數(shù)據(jù)摘要算法（信息摘要）是密碼學算法中非常重要的一個分支，它通過對所有數(shù)據(jù)提取指紋信息以實現(xiàn)數(shù)據(jù)簽名、數(shù)據(jù)完整性校驗等功能，由于算法具有其不可逆性，有時候也會被用做敏感信息加密。
消息摘要算法的主要特征是加密過程不需要密鑰，并且經(jīng)過加密的數(shù)據(jù)無法被解密，可以被解密逆向的只有CRC32算法，只有輸入相同的明文數(shù)據(jù)經(jīng)過相同的消息摘要算法才能得到相同的密文。
消息摘要算法也叫散列函數(shù)、哈希函數(shù)，嚴格的說并不算是一種加密算法。消息摘要算法的主要作用不是完成數(shù)據(jù)的加密與解密工作的，它是用來驗證數(shù)據(jù)完整性的重要技術(shù)。通過摘要函數(shù)，可以為數(shù)據(jù)創(chuàng)建“數(shù)字指紋”（散列值）。
需要指出的是MAC（Message Authentication Code）算法是支持密鑰的一種摘要算法。
2 特點
重慶分公司
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碰撞)在計算機領域，我們希望能知道別人傳遞的消息是否完整、是否有被篡改，這里就用到信息摘要算法。
例如我們要在數(shù)據(jù)庫中保存用戶密碼，首先肯定不能保存明文，既然要使用密文保存，那使用對稱加密還是非對稱加密呢？結(jié)合實際場景和安全性考慮，兩種都不合適！因為這兩種都要考慮密鑰的管理，如果密鑰泄漏那密碼則有被破解的風險。在這種場景下，我們可以使用單向散列函數(shù)來解決這個問題，這樣即使算法和密文都泄漏，也無法逆向計算出明文。
當然散列函數(shù)還有更多用途，比如文件一致性校驗、數(shù)字簽名等。
4 常用的非對稱加密算法信息摘要算法來源于CRC算法，最初CRC算法是用來驗證數(shù)據(jù)完整性的，即我們常見的奇偶校驗碼、循環(huán)冗余校驗，在CRC基礎上發(fā)展出了MD和SHA兩大算法家族，CRC比這些算法都要早，MD算法比SHA算法早，SHA算法是對MD算法的改進。再后來則發(fā)展出了可以帶有密碼的信息摘要算法-MAC算法。
信息摘要算法包括三大類，MD、SHA和MAC算法，MD的分類是按照版本規(guī)定的，SHA一般是按照產(chǎn)生的消息長度分類的，但是SHA系列算法在學術(shù)上會按照算法版本區(qū)分SHA-0、SHA-1、SHA-2、SHA-3，
MAC算法是Hmac加融合的其他算來命名的。
MD5算法是典型的消息摘要算法，它由MD4、MD3、MD2算法改進而來。無論是哪種MD算法，它們都需要獲得一個隨機長度的信息并產(chǎn)生一個128位的二進制信息摘要，轉(zhuǎn)換成16進制就是32位的字符串。我們見到的大部分MD5算法的數(shù)字指紋都是32位十六進制的字符串。
隨著計算機發(fā)展水平的提高，MD5算法已不再適合安全要求較高的場合。
4.2 SHA(Secure Hash Algorithm)安全散列SHA算法基于MD4算法基礎之上，其與MD算法不同之處在于摘要長度，SHA算法的摘要長度更長，安全性更高。
SHA-0算法,1983年第一個版本，因降低密碼安全性撤回
SHA-1算法,1995年發(fā)布，通常我們也把SHA-1算法簡稱為SHA算法。其在安全協(xié)定中使用廣泛。包括TLS/SSL,SSH等。SHA-0和SHA-1算法可對大長度為264的字節(jié)信息做摘要處理，得到160位的摘要信息，40為16進制的字符串
SHA-2算法，是SHA-224,SHA-256,SHA-384,SHA-512四種算法的總稱。
MAC算法結(jié)合了MD5和SHA算法的優(yōu)勢，并加入了密鑰的支持，是一種更為安全的消息摘要算法。我們也通常把MAC算法稱為HMAC算法（keyed-Hash Message Authentication Code）。
MD系列算法與SHA系列算法分別是兩種不同形式的信息摘要算法，都是沒有密鑰的散列函數(shù)算法。MAC兼容了MD與SHA這兩種的特性，并且在這個基礎上添加了密鑰。通常又把MAC稱為HMAC，即含有密鑰的散列函數(shù)算法。
MAC算法則為MD與SHA系列算法的基礎上添加了密鑰，構(gòu)成了新的算法：HmacMD2、HmacMD4、HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA224、HmacSHA356、HmacSHA384、HmacSHA512。
5 JDK支持的信息摘要算法JDK8原生算法列表，可參第一篇博文: https://blog.csdn.net/yunyun1886358/article/details/128592503#311_JDK_Provider_63
6 Bouncy Castle 支持的信息摘要算法Bouncy Castle算法列表，可參第一篇博文:
https://editor.csdn.net/md/?articleId=128592503#323_Bouncy_Castle_Provider_568
