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浅析java消息摘要与数字签名

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"的"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)共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。

md5和sha1分别是md、sha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

md5、sha的范例

jdk中使用md5和sha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

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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

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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));

  }

}

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。

常用算法

rsa、dsa、ecdsa

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

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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》

原文链接:https://www.cnblogs.com/jingmoxukong/p/5700906.html

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