Java常用加密校验转换算法汇总

作者：邵发

官网：http://afanihao.cn/java

本文是Java学习指南系列教程的官方配套文档。内容介绍Java里的常用算法的使用，包含转换Hex / Base64等数据转换算法，CRC32 / MD5 / HMAC-SHA1数据签名和校验算法，DES / AES等对称加密算法。

由于篇幅的限制，本文只对各种算法的使用给出代码示例。如果对原理有不明白的地方，可以参考Java学习指南系列的《项目应用篇》，里面对每一个算法的应用背景和原理有较为详细的解释。本文附带项目源码及相关JAR包。

1.

Hex转换

在Java里，一般性的数据用byte[]表示，即字节数组。由于byte[]本身不可显示，所以为了显示和传递的方便，有时候需要把它转化为十六进制显示。

1.1 byte[] => Hex String

例如，

byte[] code   =

{ -5, 0, 10, 99, 20 };

String hex =

Hex.encodeHexString(code, false);

code表示5个字节的数据，将其转成十六进制表字符串为：FB000A6314。在十六进制表示下，每两个字符表示1字节的数据，即FB 00 0A 64 14共五个字节。

1.2 Hex String => byte[]

反转来，也可以

byte[] code2  =

Hex.decodeHex(hex);

解码后得到长度为5字节的数组code2，和原始数据内容是一样的。

Hex是一种数据转换算法，它没有改变数据的值，仅仅是换了一个表示方式。就好比机器猫和多莱梦，说的是同一个事物。

2.

Base64转换

Base64，即64进制的转换。在64进制下，一共有64个基础字符。即，

'A', 'B', 'C', …, 'Y', 'Z',

'a', 'b', 'c', …, 'y', 'z',

'0', '1', '2', …, '8', '9',

'+', '-'

2.1 byte[] => Base64 String

以下示例，把4字节的数据转成Base64的表示，例如。

byte[]

code   = { 12, 4 , 9, -2};

String

str = Base64.encodeBase64String(code);

转换的结果为：DAQJ/g==，虽然结果看起来有点奇怪，但这只是一个表示方式，数据的内容没有发生变化。

2.2 Base64 String => byte[]

反过来，也可以把Base64表示的字符串，再解码为字节数据。例如。

byte[]

code2  = Base64.decodeBase64(str);

解码之后，得到的字节数组和原始内容是一致的。

3.

MD5校验

业界用于校验的算法有多种，比如：

Parity:奇偶校验

ECC :错误校验与纠正

Checksum :和校验

CRC32:循环冗余校验

MD5 :消息摘要

SHA1 :安全哈希

其中，MD5和SHA1是Java项目里使用比较多的校验算法。

所谓校验算法，用于在传输过程中的完整性的校验。比如，A给B发送一个大文件，B在接收到之后惴惴不安，因为他不能确定这么大一个文件在传输过程中没有错误发生(比如某个字节传错了)。B怎么才能够确认这个文件的完整性呢？需采用校验算法。

MD5的基本使用公式：Code = MD5 ( Data)

其中Data为输入的一段数据，经过MD5运算之后，得到16字节的结果，称为MD5码。

特点：

1无论Data有多长，输出的MD5码总是16字节

2如果Data不同，则输出的MD5码也不相同。(极大概率不同)

3.1示例：求MD5校验码

//待处理的数据,任意长度

byte[]

data = { 12, 8, 9, -1, 87, 0, -47, 99, 14, 54 };

//创建算法实例,MD5或SHA1

MessageDigest

md = MessageDigest.getInstance("MD5");

md.update(data);

byte[]

code = md.digest();

//转成HEX显示(参考上一章)

String

result = Hex.encodeHexString(code, false);

需要注意的是，MD5算法的输出结果是一个长为16字节的byte[]，通常需要转成十六进制的字符串显示。所以我们通常看到的MD5值是由32字符表示的。

3.2对字符串求MD5

在Java项目中，通常需要对字符串求MD5码。示例如下。

//待处理的字符串

String

text = "阿发你好/afanihao.cn";

//转成字节数据

byte[]

data = text.getBytes("UTF-8");

//求消息摘要

MessageDigest

md = MessageDigest.getInstance("MD5");

md.update(data);

byte[]

code = md.digest();

//转成HEX显示

String

result = Hex.encodeHexString(code, false);

System.out.println("校验码: " + result);

使用MD5算法，也可以对一个很大的文件求MD5码。示例代码略。

4.

SHA1校验

SHA1也是一种校验算法，比MD5更强，输出20字节的校验码。它的使用方法和MD5一样，只需要把算法的名字改成SHA1就行了。

byte[]

data = { 12, 8, 9, -1, 87, 0, -47, 99, 14, 54 };

MessageDigest

md = MessageDigest.getInstance("SHA1");

md.update(data);

byte[]

code = md.digest();

String

result = Hex.encodeHexString(code, false);

5.

