作者：邵发
官网：http://afanihao.cn/java
本文是Java学习指南系列教程的官方配套文档。内容介绍Java里的常用算法的使用，包含转换Hex / Base64等数据转换算法，CRC32 / MD5 / HMAC-SHA1数据签名和校验算法，DES / AES等对称加密算法。
由于篇幅的限制，本文只对各种算法的使用给出代码示例。如果对原理有不明白的地方，可以参考Java学习指南系列的《项目应用篇》，里面对每一个算法的应用背景和原理有较为详细的解释。本文附带项目源码及相关JAR包。
在Java里，一般性的数据用byte[]表示，即字节数组。由于byte[]本身不可显示，所以为了显示和传递的方便，有时候需要把它转化为十六进制显示。
例如，
byte[] code ={ -5, 0, 10, 99, 20 };
String hex =Hex.encodeHexString(code, false);
code表示5个字节的数据，将其转成十六进制表字符串为：FB000A6314 。在十六进制表示下，每两个字符表示1字节的数据，即FB 00 0A 64 14共五个字节。
反转来，也可以
byte[] code2 =Hex.decodeHex(hex);
解码后得到长度为5字节的数组code2，和原始数据内容是一样的。
Hex是一种数据转换算法，它没有改变数据的值，仅仅是换了一个表示方式。就好比机器猫和多莱梦，说的是同一个事物。
Base64，即64进制的转换。在64进制下，一共有64个基础字符。即，
'A', 'B', 'C', …, 'Y', 'Z',
'a', 'b', 'c', …, 'y', 'z',
'0', '1', '2', …, '8', '9',
'+', '-'
以下示例，把4字节的数据转成Base64的表示，例如。
byte[]code = { 12, 4 , 9, -2};
Stringstr = Base64.encodeBase64String(code);
转换的结果为： DAQJ/g== ，虽然结果看起来有点奇怪，但这只是一个表示方式，数据的内容没有发生变化。
反过来，也可以把Base64表示的字符串，再解码为字节数据。例如。
byte[]code2 = Base64.decodeBase64(str);
解码之后，得到的字节数组和原始内容是一致的。
业界用于校验的算法有多种，比如：
Parity : 奇偶校验
ECC : 错误校验与纠正
Checksum : 和校验
CRC32 : 循环冗余校验
MD5 : 消息摘要
SHA1 : 安全哈希
其中，MD5和SHA1是Java项目里使用比较多的校验算法。
所谓校验算法，用于在传输过程中的完整性的校验。比如，A给B发送一个大文件，B在接收到之后惴惴不安，因为他不能确定这么大一个文件在传输过程中没有错误发生（比如某个字节传错了）。B怎么才能够确认这个文件的完整性呢？需采用校验算法。
MD5的基本使用公式： Code = MD5 ( Data)
其中 Data为输入的一段数据，经过MD5运算之后，得到16字节的结果，称为MD5码。
特点：
1 无论Data有多长，输出的MD5码总是16字节
2 如果Data不同，则输出的MD5码也不相同。（极大概率不同）
//待处理的数据,任意长度
byte[]data = { 12, 8, 9, -1, 87, 0, -47, 99, 14, 54 };
//创建算法实例 ,MD5 或 SHA1
MessageDigestmd = MessageDigest.getInstance("MD5");
md.update(data);
byte[]code = md.digest();
//转成HEX显示 (参考上一章)
Stringresult = Hex.encodeHexString(code, false);
需要注意的是，MD5算法的输出结果是一个长为16字节的byte[]，通常需要转成十六进制的字符串显示。所以我们通常看到的MD5值是由32字符表示的。
在Java项目中，通常需要对字符串求MD5码。示例如下。
// 待处理的字符串
Stringtext = "阿发你好/afanihao.cn";
//转成字节数据
byte[]data = text.getBytes("UTF-8");
//求消息摘要
MessageDigestmd = MessageDigest.getInstance("MD5");
md.update(data);
byte[]code = md.digest();
//转成HEX显示
Stringresult = Hex.encodeHexString(code, false);
System.out.println("校验码: " + result);
使用MD5算法，也可以对一个很大的文件求MD5码。示例代码略。
SHA1也是一种校验算法，比MD5更强，输出20字节的校验码。它的使用方法和MD5一样，只需要把算法的名字改成SHA1就行了。
byte[]data = { 12, 8, 9, -1, 87, 0, -47, 99, 14, 54 };
MessageDigestmd = MessageDigest.getInstance("SHA1");
md.update(data);
byte[]code = md.digest();
Stringresult = Hex.encodeHexString(code, false);
CRC32也是一种校验算法，生成4字节的校验码。它在Java领域使用得不多，稍微了解一下即可。
//待处理的数据,任意长度
byte[]data = { 12, 8, 9, -1, 87, 0, -47, 99, 14, 54 };
//创建算法实例
CRC32crc = new CRC32();
crc.update(data );
longvalue = crc.getValue();
//转成HEX显示 (参考上一章)
Stringresult = Long.toHexString(value);
System.out.println("校验码: " + result);
所谓签名，也是一种校验算法，只是这个校验码是无法伪造的。签名算法用于保证数据的真实现性。
例如，
Code = HMAC-SHA1( Data, Key )
其中，Data为输入的数据，Key为指定的密钥。在经过HMAC-SHA1运算后，得到一个20字节的校验码。
