【Java小工匠聊密码学】--消息摘要--HMAC算法-低调大师

【Java小工匠聊密码学】--消息摘要--HMAC算法

2018-06-09 909

1、什么是HMAC

HMAC是密钥相关的消息认证码，HMAC运算利用哈希算法，以一个密钥和一个消息为输入，生成一个消息摘要作为输出。

2、HMAC用途

我们使用MD和SHA 消息摘要算法，可以保证数据的完整性。但是在网络传输场景下，消息发送者，仅发送原始数据和数据摘要信息是，黑客可以伪装原始数据和数据摘要信息，达到攻击的目的，HMAC算法通过密钥和数据共同生成消息摘要，黑客在不知道密钥的情况下，伪造数据和消息摘要难度进一步加大。

消息发送

3、HMAC算法分类

算法种类                摘要长度

HmacMD5                 128
HmacSHA1                160
HmacSHA256              256
HmacSHA384              384
HmacSHA512              512

4、HMAC算法实现

4.1 JDK 算法实现

package lzf.cipher.jdk;

import java.nio.charset.Charset;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

/**
 * @author java小工匠
 */
public class JdkHmacUtils {

    // 获取 HmacMD5 Key
    public static byte[] getHmacMd5Key() {
        return getHmacKey("HmacMD5");
    }

    // 获取 HmacSHA256
    public static byte[] getHmacSha256Key() {
        return getHmacKey("HmacSHA256");
    }

    // 获取 HmacSHA512
    public static byte[] getHmacSha512Key() {
        return getHmacKey("HmacSHA512");
    }

    // 获取 HMAC Key
    public static byte[] getHmacKey(String type) {
        try {
            // 1、创建密钥生成器
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(type);
            // 2、产生密钥
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            // 3、获取密钥
            byte[] key = secretKey.getEncoded();
            return key;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    // HMAC MD5 加密
    public static String encryptHmacMD5(byte[] data, byte[] key) {
        return encryptHmac(data, key, "HmacMD5");
    }

    // HMAC SHA256 加密
    public static String encryptHmacSHA256(byte[] data, byte[] key) {
        return encryptHmac(data, key, "HmacSHA256");
    }

    // HMAC SHA521 加密
    public static String encryptHmacSHA512(byte[] data, byte[] key) {
        return encryptHmac(data, key, "HmacSHA512");
    }

    // 基础MAC 算法
    public static String encryptHmac(byte[] data, byte[] key, String type) {
        try {
            // 1、还原密钥
            SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, type);
            // 2、创建MAC对象
            Mac mac = Mac.getInstance(type);
            // 3、设置密钥
            mac.init(secretKey);
            // 4、数据加密
            byte[] bytes = mac.doFinal(data);
            // 5、生成数据
            String rs = encodeHex(bytes);
            return rs;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    // 数据准16进制编码
    public static String encodeHex(final byte[] data) {
        return encodeHex(data, true);
    }

    // 数据转16进制编码
    public static String encodeHex(final byte[] data, final boolean toLowerCase) {
        final char[] DIGITS_LOWER = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f' };
        final char[] DIGITS_UPPER = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F' };
        final char[] toDigits = toLowerCase ? DIGITS_LOWER : DIGITS_UPPER;
        final int l = data.length;
        final char[] out = new char[l << 1];
        // two characters form the hex value.
        for (int i = 0, j = 0; i < l; i++) {
            out[j++] = toDigits[(0xF0 & data[i]) >>> 4];
            out[j++] = toDigits[0x0F & data[i]];
        }
        return new String(out);
    }

