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    2018-07-02 16:31:35

    什么是消息摘要

    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指纹

    消息摘要算法

    MD5

    SHA1

    Java生成消消息摘要

    Java 已经实现的SHA1MD5的算法。MessageDigest类是用于创建封装了指纹算法的对象的工厂。它的静态方法getInstance返回继承了MessageDigest的类的某个类的实例。 
    MessageDigest的作用 
    1. 作为一个工厂类 
    2. 作为所有消息摘要算法的超类 
    下面是计算一个SHA1的消息摘要的方法

    public class Digest {

        public static void main(String[] args) {

            try {

                MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance("SHA-1");

                InputStream in = new FileInputStream("J:\\message.txt");

                int ch;

                while((ch = in.read()) != -1){

                    messageDigest.update((byte)ch);

                }

                byte[] hash = messageDigest.digest();

                String digest = new String(hash);

                StringBuffer sb =new StringBuffer();

                for(int i = 0; i < hash.length; i++ ){

                    int v = hash[i] & 0xFF;

                    if(v < 16) {

                        sb.append("0");

                    }

                    sb.append(Integer.toString(v,16).toUpperCase()).append(" ");

                }

                System.out.println(sb.toString());

            } catch (NoSuchAlgorithmException e) {

                e.printStackTrace();

            } catch (FileNotFoundException e) {

                e.printStackTrace();

            } catch (IOException e) {

                e.printStackTrace();

            }

        }

    }


    什么是消息摘要

    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指纹

    消息摘要算法

    MD5

    SHA1

    Java生成消消息摘要

    Java 已经实现的SHA1MD5的算法。MessageDigest类是用于创建封装了指纹算法的对象的工厂。它的静态方法getInstance返回继承了MessageDigest的类的某个类的实例。 
    MessageDigest的作用 
    1. 作为一个工厂类 
    2. 作为所有消息摘要算法的超类 
    下面是计算一个SHA1的消息摘要的方法

    public class Digest {

        public static void main(String[] args) {

            try {

                MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance("SHA-1");

                InputStream in = new FileInputStream("J:\\message.txt");

                int ch;

                while((ch = in.read()) != -1){

                    messageDigest.update((byte)ch);

                }

                byte[] hash = messageDigest.digest();

                String digest = new String(hash);

                StringBuffer sb =new StringBuffer();

                for(int i = 0; i < hash.length; i++ ){

                    int v = hash[i] & 0xFF;

                    if(v < 16) {

                        sb.append("0");

                    }

                    sb.append(Integer.toString(v,16).toUpperCase()).append(" ");

                }

                System.out.println(sb.toString());

            } catch (NoSuchAlgorithmException e) {

                e.printStackTrace();

            } catch (FileNotFoundException e) {

                e.printStackTrace();

            } catch (IOException e) {

                e.printStackTrace();

            }

        }

    }


    zhangqin10@cmbc.com.cn
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    消息摘要算法

    • 消息摘要算法,也称为哈希算法或散列算法。消息摘要算法对一组输入数据进行计算,得到一个固定长度的输出摘要。消息摘要算法主要作用不是进行数据的加解密,而是校验数据的完整性。消息摘要算法很难从输出摘要计算出原始数据。
    • 消息摘要算法的要求可总结如下
      • 对于任何一个给定的消息,它都很容易就能运算出消息摘要
      • 给定消息摘要,应该很难求出原先的消息
      • 给定两个不同的消息,求出的消息摘要应该不同

    简单实例

    • 下面通过一个简单例子介绍下数据摘要算法。
    • 我们通过这样一个哈希函数 ( 假设哈希函数为 f(x) = x % 3 + 1),对数据作摘要。 假设原文为65536,使用该算法对原文作摘要计算,先对3求余再加1,最后得到的结果为2。可以看到,只要原数据被修改,得到的值就会改变。并且很难从摘要结果计算出原文。当然,实际应用的消息摘要算法不可能这么简单。

    1. 消息摘要算法类型

    • 下面介绍下在密码学中比较常用的一些消息摘要算法

    1.1 MD5

    • MD5信息摘要算法(MD5 Message-Digest Algorithm),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。这套算法的程序在 RFC 1321 标准中被加以规范。2004年,证实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。

    1.2 SHA-1

    • 第一代安全散列算法(Secure Hash Algorithm 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。

    • SHA-1与MD5比较

    特性MD5SHA-1
    消息摘要长度(位)128160
    根据消息摘要寻找初始消息所需操作2^128次2^160次
    寻找产生相同消息摘要的两个消息所需操作2^64次2^80次

