淺析java消息摘要與數(shù)字簽名

發(fā)布時間：2020-08-19 14:52:09 來源：腳本之家閱讀：130 作者：靜默虛空欄目：編程語言

消息摘要

算法簡述

定義

它是一個唯一對應(yīng)一個消息或文本的固定長度的值，它由一個單向Hash加密函數(shù)對消息進(jìn)行作用而產(chǎn)生。如果消息在途中改變了，則接收者通過對收到消息的新產(chǎn)生的摘要與原摘要比較，就可知道消息是否被改變了。因此消息摘要保證了消息的完整性。消息摘要采用單向Hash 函數(shù)將需加密的明文"摘要"成一串密文，這一串密文亦稱為數(shù)字指紋(Finger Print)。它有固定的長度，且不同的明文摘要成密文，其結(jié)果總是不同的，而同樣的明文其摘要必定一致。這樣這串摘要便可成為驗證明文是否是"真身"的"指紋"了。

特點(diǎn)

消息摘要具有以下特點(diǎn)：

（1）唯一性：數(shù)據(jù)只要有一點(diǎn)改變，那么再通過消息摘要算法得到的摘要也會發(fā)生變化。雖然理論上有可能會發(fā)生碰撞，但是概率極其低。

（2）不可逆：消息摘要算法的密文無法被解密。

（3）不需要密鑰，可使用于分布式網(wǎng)絡(luò)。

（4）無論輸入的明文有多長，計算出來的消息摘要的長度總是固定的。

原理

消息摘要，其實(shí)就是將需要摘要的數(shù)據(jù)作為參數(shù)，經(jīng)過哈希函數(shù)(Hash)的計算，得到的散列值。

常用算法

消息摘要算法包括MD(Message Digest，消息摘要算法)、SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法)、MAC(Message AuthenticationCode，消息認(rèn)證碼算法)共3大系列，常用于驗證數(shù)據(jù)的完整性，是數(shù)字簽名算法的核心算法。

MD5和SHA1分別是MD、SHA算法系列中最有代表性的算法。

如今，MD5已被發(fā)現(xiàn)有許多漏洞，從而不再安全。SHA算法比MD算法的摘要長度更長，也更加安全。

算法實(shí)現(xiàn)

MD5、SHA的范例

JDK中使用MD5和SHA這兩種消息摘要的方式基本一致，步驟如下：

（1）初始化MessageDigest對象

（2）更新要計算的內(nèi)容

（3）生成摘要

importjava.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

public class MsgDigestDemo{
 public static void main(String args[]) throws NoSuchAlgorithmException, UnsupportedEncodingException {
  String msg = "Hello World!";

  MessageDigest md5Digest = MessageDigest.getInstance("MD5");
  // 更新要計算的內(nèi)容
  md5Digest.update(msg.getBytes());
  // 完成哈希計算，得到摘要
  byte[] md5Encoded = md5Digest.digest();

  MessageDigest shaDigest = MessageDigest.getInstance("SHA");
  // 更新要計算的內(nèi)容
  shaDigest.update(msg.getBytes());
  // 完成哈希計算，得到摘要
  byte[] shaEncoded = shaDigest.digest();

  System.out.println("原文: " + msg);
  System.out.println("MD5摘要: " + Base64.encodeBase64URLSafeString(md5Encoded));
  System.out.println("SHA摘要: " + Base64.encodeBase64URLSafeString(shaEncoded));
 }
}

結(jié)果：

原文:Hello World!
MD5摘要: 7Qdih2MuhjZehB6Sv8UNjA
SHA摘要:Lve95gjOVATpfV8EL5X4nxwjKHE

HMAC的范例

importjavax.crypto.Mac;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

public class HmacCoder{
 /**
  * JDK支持HmacMD5, HmacSHA1,HmacSHA256, HmacSHA384, HmacSHA512
  */
 public enum HmacTypeEn {
  HmacMD5, HmacSHA1, HmacSHA256, HmacSHA384, HmacSHA512;
 }

 public static byte[] encode(byte[] plaintext, byte[] secretKey, HmacTypeEn type) throwsException {
  SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(secretKey, type.name());
  Mac mac = Mac.getInstance(keySpec.getAlgorithm());
  mac.init(keySpec);
  return mac.doFinal(plaintext);
 }

 public static void main(String[] args) throws Exception {
  String msg = "Hello World!";
  byte[] secretKey = "Secret_Key".getBytes("UTF8");
  byte[] digest = HmacCoder.encode(msg.getBytes(), secretKey, HmacTypeEn.HmacSHA256);
  System.out.println("原文: " + msg);
  System.out.println("摘要: " + Base64.encodeBase64URLSafeString(digest));
 }
}