    public static void main(String[] args) {
        byte[] data = "java小工匠".getBytes(Charset.forName("UTF-8"));
        // MD5
        byte[] hmacMd5KeyBytes = getHmacMd5Key();
        String hexHamcMd5Key = encodeHex(hmacMd5KeyBytes);
        System.out.println("HMAC Md5 密钥:" + hexHamcMd5Key);
        String hmacMd5Encrypt = encryptHmacMD5(data, hmacMd5KeyBytes);
        System.out.println("HMAC Md5 加密:" + hmacMd5Encrypt);
        // SHA256
        byte[] hmacSha256KeyBytes = getHmacSha256Key();
        String hexHamcSha256Key = encodeHex(hmacSha256KeyBytes);
        System.out.println("HMAC SHA256 密钥:" + hexHamcSha256Key);
        String hmacSha256Encrypt = encryptHmacSHA256(data, hmacSha256KeyBytes);
        System.out.println("HMAC SHA256 加密:" + hmacSha256Encrypt);
        // SHA512
        byte[] hmacSha512KeyBytes = getHmacSha512Key();
        String hexHamcSha512Key = encodeHex(hmacSha512KeyBytes);
        System.out.println("HMAC SHA512 密钥:" + hexHamcSha512Key);
        String hmacSha512Encrypt = encryptHmacSHA512(data, hmacSha512KeyBytes);
        System.out.println("HMAC SHA512 加密:" + hmacSha512Encrypt);
    }
}

4.2 CC 算法实现

package lzf.cipher.cc;

import java.nio.charset.Charset;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;

import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import org.apache.commons.codec.digest.HmacAlgorithms;
import org.apache.commons.codec.digest.HmacUtils;

/**
 * @author java小工匠
 */
public class CCHmacUtils {

    // 获取 HmacMD5 Key
    public static byte[] getHmacMd5Key() {
        return getHmacKey("HmacMD5");
    }

    // 获取 HmacSHA256
    public static byte[] getHmacSha256Key() {
        return getHmacKey("HmacSHA256");
    }

    // 获取 HmacSHA512
    public static byte[] getHmacSha512Key() {
        return getHmacKey("HmacSHA512");
    }

    // 获取 HMAC Key
    public static byte[] getHmacKey(String type) {
        try {
            // 1、创建密钥生成器
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(type);
            // 2、产生密钥
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            // 3、获取密钥
            byte[] key = secretKey.getEncoded();
            return key;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    // HMAC MD5 加密
    public static String encryptHmacMD5(byte[] data, byte[] key) {
        Mac mac = HmacUtils.getInitializedMac(HmacAlgorithms.HMAC_MD5, key);
        return Hex.encodeHexString(mac.doFinal(data));
    }

    // HMAC SHA256 加密
    public static String encryptHmacSHA256(byte[] data, byte[] key) {
        Mac mac = HmacUtils.getInitializedMac(HmacAlgorithms.HMAC_SHA_256, key);
        return Hex.encodeHexString(mac.doFinal(data));
    }

    // HMAC SHA521 加密
    public static String encryptHmacSHA512(byte[] data, byte[] key) {
        Mac mac = HmacUtils.getInitializedMac(HmacAlgorithms.HMAC_SHA_512, key);
        return Hex.encodeHexString(mac.doFinal(data));
    }

    public static void main(String[] args) {
        byte[] data = "java小工匠".getBytes(Charset.forName("UTF-8"));
        // MD5
        byte[] hmacMd5KeyBytes = getHmacMd5Key();
        String hexHamcMd5Key = Hex.encodeHexString(hmacMd5KeyBytes);
        System.out.println("HMAC Md5 密钥:" + hexHamcMd5Key);
        String hmacMd5Encrypt = encryptHmacMD5(data, hmacMd5KeyBytes);
        System.out.println("HMAC Md5 加密:" + hmacMd5Encrypt);
        // SHA256
        byte[] hmacSha256KeyBytes = getHmacSha256Key();
        String hexHamcSha256Key = Hex.encodeHexString(hmacSha256KeyBytes);
        System.out.println("HMAC SHA256 密钥:" + hexHamcSha256Key);
        String hmacSha256Encrypt = encryptHmacSHA256(data, hmacSha256KeyBytes);
        System.out.println("HMAC SHA256 加密:" + hmacSha256Encrypt);
        // SHA512
        byte[] hmacSha512KeyBytes = getHmacSha512Key();
        String hexHamcSha512Key = Hex.encodeHexString(hmacSha512KeyBytes);
        System.out.println("HMAC SHA512 密钥:" + hexHamcSha512Key);
        String hmacSha512Encrypt = encryptHmacSHA512(data, hmacSha512KeyBytes);
        System.out.println("HMAC SHA512 加密:" + hmacSha512Encrypt);
    }
}