    1.3 SHA-2

    • 第二代安全散列算法(Secure Hash Algorithm 2)。由美国国家安全局研发,由美国国家标准与技术研究院(NIST)在2001年发布。属于SHA算法之一,是SHA-1的后继者。其下又可再分为六个不同的算法标准,包括了:SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256

    • SHA-1与SHA-2比较

    参数SHA-1SHA-256SHA-384SHA-512
    消息摘要长度(位)160256384512
    消息长度(位)<2^64<2^64<2^128<2^128

    1.4 SM3

    • SM3是中华人民共和国政府采用的一种密码散列函数标准,由国家密码管理局于2010年12月17日发布。相关标准为“GM/T 0004-2012 《SM3密码杂凑算法》。
    • 在商用密码体系中,SM3主要用于数字签名及验证、消息认证码生成及验证、随机数生成等,其算法公开。据国家密码管理局表示,其安全性及效率与SHA-256相当。
    • SM3可处理小于2^64位的数据,生成摘要长度为256位。

    1.5 SHA-3

    • 第三代安全散列算法(Secure Hash Algorithm 3)。2012年10月,美国NIST选择了Keccak算法作为SHA - 3的标准算法,Keccak拥有良好的加密性能以及抗解密能力。SHA-3并不是要取代SHA-2,因为SHA-2并没有出现明显的弱点。由于对MD5、SHA-1出现成功的破解,NIST感觉需要一个与之前算法不同的,可替换的加密散列算法,也就是SHA-3。

    MAC(消息认证码)

    • 消息认证码(Message Authentication Code),又称为密码校验或者MAC,也是一种认证技术,它利用密钥来生成一个固定长度的短数据块,并将该数据块附加在消息之后。

    • 消息认证码与消息摘要类似,区别是消息摘要算法只是对数据作摘要计算,而消息认证码涉及到加密过程。

    • 通信双方A和B,共享密钥K。若A向B发送消息时,则A计算MAC,它是消息和密钥的函数,即MAC = C(K,M) 其中,M为输入消息,C为MAC函数,K为共享的密钥,MAC为消息认证码。消息和MAC一起发送给接收方。接收方收到消息后,用相同的密钥进行相同的计算,得到新的MAC,并将接收到的MAC与其计算出的MAC比较。

    • MAC工作原理。
      在这里插入图片描述

      • A与B共享一个对称密钥K,别人是不知道的。A使用K通过MAC函数计算出消息M的MAC值H1
      • A将消息M和H1发给B
      • B收到M,也用K通过MAC函数对M求出MAC值H2
      • B比较H1和H2。如果相等,表明消息M没有被中途改变。
    • 计算MAC与加密过程非常相似,但有一个重要不同,在对称加密过程中,加密过程是可逆的,但在MAC中,发送方与接收方只进行加密过程。因此MAC算法不需要可逆,只要是单向函数(加密)就可以了。

    HMAC(基于散列的消息认证码)

    • Hash-bases Message Authentication Code。简单理解就是为计算MAC值设计的一个MAC函数。
    • HMAC的基本思想是复用MD5与SHA-1之类现有的消息摘要算法。HAMC利用消息摘要算法,把消息摘要看成一个黑盒子,用共享密钥加密消息摘要,从而得出MAC。
      在这里插入图片描述
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  • Java加密算法—消息摘要及文件消息摘要

    1、概述

    • 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。
    • 为了保证文件或者值的安全,使用数字摘要生成的值是不可以篡改的。

    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。

    常见算法 :

    • 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

    2、文本消息摘要

    public class DigestUtil {
        /**
         * MD5 加密长度:32字节数量
         */
        private final static String MD5 = "MD5";
        /**
         * SHA1 加密长度:40字节数量
         */
        private final static String SHA1 = "SHA-1";
        /**
         * SHA256 加密长度:64字节数量
         */
        private final static String SHA256 = "SHA-256";
        /**
         * SHA512 加密长度:128字节数量
         */
        private final static String SHA512 = "SHA-512";
    
    
        public static void main(String[] args) {
            String input = "test";
    
            // 消息摘要算法
            System.out.println("MD5加密:" + encryptDigest(input, MD5));
            System.out.println("SHA1加密:" + encryptDigest(input, SHA1));
            System.out.println("SHA256加密:" + encryptDigest(input, SHA256));
            System.out.println("SHA512加密:" + encryptDigest(input, SHA512));
        }
    