CRC32校验

CRC32也是一种校验算法，生成4字节的校验码。它在Java领域使用得不多，稍微了解一下即可。

5.1示例：根据byte[]生成CRC32校验码

//待处理的数据,任意长度

byte[]

data = { 12, 8, 9, -1, 87, 0, -47, 99, 14, 54 };

//创建算法实例

CRC32

crc = new CRC32();

crc.update(

data );

long

value = crc.getValue();

//转成HEX显示(参考上一章)

String

result = Long.toHexString(value);

System.out.println("校验码: " + result);

6.

HMAC-SHA1签名

所谓签名，也是一种校验算法，只是这个校验码是无法伪造的。签名算法用于保证数据的真实现性。

例如，

Code = HMAC-SHA1

( Data, Key )

其中，Data为输入的数据，Key为指定的密钥。在经过HMAC-SHA1运算后，得到一个20字节的校验码。

这个校验码是无法伪造的，只有持有Key的人，才能生成相同的校验码。在传递的过程，传输双方都知晓这个密钥，才能得到相同的校验码。

6.1示例：HMAC-SHA1签名

//数据

byte[]

data = { 12, 8, 9, -1, 87, 0, -47, 99, 14, 54 };

//密钥

String

key = "test2019";

//

HMAC-SHA1算法

Key

keySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes(), "HMACSHA1");

Mac

mac = Mac.getInstance("HMACSHA1");

mac.init(keySpec);

//更新数据

mac.update(data);

//取得最终结果

byte[]

code = mac.doFinal();

String

result = Hex.encodeHexString(code, false);

System.out.println("签名: " + result);

6.2  HmacSha1Util工具类

在Java项目里，常见对String的签名操作，为此封装出一个工具类HmacSha1Util。示例用法如下：

String text = "afanihao.cn |阿发你好| Java学习指南";

String key = "your_key_2019";

String result = HmacSha1Util(text , key);

7.

DES加密

下面介绍两种常见的加密算法：DES和AES。其中，DES出现的较早，而AES是它的升级替代品。

什么叫加密？加密意味着秘密，只有持有秘钥者可以解读。

(1)加密后的数据可以解密，还原为原始数据

(2)只有持有秘钥者可以解密

加密算法的一般公式为：

Cipher

= Encrypt( Plain, Key )

其中，Plain为原文，Key为密钥。经加密算法运算后，得到密钥。

反过来，还可以解密，公式为：

Plain

= Decrypt ( Cipher, Key)

这个加密和加密的过程是对称的(互逆的)，来回使用的是同一处密钥，所以称为对称加密算法。

7.1示例：DES加密

public static

byte[] encrypt(byte[] plain, byte[] key) throws Exception

{

//使用PKCS5补齐方式

Cipher c = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");

SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "DES");

c.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);

//加密

byte [] output = c.doFinal(plain);

return output;

}

其中，plain为原文，key是密角，返回值为密文。

在Java项目中，密钥通常为String，需要自己转成byte[]。对于DES来说，要求密钥长度为8个字节。

7.2示例：DES解密

public static

byte[] decrypt(byte[] cipher, byte[] key) throws Exception

{

//使用PKCS5补齐方式

Cipher c = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");

SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "DES");

c.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);

byte [] output = c.doFinal(cipher);

return output;

}

同样地，在实际项目中处理的往往是String，而结果也往往要转成HEX形式表示。所以要自己添加额外的处理，自己要稍微封装一下再使用。

8.

AES加密

AES是用于取代DES的更高级更强的加密算法，但用法基本是类同的。AES加密密钥长度为16字节，每16字节一组进行加密。

8.1示例：AES加密

public static

byte[] encrypt(byte[] plain, byte[] key) throws Exception

{

//

AES

Cipher

c = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");

SecretKeySpec

keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");

c.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,

keySpec);

//加密

byte[]

output = c.doFinal(plain);

return

output;

}

8.2示例：AES解密

public static

byte[] decrypt(byte[] cipher, byte[] key) throws Exception

{

//

AES

Cipher

c = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");

SecretKeySpec

keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");

c.init(Cipher.DECRYPT_MODE,

keySpec);

byte[]

output = c.doFinal(cipher);

return

output;

}

其中，在准备密钥的时候，需保证密钥长度不少于16字节。

8.3 AESUtil工具类

由于在Java项目中要处理的信息一般是String，所以对上述AES算法做一个简单的封装，得到AESUtil工具类。

示例用法如下：

String

key = "your_key_2910";

String

plain = "阿发你好|

afanihao.cn | Java学习指南系列教程";

String

cipher = AESUtil.encrypt(plain, key); //加密

String

plain2 = AESUtil.decrypt(cipher, key); //解密

这样在项目中调用就非常的简单了，只需要自己指定一下密钥，就可以进行加密解密了。

以上介绍了几种常见算法的使用，如果有对应用背景、原理和项目使用不太清楚的地方，可以参考Java学习指南系列教程的《项目应用篇》。本篇演示所用的项目源码和JAR包在此处可以获取。