4.3 BC 算法实现

package lzf.cipher.bc;

import java.nio.charset.Charset;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;

import org.bouncycastle.crypto.digests.MD5Digest;
import org.bouncycastle.crypto.digests.SHA256Digest;
import org.bouncycastle.crypto.digests.SHA512Digest;
import org.bouncycastle.crypto.macs.HMac;
import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;

/**
 * @author java小工匠
 */
public class BCHmacUtils {

    // 获取 HmacMD5 Key
    public static byte[] getHmacMd5Key() {
        return getHmacKey("HmacMD5");
    }

    // 获取 HmacSHA256
    public static byte[] getHmacSha256Key() {
        return getHmacKey("HmacSHA256");
    }

    // 获取 HmacSHA512
    public static byte[] getHmacSha512Key() {
        return getHmacKey("HmacSHA512");
    }

    // 获取 HMAC Key
    public static byte[] getHmacKey(String type) {
        try {
            // 1、创建密钥生成器
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(type);
            // 2、产生密钥
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            // 3、获取密钥
            byte[] key = secretKey.getEncoded();
            return key;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    // HMAC MD5 加密
    public static String encryptHmacMD5(byte[] data, byte[] key) {
        HMac hmac = new HMac(new MD5Digest());
        hmac.update(data, 0, data.length);
        byte[] rsData = new byte[hmac.getMacSize()];
        hmac.doFinal(rsData, 0);
        return Hex.toHexString(rsData);
    }

    // HMAC SHA256 加密
    public static String encryptHmacSHA256(byte[] data, byte[] key) {
        HMac hmac = new HMac(new SHA256Digest());
        hmac.update(data, 0, data.length);
        byte[] rsData = new byte[hmac.getMacSize()];
        hmac.doFinal(rsData, 0);
        return Hex.toHexString(rsData);
    }

    // HMAC SHA521 加密
    public static String encryptHmacSHA512(byte[] data, byte[] key) {
        HMac hmac = new HMac(new SHA512Digest());
        hmac.update(data, 0, data.length);
        byte[] rsData = new byte[hmac.getMacSize()];
        hmac.doFinal(rsData, 0);
        return Hex.toHexString(rsData);
    }

    public static void main(String[] args) {
        byte[] data = "java小工匠".getBytes(Charset.forName("UTF-8"));
        // MD5
        byte[] hmacMd5KeyBytes = getHmacMd5Key();
        String hexHamcMd5Key = Hex.toHexString(hmacMd5KeyBytes);
        System.out.println("HMAC Md5 密钥:" + hexHamcMd5Key);
        String hmacMd5Encrypt = encryptHmacMD5(data, hmacMd5KeyBytes);
        System.out.println("HMAC Md5 密钥:" + hmacMd5Encrypt);
        // SHA256
        byte[] hmacSha256KeyBytes = getHmacSha256Key();
        String hexHamcSha256Key = Hex.toHexString(hmacSha256KeyBytes);
        System.out.println("HMAC SHA256 密钥:" + hexHamcSha256Key);
        String hmacSha256Encrypt = encryptHmacSHA256(data, hmacSha256KeyBytes);
        System.out.println("HMAC SHA256 密钥:" + hmacSha256Encrypt);
        // SHA512
        byte[] hmacSha512KeyBytes = getHmacSha256Key();
        String hexHamcSha512Key = Hex.toHexString(hmacSha512KeyBytes);
        System.out.println("HMAC SHA512 密钥:" + hexHamcSha512Key);
        String hmacSha512Encrypt = encryptHmacSHA512(data, hmacSha512KeyBytes);
        System.out.println("HMAC SHA512 密钥:" + hmacSha512Encrypt);
    }
}

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