        /***
         * 消息摘要算法,是单向、不可逆的
         *
         * @param input 消息类型
         * @param algorithm 算法类型:MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-512
         * @return
         */
        public static String encryptDigest(String input, String algorithm) {
            try {
                MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
                // 消息数字摘要
                byte[] digest = messageDigest.digest(input.getBytes());
    
                return toHex(digest);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new RuntimeException("加密失败!");
            }
        }
    
        private static String toHex(byte[] digest) {
            // 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);
            }
            return sb.toString();
        }
    }
    

    效果:
    在这里插入图片描述

    3、文件消息摘要

    文件消息摘要的产生和文件名称没有关系,任意修改名称后摘要密文不会发生改变。

    public class DigestUtil {
        /**
         * MD5 加密长度:32字节数量
         */
        private final static String MD5 = "MD5";
        /**
         * SHA1 加密长度:40字节数量
         */
        private final static String SHA1 = "SHA-1";
        /**
         * SHA256 加密长度:64字节数量
         */
        private final static String SHA256 = "SHA-256";
        /**
         * SHA512 加密长度:128字节数量
         */
        private final static String SHA512 = "SHA-512";
    
    
        public static void main(String[] args) {
    
            // 获取文件消息摘要
            String filePath = "C:\\Users\\Desktop\\test.txt";
            System.out.println("获取文件消息MD5摘要:" + getDigestFile(filePath, MD5));
            System.out.println("获取文件消息SHA1摘要:" + getDigestFile(filePath, SHA1));
            System.out.println("获取文件消息SHA256摘要:" + getDigestFile(filePath, SHA256));
            System.out.println("获取文件消息SHA512摘要:" + getDigestFile(filePath, SHA512));
        }
    
        /**
         * @param filePath
         * @param algorithm
         * @return
         * @throws Exception
         */
        private static String getDigestFile(String filePath, String algorithm) {
            try {
                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("文件摘要-密文的字节长度:" + digest.length);
                return toHex(digest);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new RuntimeException("获取文件摘要失败!");
            }
        }
    
    
        private static String toHex(byte[] digest) {
            // 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);
            }
            return sb.toString();
        }
    }
    

    效果:
    在这里插入图片描述

    展开全文
  • 在开发过程中经常会遇到 MD5、SHA1、SHA256 等词语,这些是加密算法吗?严格意义上讲,这些并不是加密算法,而是消息摘要算法。咱就用人听得懂的话来聊聊“消息摘要”。

    Java 密码技术 - 02- 消息摘要(数字摘要)

    在开发过程中经常会遇到 MD5、SHA1、SHA256 等词语,这些是加密算法吗?严格意义上讲,这些并不是加密算法,而是消息摘要算法。咱就用人听得懂的话来聊聊“消息摘要”。

    1 消息摘要简介

    在现实生活中,我们每个人都有指纹,指纹在一定意义是警方破案的有力证据之一。每个人的指纹与生俱来,李四无法盗用张三的指纹,张三也没法篡改自己的指纹。

    消息摘要也是如此。消息 —— 无论是任何类型的消息,在计算机中本质上就是数据,一堆二进制 bit 组成的数据,这些数据按照某种规则计算以后的结果是固定的。如果数据发生改变,则计算出来的结果就会变化,这个计算出来的结果就是消息摘要

    张三给李四发送一条消息,并且携带这条消息的消息摘要。李四收到消息时,按照相同的计算规则计算得到计算结果,将这个计算结果与张三发送消息时携带的消息摘要进行对比。如果在消息传输过程中,消息被劫持者篡改了内容,那么计算结果与携带的消息摘要的值便不相等,从而可以判断出消息被篡改了。

    所以消息摘要,是一种验证数据完整性的算法,是对付信息面临被篡改威胁的策略之一。

    1.1 消息摘要的概念

    消息摘要:Message Digest,又称为数字摘要(Digital Digest),要高大上还可以将其叫为:单向散列函数(one-way hash function)、哈希函数、杂凑函数等。消息摘要是一个唯一对应一个消息的固定长度的值,由一个单向哈希加密函数对消息进行计算而得到。通俗点说,无论是什么消息、无论什么时间、什么地点,只要采用同样的计算规则(算法),得到的结果都是一样的;并且无论消息长还是短,同一个算法计算得到的长度都是固定的。

    1.2 消息摘要的特点

    从上面的描述可以看出消息摘要的特点:

    1)只要消息不同,对其摘要后产生的结果也不同;
    2)相同的消息一定会得到相同的结果;
    3)无论消息的长短,计算出来的消息摘要长度是固定的;例如:
    MD5 摘要后的长度为 128 个bit;
    SHA-1 摘要后的长度为 160 个bit;
    4)消息摘要算法是单向的,不可逆。

    1.3 常见的消息摘要算法

    常见的消息摘要算法有: MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-512,其他还有 MD4、SHA-2、SHA-224、SHA-384 等。