結(jié)果：

原文:Hello World!
摘要: b8-eUifaOJ5OUFweOoq08HbGAMsIpC3Nt-Yv-S91Yr4

數(shù)字簽名

算法簡述

數(shù)字簽名算法可以看做是一種帶有密鑰的消息摘要算法，并且這種密鑰包含了公鑰和私鑰。也就是說，數(shù)字簽名算法是非對稱加密算法和消息摘要算法的結(jié)合體。

特點(diǎn)

數(shù)字簽名算法要求能夠驗證數(shù)據(jù)完整性、認(rèn)證數(shù)據(jù)來源，并起到抗否認(rèn)的作用。

原理

數(shù)字簽名算法包含簽名和驗證兩項操作，遵循私鑰簽名，公鑰驗證的方式。

簽名時要使用私鑰和待簽名數(shù)據(jù)，驗證時則需要公鑰、簽名值和待簽名數(shù)據(jù)，其核心算法主要是消息摘要算法。

淺析java消息摘要與數(shù)字簽名

常用算法

RSA、DSA、ECDSA

算法實(shí)現(xiàn)

DSA的范例

數(shù)字簽名有兩個流程：簽名和驗證。

它們的前提都是要有一個公鑰、密鑰對。

簽名

用私鑰為消息計算簽名

驗證

用公鑰驗證摘要

importjava.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.Signature;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

public class DsaCoder{
 public static final String KEY_ALGORITHM = "DSA";

 public enum DsaTypeEn {
  MD5withDSA, SHA1withDSA
 }

 /**
  * DSA密鑰長度默認(rèn)1024位。 密鑰長度必須是64的整數(shù)倍，范圍在512~1024之間
  */
 private static final int KEY_SIZE = 1024;

 private KeyPair keyPair;

 public DsaCoder() throws Exception {
  keyPair = initKey();
 }

 public byte[] signature(byte[] data, byte[] privateKey) throws Exception {
  PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
  KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
  PrivateKey key =keyFactory.generatePrivate(keySpec);

  Signature signature = Signature.getInstance(DsaTypeEn.SHA1withDSA.name());
  signature.initSign(key);
  signature.update(data);
  return signature.sign();
 }

 public boolean verify(byte[] data, byte[] publicKey, byte[] sign) throws Exception {
  X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);
  KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
  PublicKey key =keyFactory.generatePublic(keySpec);

  Signature signature = Signature.getInstance(DsaTypeEn.SHA1withDSA.name());
  signature.initVerify(key);
  signature.update(data);
  return signature.verify(sign);
 }

 private KeyPair initKey() throws Exception {
  // 初始化密鑰對生成器
  KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
  // 實(shí)例化密鑰對生成器
  keyPairGen.initialize(KEY_SIZE);
  // 實(shí)例化密鑰對
  return keyPairGen.genKeyPair();
 }

 public byte[] getPublicKey() {
  return keyPair.getPublic().getEncoded();
 }

 public byte[] getPrivateKey() {
  return keyPair.getPrivate().getEncoded();
 }

 public static void main(String[] args) throws Exception {
  String msg = "Hello World";
  DsaCoder dsa = new DsaCoder();
  byte[] sign = dsa.signature(msg.getBytes(), dsa.getPrivateKey());
  boolean flag = dsa.verify(msg.getBytes(), dsa.getPublicKey(), sign);
  String result = flag ? "數(shù)字簽名匹配" : "數(shù)字簽名不匹配";
  System.out.println("數(shù)字簽名：" + Base64.encodeBase64URLSafeString(sign));
  System.out.println("驗證結(jié)果：" + result);
 }
}

參考

《Core Java Volume2》

《Java加密與解密技術(shù)》

向AI問一下細(xì)節(jié)

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