一、背景简介

1.1 含义

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。这个加密算法就是摘要算法，也有叫hash算法/不可逆算法。（都是从不同角度（结果、实质、特点）的命名，可能有区别，这里没有深究）

1.2 消息摘要特点

也可以说是摘要算法的特点

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(无法倒推)：消息摘要算法的密文无法被解密，可以利用唯一性去穷举，但概率微乎其微，密码越复杂所需解密时间越长，没有破解不了的加密，只是时间成本太高。
3. 不需要密钥（对比对称/非对称加密）：可使用于分布式网络。
4. 长度固定：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。

1.3 常用的摘要算法

消息摘要算法包括三个系列：

1. MD(Message Digest，消息摘要算法)；MD5、MD4、MD2
2. SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法)；SHA1
3. MAC(Message AuthenticationCode，消息认证码算法)；

JDK中使用MD5和SHA这两种消息摘要的方式基本一致：

• 初始化MessageDigest对象
• 更新要计算的内容
• 生成摘要

二、具体实现

1. MD系列

1.1 简介

主要包括：MD5 、 MD4 、 MD2；目前被广泛应用于数据完整性校验、数据（消息）摘要、数据密码加密等；MD2、MD4、MD5 都产生16字节（128位）的校验值，一般用32位十六进制数表示，实际实用中会编码成字符；MD2的算法较慢但相对安全，MD4速度很快，但安全性下降，MD5比MD4更安全、速度更快；目前主流是MD5，MD6已推出但还在测试阶段。

1.2 应用举例

电驴（点对点的下载工具）使用的是经过改良的MD4的算法，这种改良后的MD4算法主要是用于通过P2P下载的文件截成块，分块之后进行摘要，通过摘要来验证所文件的最终的完整性，如果不完整是解压不开的。

1.3 代码实现

MD5在JDK中已经实现，也有common codes、bouncy castle实现的，其中common codes只是对JDK中MD5的实现进行了简化，JDK提供的MD5，MD2的实现偏底层一些，缺少了相应的进制的转换。比如，将byte[]数组转换为十六进制。
common-codes maven坐标
bouncy castle maven坐标
代码参考：消息摘要算法

package com.timliu.security.message_digest;import java.security.MessageDigest;
import java.security.Security;import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import org.apache.commons.codec.digest.DigestUtils;
import org.bouncycastle.crypto.digests.MD5Digest;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;public class MD5Test {public static final String src = "hello world";public static void main(String[] args) {jdkMD5();jdkMD2();bcMD4();bcMD5();bc2jdkMD4();ccMD5();ccMD2();}// 用jdk实现:MD5public static void jdkMD5() {try {MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");// 得到MD5加密的对象byte[] md5Bytes = md.digest(src.getBytes());System.out.println("JDK MD5:" + Hex.encodeHexString(md5Bytes));// Hex.encodeHexString()将byte[]数组转换成十六进制} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}// 用jdk实现:MD2public static void jdkMD2() {try {MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD2");byte[] md2Bytes = md.digest(src.getBytes());System.out.println("JDK MD2:" + Hex.encodeHexString(md2Bytes));} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}// 用bouncy castle实现:MD5public static void bcMD5() {MD5Digest digest = new MD5Digest();digest.update(src.getBytes(), 0, src.getBytes().length);byte[] md5Bytes = new byte[digest.getDigestSize()];digest.doFinal(md5Bytes, 0);System.out.println("bouncy castle MD5:"+ org.bouncycastle.util.encoders.Hex.toHexString(md5Bytes));}// 用bouncy castle实现:MD4public static void bcMD4() {MD4Digest digest = new MD4Digest();digest.update(src.getBytes(), 0, src.getBytes().length);byte[] md4Bytes = new byte[digest.getDigestSize()];digest.doFinal(md4Bytes, 0);System.out.println("bouncy castle MD4:"+ org.bouncycastle.util.encoders.Hex.toHexString(md4Bytes));}// 用bouncy castle与jdk结合实现:MD4public static void bc2jdkMD4() {try {Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD4");byte[] md4Bytes = md.digest(src.getBytes());System.out.println("bc and JDK MD4:"+ Hex.encodeHexString(md4Bytes));} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}// 用common codes实现实现:MD5public static void ccMD5() {System.out.println("common codes MD5:"+ DigestUtils.md5Hex(src.getBytes()));}// 用common codes实现实现:MD2public static void ccMD2() {System.out.println("common codes MD2:"+ DigestUtils.md2Hex(src.getBytes()));}}

