
                String s = Integer.toHexString(b & 0xff);
                // 保持数据的完整性，前面不够的用0补齐
                if (s.length()==1){
        
                    s="0"+s;
                }
                sb.append(s);
            }
            System.out.println("16进制数据的长度:"+ sb.toString().getBytes().length);
            return sb.toString();
        }
    }

*  **结论1：改变文件名称，摘要结果不会改变！**  
    ![在这里插入图片描述][a2429ea33a554c96b5a1aebc47e11d52.png]
 *  **结论2：改变原文，摘要结果改变**  
    ![在这里插入图片描述][7ce5825545b44724b49ffc80942d70d9.png]

[1da605689b3b4e3c8c22f83b36094699.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/3b45c71924b64326bcb3581b054c1915.png
[SHA512]: https://www.strerr.com/cn/sha512.html
[Link 1]: https://tool.oschina.net/encrypt?type=2
[13ed19a5d08749e596fc38bdd03a5bd0.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/babf3e68bcb44318a9a5885d36305f6f.png
[db59dbe29e9d47db9e11257c0ac2ef51.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/857177e70eb9473085af1688988e7983.png
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[0a308d4e0ef349648cdaafb42ac7cb5c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/61c88546f8864eb8a9093d03a3c6fac6.png
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[7ce5825545b44724b49ffc80942d70d9.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/eab9224a1efb4059938536a337b6b94f.png