    2 Java 实现

    2.1 MessageDigest 类

    Java 中提供了 java.security.MessageDigest 类来实现数字摘要:

    1. 首先通过 getInstance 获取实例,入参为摘要算法,即 MD5、SHA-1 之类的;
    2. 调用实例的 digest 方法获取摘要(结果为byte[]);
    3. 由于摘要后的结果为 byte[],不方便阅读,可封装一个十六进制的工具类:
    public class HexUtils {
    
        /**
         * 十六进制字符串转 byte[]
         */
        public static byte[] toBytes(String hex) {
            if (hex == null || hex.length() < 1) {
                return null;
            } else {
                byte[] result = new byte[hex.length() / 2];
                int j = 0;
                for (int i = 0; i < hex.length(); i += 2) {
                    result[j++] = (byte) Integer.parseInt(hex.substring(i, i + 2), 16);
                }
                return result;
            }
        }
    
        /**
         * byte[] 转十六进制字符串
         */
        public static String toHex(byte[] bytes) {
            StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("");
            if (bytes == null || bytes.length <= 0) {
                return null;
            }
            for (byte b : bytes) {
                int v = b & 0xFF;
                String hv = Integer.toHexString(v);
                if (hv.length() < 2) {
                    stringBuilder.append(0);
                }
                stringBuilder.append(hv);
            }
            return stringBuilder.toString();
        }
    }
    

    十六进制中一个字符对应 4 个bit,故转换后的十六进制字符串长度:

    • MD5:128 bit,十六进制为 32 个字符;
    • SHA-1:160 bit,十六进制为 40 个字符;
    • SHA-256:256 bit,十六进制为 64 个字符;
    • SHA-512:512 bit,十六进制为 128个字符;

    2.2 Java Demo

    package com.yygnb.demo.crypto;
    
    import com.yygnb.demo.utils.HexUtils;
    import org.junit.Test;
    
    import java.nio.charset.StandardCharsets;
    import java.security.MessageDigest;
    
    public class MessageDigestTest {
    
        private String md(String input, String algorithm) throws Exception {
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance(algorithm);
            byte[] digest = md.digest(input.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            return HexUtils.toHex(digest);
        }
    
        @Test
        public void testMessageDigest() throws Exception {
            String input = "Hello,张三";
            System.out.println(md(input, "MD5"));
            System.out.println(md(input, "SHA-1"));
            System.out.println(md(input, "SHA-256"));
            System.out.println(md(input, "SHA-512"));
        }
    }
    

    执行后的结果如下:

    5e7a42e5da82f1c0a6557e6c29d651dc
    c49a06ded3b4ae492741428779eb1ed04889500d
    a5a9d6d78806e179d917a1c557839fcdb68e11527a619179efd49e53c8acd6fb
    2eb3400b3999bfa6db1310cfafc8cbe3ab6d4e48d1e428c4db2627f5605a71973a546f5bb711b0189583d2fcf6f9d5cef83896657f4651a13975498e591db950
    

    大家在自己电脑上运行的结果应该也是一样的。

    3 JS 实现

    JavaScript 有很多开源库支持消息摘要,如 md5.js、sha.js、jsencrypt 等,考虑到后面的文章要写对称加密、非对称加密,这里采用 crypto-js。crypto-js 提供了各种摘要算法、加解密算法的实现。

    3.1 安装依赖

    安装依赖:

    yarn add crypto-js
    

    由于我使用的是 TypeScript 语言,所以还需要安装 crypto-js 的 TS 类型:

    yarn add @types/crypto-js -D
    

    3.2 引入函数

    从 crypto-js 中引入需要使用到的函数,如 md5、sha1、hex 等,其中 hex 提供了 stringify 方法,将摘要结果转为十六进制字符串。

    import md5 from 'crypto-js/md5'
    import sha1 from 'crypto-js/sha1'
    import sha256 from 'crypto-js/sha256'
    import sha512 from 'crypto-js/sha512'
    import hex from 'crypto-js/enc-hex'
    

    3.3 调用函数

    const input = 'Hello,张三'
    
    const s1 = hex.stringify(md5(input))
    const s2 = hex.stringify(sha1(input))
    const s3 = hex.stringify(sha256(input))
    const s4 = hex.stringify(sha512(input))
    
    console.log(s1)
    console.log(s2)
    console.log(s3)
    console.log(s4)
    

    由于被摘要的消息与上面 Java 的一样,所以这里 JS 摘要后的结果与上面 Java 的结果完全一致:

    image-20220825013559038
    在这里插入图片描述
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