消息摘要(数字摘要)的理解 – 查看很多资料后的感悟

Java 密码技术 - 02- 消息摘要(数字摘要)

在开发过程中经常会遇到 MD5、SHA1、SHA256 等词语,这些是加密算法吗?严格意义上讲,这些并不是加密算法,而是消息摘要算法。咱就用人听得懂的话来聊聊“消息摘要”。

1 消息摘要简介

在现实生活中,我们每个人都有指纹,指纹在一定意义是警方破案的有力证据之一。每个人的指纹与生俱来,李四无法盗用张三的指纹,张三也没法篡改自己的指纹。

消息摘要也是如此。消息 —— 无论是任何类型的消息,在计算机中本质上就是数据,一堆二进制 bit 组成的数据,这些数据按照某种规则计算以后的结果是固定的。如果数据发生改变,则计算出来的结果就会变化,这个计算出来的结果就是消息摘要

张三给李四发送一条消息,并且携带这条消息的消息摘要。李四收到消息时,按照相同的计算规则计算得到计算结果,将这个计算结果与张三发送消息时携带的消息摘要进行对比。如果在消息传输过程中,消息被劫持者篡改了内容,那么计算结果与携带的消息摘要的值便不相等,从而可以判断出消息被篡改了。

所以消息摘要,是一种验证数据完整性的算法,是对付信息面临被篡改威胁的策略之一。

1.1 消息摘要的概念

消息摘要:Message Digest,又称为数字摘要(Digital Digest),要高大上还可以将其叫为:单向散列函数(one-way hash function)、哈希函数、杂凑函数等。消息摘要是一个唯一对应一个消息的固定长度的值,由一个单向哈希加密函数对消息进行计算而得到。通俗点说,无论是什么消息、无论什么时间、什么地点,只要采用同样的计算规则(算法),得到的结果都是一样的;并且无论消息长还是短,同一个算法计算得到的长度都是固定的。

1.2 消息摘要的特点

从上面的描述可以看出消息摘要的特点:

1)只要消息不同,对其摘要后产生的结果也不同;
2)相同的消息一定会得到相同的结果;
3)无论消息的长短,计算出来的消息摘要长度是固定的;例如:
MD5 摘要后的长度为 128 个bit;
SHA-1 摘要后的长度为 160 个bit;
4)消息摘要算法是单向的,不可逆。

1.3 常见的消息摘要算法

常见的消息摘要算法有: MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-512,其他还有 MD4、SHA-2、SHA-224、SHA-384 等。

2 Java 实现

2.1 MessageDigest 类

Java 中提供了 java.security.MessageDigest 类来实现数字摘要:

  1. 首先通过 getInstance 获取实例,入参为摘要算法,即 MD5、SHA-1 之类的;
  2. 调用实例的 digest 方法获取摘要(结果为byte[]);
  3. 由于摘要后的结果为 byte[],不方便阅读,可封装一个十六进制的工具类:
public class HexUtils {

    /**
     * 十六进制字符串转 byte[]
     */
    public static byte[] toBytes(String hex) {
        if (hex == null || hex.length() 

十六进制中一个字符对应 4 个bit,故转换后的十六进制字符串长度:

  • MD5:128 bit,十六进制为 32 个字符;
  • SHA-1:160 bit,十六进制为 40 个字符;
  • SHA-256:256 bit,十六进制为 64 个字符;
  • SHA-512:512 bit,十六进制为 128个字符;

2.2 Java Demo

package com.yygnb.demo.crypto;

import com.yygnb.demo.utils.HexUtils;
import org.junit.Test;

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.MessageDigest;

public class MessageDigestTest {

    private String md(String input, String algorithm) throws Exception {
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance(algorithm);
        byte[] digest = md.digest(input.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        return HexUtils.toHex(digest);
    }

    @Test
    public void testMessageDigest() throws Exception {
        String input = "Hello,张三";
        System.out.println(md(input, "MD5"));
        System.out.println(md(input, "SHA-1"));
        System.out.println(md(input, "SHA-256"));
        System.out.println(md(input, "SHA-512"));
    }
}

执行后的结果如下:

5e7a42e5da82f1c0a6557e6c29d651dc
c49a06ded3b4ae492741428779eb1ed04889500d
a5a9d6d78806e179d917a1c557839fcdb68e11527a619179efd49e53c8acd6fb
2eb3400b3999bfa6db1310cfafc8cbe3ab6d4e48d1e428c4db2627f5605a71973a546f5bb711b0189583d2fcf6f9d5cef83896657f4651a13975498e591db950

大家在自己电脑上运行的结果应该也是一样的。

3 JS 实现

JavaScript 有很多开源库支持消息摘要,如 md5.js、sha.js、jsencrypt 等,考虑到后面的文章要写对称加密、非对称加密,这里采用 crypto-js。crypto-js 提供了各种摘要算法、加解密算法的实现。

3.1 安装依赖

安装依赖:

yarn add crypto-js

由于我使用的是 TypeScript 语言,所以还需要安装 crypto-js 的 TS 类型:

yarn add @types/crypto-js -D

3.2 引入函数

从 crypto-js 中引入需要使用到的函数,如 md5、sha1、hex 等,其中 hex 提供了 stringify 方法,将摘要结果转为十六进制字符串。

import md5 from 'crypto-js/md5'
import sha1 from 'crypto-js/sha1'
import sha256 from 'crypto-js/sha256'
import sha512 from 'crypto-js/sha512'
import hex from 'crypto-js/enc-hex'

3.3 调用函数

const input = 'Hello,张三'

const s1 = hex.stringify(md5(input))
const s2 = hex.stringify(sha1(input))
const s3 = hex.stringify(sha256(input))
const s4 = hex.stringify(sha512(input))

console.log(s1)
console.log(s2)
console.log(s3)
console.log(s4)

由于被摘要的消息与上面 Java 的一样,所以这里 JS 摘要后的结果与上面 Java 的结果完全一致:

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THE END
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