碰撞和不可逆是破解摘要算法的基礎。
碰撞就是先基于消息1用信息摘要算法算出一個摘要值，再根據(jù)這個值，逆算出另外一個不同的消息2，但是它們的摘要值是一樣的。
如果我們能找到一個消息2，生成的摘要與原始消息1是一樣的，那么無論消息1和2是否一樣，我們都可以將消息2發(fā)送給校驗方，并通過校驗。因為校驗方只持有摘要值，并且根據(jù)摘要值無法還原消息1，校驗方也不知道消息1是什么，他只校驗消息2通過算法生成的摘值和他持有的是一致，校驗就通過了。
2004年，我國中科院院士王小云證實md5算法無法防止碰撞，因此，不適用于安全性認證。她的研究成果表明了給定消息 M1，能夠計算獲取 M2，使得 M2 產(chǎn)生的散列值與 M1 產(chǎn)生的散列值相同。
7.2 MD5的破解都說MD5已經(jīng)被證明是一種不安全的算法，那么如何對MD5進行碰撞呢 ？
7.2.1 窮舉法窮舉法就是不停地嘗試各種字符的排列組合，看哪一個組合的MD5碼能對上。缺點是太耗費時間。舉個例子，假設我們要破解一個6位大小寫字母和數(shù)字混合的密碼，那么一共有 (26 + 26 + 10) ^ 6 種組合。這個數(shù)的大小超過500億。
7.2.2 字典法字典法就是把計算結(jié)果以映射表的形式存放起來，一個原文對應著一個MD5值。將已知的MD5碼查表，就可直接反查出原文。字典法體現(xiàn)了算法設計的“以空間換時間”的思想。缺點是比較耗費空間，而且實際上還是要窮舉一遍所有的輸入，只不過把窮舉的結(jié)果存了起來。
一個用字典法實現(xiàn)md5解密的網(wǎng)站：https://md5.cn/
如果說窮舉法太耗費時間，字典法太耗費存儲空間的話，我們能不能考慮在時間消耗和空間消耗之間折中呢？我們可以考慮用鏈表將一系列有意義的原文和 MD5 碼串起來。
大概方法就是將一部分MD5摘要值和原文按照相近性分別保存到不同的哈希鏈表中，然后根據(jù)要破解的MD5摘要值計算出原始消息可能存在那條鏈表中，然后這條鏈表的頭開始計算，然后得到碰撞值。
一個已經(jīng)計算好的彩虹表： http://project-rainbowcrack.com/table.htm
7.2.4 差分攻擊上面介紹的窮舉法、字典法和彩虹表法都是暴力破解，適用于任何的消息摘要算法。真正意義上 MD5 算法的破解，是 2004 年山東大學王小云教授提出的 MD5 碰撞方法。她所用到的方法正是差分攻擊。
這種方法概括起來說是這樣的：給定一個 1024 位的原文 M1，加上一個特定的常數(shù)得到的新的明文 M2。M1 和 M2 的 MD5 碼是一樣的。
7.3 降低MD5的破解概率有一種方法可以降低MD5碰撞的概率，那就是在計算摘要的時候加鹽，也就是
MD5(原文 + 鹽)鹽可以是任意字母、數(shù)字、或是字母或數(shù)字的組合，但必須是隨機產(chǎn)生的，最好每次摘要加的鹽都不一樣。
例如網(wǎng)站用戶注冊，保存用戶密碼時，為每個用戶生成一個隨機的鹽，然后將 MD5( 明文密碼 + 鹽)摘要值存入用戶表，并且在用戶表中添加一個字段，用來保存鹽。
由于加了鹽，即便數(shù)據(jù)庫泄露了，但是由于密碼都是加了鹽之后的散列，數(shù)據(jù)字典已經(jīng)無法直接匹配，明文密碼被碰撞成功的概率也大大降低。
是不是加了鹽之后就絕對安全了呢？當然沒有。攻擊者還是可以他們數(shù)據(jù)字典中的密碼，加上我們泄露數(shù)據(jù)庫中的 Salt，然后散列，然后再匹配。這要就需要重新生成數(shù)據(jù)字典，但是由于我們的鹽是隨機產(chǎn)生的，假如我們的用戶數(shù)據(jù)表中有 100w 條數(shù)據(jù)，那么就有100w個鹽。如數(shù)據(jù)字典中有 1000w 條數(shù)據(jù)，那么如果要生成新的數(shù)據(jù)字典，那么數(shù)字典的明文加上鹽之后再散列的數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)量就應該是 1,000,000* 10,000,000 = 10,000,000,000,000，共10兆條數(shù)據(jù)，成本非常之高。
8 算法調(diào)用示例下面的代碼將JDK提供的幾種信息摘要算法用枚枚舉類進行了封裝。
package com.qupeng.crypto.algorithm.oop;
import org.junit.Assert;
import org.junit.Rule;
import org.junit.Test;
import org.junit.rules.ExpectedException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;
public class DigestAlgorithmTest {@Rule
public final ExpectedException exception = ExpectedException.none();
@Test
