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[Java 安全]消息摘要与数字签名

时间:2016-07-24 16:20:02      阅读:252      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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消息摘要

算法简述

定义

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"了。

 

特点

消息摘要具有以下特点:

(1)        唯一性:数据只要有一点改变,那么再通过消息摘要算法得到的摘要也会发生变化。虽然理论上有可能会发生碰撞,但是概率极其低。

(2)        不可逆:消息摘要算法的密文无法被解密。

(3)        不需要密钥,可使用于分布式网络。

(4)        无论输入的明文有多长,计算出来的消息摘要的长度总是固定的。

 

原理

消息摘要,其实就是将需要摘要的数据作为参数,经过哈希函数(Hash)的计算,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,消息认证码算法)3大系列,常用于验证数据的完整性,是数字签名算法的核心算法。

MD5SHA1分别是MDSHA算法系列中最有代表性的算法。

如今,MD5已被发现有许多漏洞,从而不再安全。SHA算法比MD算法的摘要长度更长,也更加安全。

 

算法实现

MD5SHA的范例

JDK中使用MD5SHA这两种消息摘要的方式基本一致,步骤如下:

(1)            初始化MessageDigest对象

(2)            更新要计算的内容

(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 NoSuchAlgorithmExceptionUnsupportedEncodingException {
        String msg = 
"Hello World!";

        
MessageDigest md5Digest = MessageDigest.getInstance("MD5");
        
// 更新要计算的内容
        
md5Digest.update(msg.getBytes());
        
// 完成哈希计算,得到摘要
        
byte[] md5Encoded = md5Digest.digest();

        
MessageDigest shaDigest = MessageDigest.getInstance("SHA");
        
// 更新要计算的内容
        
shaDigest.update(msg.getBytes());
        
// 完成哈希计算,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));
    
}
}

结果:

原文:Hello World!
MD5摘要: 
7Qdih1MuhjZehB6Sv8UNjA
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 {
        
HmacMD5HmacSHA1HmacSHA256HmacSHA384HmacSHA512;
    
}

    
public static byte[] encode(byte[] plaintext, byte[] secretKeyHmacTypeEn type) throwsException {
        SecretKeySpec keySpec = 
new SecretKeySpec(secretKeytype.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()secretKeyHmacTypeEn.HmacSHA256);
        
System.out.println("原文: " + msg);
        
System.out.println("摘要: " + Base64.encodeBase64URLSafeString(digest));
    
}
}

结果:

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

 

 

数字签名

算法简述

数字签名算法可以看做是一种带有密钥的消息摘要算法,并且这种密钥包含了公钥和私钥。也就是说,数字签名算法是非对称加密算法和消息摘要算法的结合体。

 

特点

数字签名算法要求能够验证数据完整性、认证数据来源,并起到抗否认的作用。

 

原理

数字签名算法包含签名和验证两项操作,遵循私钥签名,公钥验证的方式。

签名时要使用私钥和待签名数据,验证时则需要公钥、签名值和待签名数据,其核心算法主要是消息摘要算法。

技术分享

 

常用算法

RSADSAECDSA

 

算法实现

DSA的范例

数字签名有两个流程:签名和验证。

它们的前提都是要有一个公钥、密钥对。

签名

用私钥为消息计算签名

 

验证

用公钥验证摘要

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 {
        
MD5withDSASHA1withDSA
    }

    
/**
     * DSA
密钥长度默认1024位。 密钥长度必须是64的整数倍,范围在512~1024之间
     */
    
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 {
        
// 初始化密钥对生成器
        
KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        
// 实例化密钥对生成器
        
keyPairGen.initialize(KEY_SIZE);
        
// 实例化密钥对
        
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 ? "数字签名匹配" "数字签名不匹配";
        
System.out.println("数字签名:" + Base64.encodeBase64URLSafeString(sign));
        
System.out.println("验证结果:" + result);
    
}
}

 

参考

Core Java Volume2

Java加密与解密技术》

[Java 安全]消息摘要与数字签名

标签:

原文地址:http://www.cnblogs.com/jingmoxukong/p/5700906.html

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