第五章消息摘要算法--MAC

注意：本节内容主要参考自《Java加密与解密的艺术（第2版）》第6章“验证数据完整性--消息摘要算法”

5.1、mac（又称为Hmac）

原理：在md与sha系列算法的基础上加入了密钥，是三大常用的消息摘要算法中最安全的一个。

常用的mac算法：

HmacMD5
HmacSHA1
HmacSHA256

5.2、实现方式

JDK（缺少二进制字节数组转十六进制的工具，可借助CC或BC的工具类完成）
Commons Codec（CC，在1.10版本中加入的，其中，产生相应算法密钥的API没有找到，如果有人找到了，请和我讲一下，谢谢）
Bouncy Castle（BC，比较麻烦，具体参考“慕课网”）

5.2.1、基于JDK实现的Hmac系列算法

 1 package com.util.mac;
 2 
 3 import java.io.UnsupportedEncodingException;
 4 import java.security.InvalidKeyException;
 5 import java.security.NoSuchAlgorithmException;
 6 
 7 import javax.crypto.KeyGenerator;
 8 import javax.crypto.Mac;
 9 import javax.crypto.SecretKey;
10 import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
11 
12 import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;
13 
14 /**
15  * 基于JDK的HmacMD5算法
16  */
17 public class HmacMD5JDK {
18     private static final String ENCODING = "UTF-8";
19     private static final String ALGORITHM = "HmacMD5";//指定具体算法HmacMD5,HmacSHA1,HmacSHA256
20     
21     /**
22      * 产生密钥两种方式 1)是由jdk自己来产生的，2)我们可以自己指定一个字节数组
23      * 注意：密钥是以二进制字节数组存储的
24      */
25     public static byte[] getKey() throws NoSuchAlgorithmException{
26         SecretKey key = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM).generateKey();
27         return key.getEncoded();
28     }
29     
30     /**
31      * HmacMD5加密
32      * @param data     带加密数据
33      * @param keyByte  密钥
34      */
35     public static byte[] encode(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 
36                                                                     InvalidKeyException, 
37                                                                     IllegalStateException, 
38                                                                     UnsupportedEncodingException {
39         SecretKey key = new SecretKeySpec(keyByte, ALGORITHM);//还原密钥
40         Mac mac = Mac.getInstance(key.getAlgorithm());
41         mac.init(key);//为mac实例初始化密钥
42         return mac.doFinal(data.getBytes(ENCODING));
43     }
44     
45     /**
46      * HmacMD5加密，并转为16进制
47      */
48     public static String encodeHmacMD5Hex(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 
49                                                                               UnsupportedEncodingException, 
50                                                                               InvalidKeyException, 
51                                                                               IllegalStateException {
52         byte[] encodedByte = encode(data, keyByte);
53         return new String(Hex.encode(encodedByte));//借助BC
54         //return new String(org.apache.commons.codec.binary.Hex.encodeHexString(encodedByte));//借助CC
55     }
56     
57     /**
58      * 测试
59      * @throws IllegalStateException 
60      * @throws InvalidKeyException 
61      */
62     public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException, 
63                                                   NoSuchAlgorithmException, 
64                                                   InvalidKeyException, 
65                                                   IllegalStateException {
66         String data = "找一个好姑娘做老婆是我的梦 想!";
67         /*************测试encode()**************/
68         System.out.println("原文-->"+data);
69         byte[] keyByte = HmacMD5JDK.getKey(); 
70         byte[] encodedByte = HmacMD5JDK.encode(data, keyByte);
71         System.out.println("加密后-->"+encodedByte);
72         byte[] encodedByte2 = HmacMD5JDK.encode(data, keyByte);
73         System.out.println("加密后-->"+encodedByte2);
74         for(int i=0;i<encodedByte.length;i++){
75             System.out.println(encodedByte[i]==encodedByte2[i]);
76         }
77         /*************测试encodeHmacMD5Hex()**************/
78         System.out.println("原文-->"+data);
79         String encodedStr = HmacMD5JDK.encodeHmacMD5Hex(data, keyByte);
80         System.out.println("加密后-->"+encodedStr);
81         String encodedStr2 = HmacMD5JDK.encodeHmacMD5Hex(data, keyByte);
82         System.out.println("加密后-->"+encodedStr2);
83         System.out.println(encodedStr.equals(encodedStr2));
84     }
85 }