public void digest() throws NoSuchAlgorithmException {Assert.assertEquals("Ow7l+x4vPrlj/ZrwYVPHjw==", DigestAlgorithm.MD2.digest("12345678901234567890"));
Assert.assertEquals("/YXmLZvrRUKHcexohBiycQ==", DigestAlgorithm.MD5.digest("12345678901234567890"));
Assert.assertEquals("fgoSQr2O+QRPJ9ykX19yrVoRJb8=", DigestAlgorithm.SHA_1.digest("12345678901234567890"));
Assert.assertEquals("LGQud880sKr3FSrFxbJtG9c/24h0vLDZHHyRPw==", DigestAlgorithm.SHA_224.digest("12345678901234567890"));
Assert.assertEquals("t72NaA22sXKHBeXh1BlYyTryjk2KKJ4A3DckaRxbXTw+RBznZieVycTGAgbzNWkp", DigestAlgorithm.SHA_384.digest("12345678901234567890"));
Assert.assertEquals("btZF7w4avqG/Hk6TX/BPnhjTmBI4f2PNo0FbRiQPBAU=", DigestAlgorithm.SHA_256.digest("12345678901234567890"));
Assert.assertEquals("qjt73ZjsRK8fOVu9X38npc2VadeU0DJ0cyO/SxUh++dyWHWmi0QKvfBVneUBW6+HO7nAHK5j7OqTrVR6c5dBbg==", DigestAlgorithm.SHA_512.digest("12345678901234567890"));
}
@Test(expected=NoSuchAlgorithmException.class)
public void digestBySha512224() throws NoSuchAlgorithmException {DigestAlgorithm.SHA_512_224.digest("12345678901234567890");
}
@Test
public void digestBySha512256() throws NoSuchAlgorithmException {exception.expect(NoSuchAlgorithmException.class);
exception.expectMessage("SHA-512/256 MessageDigest not available");
DigestAlgorithm.SHA_512_256.digest("12345678901234567890");
}
@Test
public void digestMAC() throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException {String digestStr = DigestAlgorithm.HMAC_MD5.digestMAC("12345678901234567890", 128);
Assert.assertEquals(DigestAlgorithm.HMAC_MD5.getDigestMessageLength(), Base64.getDecoder().decode(digestStr).length * 8);
digestStr = DigestAlgorithm.HMAC_SHA1.digestMAC("12345678901234567890", 128);
Assert.assertEquals(DigestAlgorithm.HMAC_SHA1.getDigestMessageLength(), Base64.getDecoder().decode(digestStr).length * 8);
digestStr = DigestAlgorithm.HMAC_SHA224.digestMAC("12345678901234567890", 128);
Assert.assertEquals(DigestAlgorithm.HMAC_SHA224.getDigestMessageLength(), Base64.getDecoder().decode(digestStr).length * 8);
digestStr = DigestAlgorithm.HMAC_SHA256.digestMAC("12345678901234567890", 128);
Assert.assertEquals(DigestAlgorithm.HMAC_SHA256.getDigestMessageLength(), Base64.getDecoder().decode(digestStr).length * 8);