2 SHA系列

2.1 简介

SHA（Secure Hash Algorithm）是由美国专门制定密码算法的标准机构——美国国家标准技术研究院（NIST）制定的，SHA系列算法的摘要长度分别为：SHA为20字节（160位）、SHA256为32字节（256位）、 SHA384为48字节（384位）、SHA512为64字节（512位），由于它产生的数据摘要的长度更长，因此更难以发生碰撞，它是未来数据摘要算法的发展方向。由于SHA系列算法的数据摘要长度较长，因此其运算速度与MD5相比，也相对较慢。
目前SHA1的应用较为广泛，主要应用于CA和数字证书中，另外在目前互联网中流行的BT软件中，也是使用SHA1来进行文件校验的。

2.2 代码实现

    /*** JDK原生实现 * @Comment SHA1实现*/public static String shaEncode(String inStr) throws Exception {MessageDigest sha = null;try {sha = MessageDigest.getInstance("SHA");} catch (Exception e) {System.out.println(e.toString());e.printStackTrace();return "";}byte[] byteArray = inStr.getBytes("UTF-8");byte[] md5Bytes = sha.digest(byteArray);StringBuffer hexValue = new StringBuffer();for (int i = 0; i < md5Bytes.length; i++) {int val = ((int) md5Bytes[i]) & 0xff;if (val < 16) {hexValue.append("0");}hexValue.append(Integer.toHexString(val));}return hexValue.toString();}/*** commons codec实现* @Comment SHA1加密密码* org.apache.commons.codec.digest.DigestUtils*/public static String encodePassword(String psw) {if(StringUtils.isEmpty(psw)){return null;}else{return DigestUtils.sha1Hex(psw);}} 

非对称加密算法：RSA，DSA/DSS
对称加密算法：AES，RC4，3DES
HASH算法(不可逆)：MD5，SHA1，SHA256，HMAC

3 MAC 系列

HMAC(keyed-Hash Message Authentication Code)：含有密钥的散列函数算法，包含了MD和SHA两个系列的消息摘要算法，HMAC只是在原有的MD和SHA算法的基础上添加了密钥。
融合MD系列：HmacMD2、HmacMD4、HmacMD5
融合SHA系列：HmacSHA1、HmacSHA224、HmacSHA256、HmacSHA38、HmacSHA512
实现方有：JDK、bouncy castle

package com.timliu.security.message_digest;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import org.bouncycastle.crypto.digests.MD5Digest;
import org.bouncycastle.crypto.macs.HMac;
import org.bouncycastle.crypto.params.KeyParameter;public class HMACTest {public static final String src = "hello world";public static void main(String[] args) {jdkHmacMD5();bcHmacMD5();}// 用jdk实现:public static void jdkHmacMD5() {try {// 初始化KeyGeneratorKeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");// 产生密钥SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();// 获取密钥// byte[] key = secretKey.getEncoded();byte[] key = Hex.decodeHex(new char[] { '1', '2', '3', '4', '5','6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e' });// 还原密钥，HmacMD5是算法的名字SecretKey restoreSecretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD5");// 实例化MACMac mac = Mac.getInstance(restoreSecretKey.getAlgorithm());// 初始化MACmac.init(restoreSecretKey);// 执行消息摘要byte[] hmacMD5Bytes = mac.doFinal(src.getBytes());System.out.println("jdk hmacMD5:"+ Hex.encodeHexString(hmacMD5Bytes));} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}// 用bouncy castle实现:public static void bcHmacMD5() {HMac hmac = new HMac(new MD5Digest());// 必须是16进制的字符，长度必须是2的倍数hmac.init(new KeyParameter(org.bouncycastle.util.encoders.Hex.decode("123456789abcde")));hmac.update(src.getBytes(), 0, src.getBytes().length);// 执行摘要byte[] hmacMD5Bytes = new byte[hmac.getMacSize()];hmac.doFinal(hmacMD5Bytes, 0);System.out.println("bc hmacMD5:"+ org.bouncycastle.util.encoders.Hex.toHexString(hmacMD5Bytes));}}