注意几点：

产生密钥两种方式：1）直接使用JDK的类（如上边代码所示）2）自己指定字节数组（参考5.2.1）
密钥是一个二进制数组，当然为了提高可读性，可以使用Base64加密后，在传递可对方
在实际使用中，我们可以将密钥产生后，发送者通过安全途径（线下传递等）传给接收方。
在上述的测试中，去测一下同一个消息在使用同一个密钥的情况下，多次mac后结果是否相同。
想切换算法，只需要修改ALGORITHM常数即可，当然如果在实际项目中需要用到多种算法，并且需要实现平滑切换，可以采用策略模式，这个以后会再讲。

5.2.1、基于CC实现的Hmac系列算法

 1 package com.util.mac;
 2 
 3 import java.io.UnsupportedEncodingException;
 4 import java.security.InvalidKeyException;
 5 import java.security.NoSuchAlgorithmException;
 6 
 7 import org.apache.commons.codec.DecoderException;
 8 import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
 9 import org.apache.commons.codec.digest.HmacUtils;
10 
11 /**
12  * 基于CC的HmacMD5算法
13  */
14 public class HmacMD5CC {
15     private static final String ENCODING = "UTF-8";
16     /**
17      * 产生密钥
18      */
19     public static byte[] getKey() throws NoSuchAlgorithmException, DecoderException{
20         return Hex.decodeHex(new char[]{'a','b','c','d'}); 
21     }
22     
23     /**
24      * HmacMD5加密
25      * @param data     带加密数据
26      * @param keyByte  密钥
27      */
28     public static byte[] encode(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 
29                                                                     InvalidKeyException, 
30                                                                     IllegalStateException, 
31                                                                     UnsupportedEncodingException {
32         return HmacUtils.hmacMd5(keyByte, data.getBytes(ENCODING));
33     }
34     
35     /**
36      * HmacMD5加密，并转为16进制
37      */
38     public static String encodeHmacMD5Hex(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 
39                                                                               UnsupportedEncodingException, 
40                                                                               InvalidKeyException, 
41                                                                               IllegalStateException {
42         return HmacUtils.hmacMd5Hex(keyByte, data.getBytes(ENCODING));
43     }
44     
45     /**
46      * 测试
47      * @throws IllegalStateException 
48      * @throws InvalidKeyException 
49      * @throws DecoderException 
50      */
51     public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException, 
52                                                   NoSuchAlgorithmException, 
53                                                   InvalidKeyException, 
54                                                   IllegalStateException, 
55                                                   DecoderException {
56         String data = "找一个好姑娘做老婆是我的梦 想!";
57         /*************测试encode()**************/
58         System.out.println("原文-->"+data);
59         byte[] keyByte = HmacMD5CC.getKey(); 
60         byte[] encodedByte = HmacMD5CC.encode(data, keyByte);
61         System.out.println("加密后-->"+encodedByte);
62         byte[] encodedByte2 = HmacMD5CC.encode(data, keyByte);
63         System.out.println("加密后-->"+encodedByte2);
64         for(int i=0;i<encodedByte.length;i++){
65             System.out.println(encodedByte[i]==encodedByte2[i]);
66         }
67         /*************测试encodeHmacMD5Hex()**************/
68         System.out.println("原文-->"+data);
69         String encodedStr = HmacMD5CC.encodeHmacMD5Hex(data, keyByte);
70         System.out.println("加密后-->"+encodedStr);
71         String encodedStr2 = HmacMD5CC.encodeHmacMD5Hex(data, keyByte);
72         System.out.println("加密后-->"+encodedStr2);
73         System.out.println(encodedStr.equals(encodedStr2));
74     }
75 }

注意：

CC很好的封装了jdk的底层，但是CC是在1.10版本中才添加了hmac系列算法
在使用中，若想切换其他算法，只需要调用不同的方法即可，具体的查看本文最下边的CC1.10的API文档链接地址
其中，生成密钥在这里是自己指定了一个字节数组，具体的有CC来产生相应算法的密钥的API并没有看到，如果需要，可以自己去封装，当然，如果在CC中有相应的API，请大家和我讲一下，谢谢！

CC API文档：

http://commons.apache.org/proper/commons-codec/apidocs/org/apache/commons/codec/digest/HmacUtils.html

第五章 消息摘要算法--MAC

第五章消息摘要算法--MAC