digestStr = DigestAlgorithm.HMAC_SHA384.digestMAC("12345678901234567890", 128);
Assert.assertEquals(DigestAlgorithm.HMAC_SHA384.getDigestMessageLength(), Base64.getDecoder().decode(digestStr).length * 8);
digestStr = DigestAlgorithm.HMAC_SHA512.digestMAC("12345678901234567890", 128);
Assert.assertEquals(DigestAlgorithm.HMAC_SHA512.getDigestMessageLength(), Base64.getDecoder().decode(digestStr).length * 8);
}
}package com.qupeng.crypto.algorithm.oop;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;
public enum DigestAlgorithm {MD2("MD2", 128),
MD5("MD5", 128),
SHA_1("SHA-1", 160),
SHA_224("SHA-224", 224),
SHA_256("SHA-256", 256),
SHA_384("SHA-384", 384),
SHA_512("SHA-512", 512),
SHA_512_224("SHA-512/224", 512),
SHA_512_256("SHA-512/256", 512),
HMAC_MD5("HmacMD5", 128),
HMAC_SHA1("HmacSHA1", 160),
HMAC_SHA224("HmacSHA224", 224),
HMAC_SHA256("HmacSHA256", 256),
HMAC_SHA384("HmacSHA384", 384),
HMAC_SHA512("HmacSHA512", 512);
private String algorithm = "";
private int digestMessageLength = -1;
DigestAlgorithm(String algorithm, int digestMessagLength) {this.algorithm = algorithm;
this.digestMessageLength = digestMessagLength;
}
public String digest(String plainText) throws NoSuchAlgorithmException {MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(this.algorithm);
byte [] bytes = messageDigest.digest(plainText.getBytes());
String digestStr = Base64.getEncoder().encodeToString(bytes);
System.out.println(String.format("%s(%d) plain text: %s ->digest text: %s", this.algorithm, this.digestMessageLength, plainText, digestStr));
return digestStr;
}
public String digestMAC(String plainText, int keyLength) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(this.algorithm);
keyGenerator.init(keyLength);
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
Mac mac = Mac.getInstance(this.algorithm);
mac.init(secretKey);
byte[] hmacMD5Bytes = mac.doFinal(plainText.getBytes());
String digestStr = Base64.getEncoder().encodeToString(hmacMD5Bytes);
System.out.println(String.format("%s(%d) plain text: %s ->digest text: %s", this.algorithm, this.digestMessageLength, plainText, digestStr));
return digestStr;
}
public int getDigestMessageLength() {return digestMessageLength;
}
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