这个校验码是无法伪造的，只有持有Key的人，才能生成相同的校验码。在传递的过程，传输双方都知晓这个密钥，才能得到相同的校验码。
// 数据
byte[]data = { 12, 8, 9, -1, 87, 0, -47, 99, 14, 54 };
//密钥
Stringkey = "test2019";
//HMAC-SHA1 算法
KeykeySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes(), "HMACSHA1");
Macmac = Mac.getInstance("HMACSHA1");
mac.init(keySpec);
//更新数据
mac.update(data);
//取得最终结果
byte[]code = mac.doFinal();
Stringresult = Hex.encodeHexString(code, false);
System.out.println("签名: " + result);
在Java项目里，常见对String的签名操作，为此封装出一个工具类HmacSha1Util。示例用法如下：
String text = "afanihao.cn | 阿发你好 | Java学习指南";
String key = "your_key_2019";
String result = HmacSha1Util(text , key);
下面介绍两种常见的加密算法：DES和AES。其中，DES出现的较早，而AES是它的升级替代品。
什么叫加密？加密意味着秘密，只有持有秘钥者可以解读。
(1) 加密后的数据可以解密，还原为原始数据
(2) 只有持有秘钥者可以解密
加密算法的一般公式为：
Cipher= Encrypt( Plain, Key )
其中，Plain为原文，Key为密钥。经加密算法运算后，得到密钥。
反过来，还可以解密，公式为：
Plain= Decrypt ( Cipher, Key)
这个加密和加密的过程是对称的（互逆的），来回使用的是同一处密钥，所以称为对称加密算法。
public staticbyte[] encrypt(byte[] plain, byte[] key) throws Exception
{
//使用 PKCS5补齐方式
Cipher c = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "DES");
c.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
// 加密
byte [] output = c.doFinal(plain);
return output;
}
其中，plain为原文，key是密角，返回值为密文。
在Java项目中，密钥通常为String，需要自己转成byte[]。对于DES来说，要求密钥长度为8个字节。
public staticbyte[] decrypt(byte[] cipher, byte[] key) throws Exception
{
//使用 PKCS5补齐方式
Cipher c = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "DES");
c.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
byte [] output = c.doFinal(cipher);
return output;
}
同样地，在实际项目中处理的往往是String，而结果也往往要转成HEX形式表示。所以要自己添加额外的处理，自己要稍微封装一下再使用。
AES是用于取代DES的更高级更强的加密算法，但用法基本是类同的。AES加密密钥长度为16字节，每16字节一组进行加密。
public staticbyte[] encrypt(byte[] plain, byte[] key) throws Exception
{
//AES
Cipherc = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
SecretKeySpeckeySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
c.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,keySpec);
//加密
byte[]output = c.doFinal(plain);
returnoutput;
}
public staticbyte[] decrypt(byte[] cipher, byte[] key) throws Exception
{
//AES
Cipherc = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
SecretKeySpeckeySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
c.init(Cipher.DECRYPT_MODE,keySpec);
byte[]output = c.doFinal(cipher);
returnoutput;
}
其中，在准备密钥的时候，需保证密钥长度不少于16字节。
由于在Java项目中要处理的信息一般是String，所以对上述AES算法做一个简单的封装，得到AESUtil工具类。
示例用法如下：
Stringkey = "your_key_2910";
Stringplain = "阿发你好 |afanihao.cn | Java学习指南系列教程 ";
Stringcipher = AESUtil.encrypt(plain, key); // 加密
Stringplain2 = AESUtil.decrypt(cipher, key); // 解密
这样在项目中调用就非常的简单了，只需要自己指定一下密钥，就可以进行加密解密了。
以上介绍了几种常见算法的使用，如果有对应用背景、原理和项目使用不太清楚的地方，可以参考Java学习指南系列教程的《项目应用篇》。 本篇演示所用的项目源码和JAR包在此处可以获取。
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