Java 암호화 및 보안 사례 분석

一、编码算法

常见的编码有ASCII码、Unicode编码。

字母A的编码是十六进制的0x41,字母B是0x42，以此类推；ASCII只能用于英文编码，最多只能有127个字符。要想对更多的文字进行编码，就需要用占用两个字节的Unicode.而中文的“中”字使用Unicode编码就是0x4e2d，使用UTF-8则需要3个字节编码。

所以，最简单的编码是直接给每个字符指定一个若干字节表示的整数，复杂一点的编码就需要根据已有的编码推算出来。比如UTF-8编码，它是一种不定长编码，但可以从给定字符的Unicode编码推算出来。

1、URL编码

1.1概念

URL编码是浏览器发送给服务器时使用的编码，它通常附加在URL的参数部分，eg

https://www.baidu.com/s?wd=%E6%9D%A8%E9%A2%96

之所以需要URL编码，是因为处于兼容性考虑，很多服务器只识别ASCII字符。但如果URL中包含中文，日文这些非ASCII字符怎么办？URL编码有一套规则：

·如果字符是A~z，a~z, 0~9以及-,_,.,*,则保持不变;

·如果是其他字符，先转换为UTF-8编码，然后对每个字节以%xx表示。

例如:字符"中"的UTF-8编码是0xe4b8ad，因此，它的URL编码是%E4%B8%AD。URL编码总是大写。

1.2代码示例（编码和解码）

对URL中的中文进行编码

package com.yy.demo01;
 
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.net.URLDecoder;
import java.net.URLEncoder;
 
public class Test01 {
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        String url  = "http://www.baidu.com/s?wd=";
        String value = "杨颖";
        
        //对URL中的中文进行编码
        String result = URLEncoder.encode(value, "utf-8");
        System.out.println("URL参数：" + result);
        System.out.println("完整网址：" + (url+result));
        
        
    }
 
}

对URL中的中文进行解码

package com.yy.demo01;
 
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.net.URLDecoder;
import java.net.URLEncoder;
 
public class Test01 {
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        
        //对URL中的中文进行解码
        String param = "https://www.baidu.com/s?wd=
                     %E6%88%91%E6%9C%AC%E5%B0%86%E5%BF%83%E5%90%91%E6%98%8E%E6%9C%88\r\n";
        String conent = URLDecoder.decode(param, "utf-8");
        System.out.println(conent);
    }
 
}

注意：URL编码是编码算法，不是加密算法。

URL编码目的：把任意文本数据编码为%前缀表示的文本，编码后的文本仅包含A-Z,a-z,0-9,-,_,.,*和%，便于浏览器和服务器处理。

2、Base64编码

2.1基本概念

URL 编码是对字符进行编码，表示成%xx的形式，而Base64编码是对二进制数据进行编码，表示成文本格式。

Base64编码可以把任意长度的二进制数据变为纯文本，并且纯文本内容中且只包含指定字符内容:A~2 .a~z、0~9、+、7、日。它的原理是把3字节的二进制数据按6bit一组，用4个int整数表示，然后查表，把int整数用索引对应到字符，得到的字符串。

6位整数的范围总是e ~63，所以，能用64个字符表示:字符A~z 对应索引e~ 25，字符a~z对应索引26~5

2.2在java中，二进制数据就是byte[ ] 数组、Java标准库提供Base64来对byte[ ]数组进行编码

编码代码示例：使用Base64.getEncoder().encodeToString("xxxx".getBytes())方法进行编码（它返回值为一个字节数组，所以编码内容要转换为字节！）。

package com.yy.demo01;
 
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;
 
public class Test02 {
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        String content = "红尘客栈风似刀，骤雨落宿命敲";
        String result = Base64.getEncoder().encodeToString(content.getBytes());
        System.out.println(result);
        
    }
 
}

解码内容

使用Base64.getDecoder().decode(str)方法进行解码

package com.yy.demo01;
 
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;
 
public class Test02 {
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        
        String str = "57qi5bCY5a6i5qCI6aOO5Ly85YiA77yM6aqk6Zuo6JC95a6/5ZG95pWy";
        byte[] byteArray = Base64.getDecoder().decode(str);
        String line = new String(byteArray,"utf-8");
        System.out.printf("解码后：" +line);
        
    }
 
}

2.3、用Base64进行图片的编码和解码

先使用Files.readAllBytes(Paths.get("图片的本地路径"))读取图片的字节数组，然后使用Base64.getEncoder().encodeToString(读取到的图片的字节数组)来进行编码，转化成字符串类型。使用Base64.getDecoder().decode(图片的字符串)解码，Files.write()写入指定路径。

package com.yy.demo01;
 
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.Base64;
 
public class Test03 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //读取图片（字节数组）
        byte[] imageByteArray = Files.readAllBytes(Paths.get("C:\\Users\\LENOVO\\Pictures\\Saved Pictures\\QQ图片20220505163951.jpg"));
        
        //将字节数组进行Base64编码，转换成“字符串形式”
        String imageDataStr = Base64.getEncoder().encodeToString(imageByteArray);
        System.out.println(imageDataStr);
        
        //Base64解码
        byte[] imageResultByteArray = Base64.getDecoder().decode(imageDataStr);
        Files.write(Paths.get("D:\\1\\3\\难哄.jpg"), imageResultByteArray);
    }
 
}

2.4、从文本文件中读取Mp3文件

package com.yy.demo01;
 
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.Base64;
import java.util.List;
 
public class Test05 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //从文本文件中读取Mp3文件
        List<String> lines = Files.readAllLines(Paths.get("C:\\Users\\LENOVO\\Documents\\Tencent Files\\2452845234\\FileRecv\\mojito.txt"));
        
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        
        for(String ln : lines) {
            sb.append(ln);
        }
        
        //Base解码
        byte[] mp3ArrayBase = Base64.getDecoder().decode(sb.toString());
        Files.write(Paths.get("D:\\1\\3\\mojito.mp3"), mp3ArrayBase);
    }
 
}

二、常见的哈希算法总结

哈希算法（Hash）又称摘要算法（Digest），它的作业是：对任意一组输入数据进行计算，得到一个固定长度的输出摘要。哈希算法的目的是；为了验证原始数据是否被篡改。

哈希算法最重要的特点就是：

.相同的输入一定得到相同的输出

.不同的输入大概率得到不同的输出

Java字符串的hashCode()就是一个哈希算法输入是任意字符串，输出的是固定的4字节int整数；

"hello".hashCode(); // 0x5e918d2
"hello, java".hashCode(); // 0x7a9d88e8
"hello, bob".hashCode(); // 0xa0dbae2f

哈希碰撞

两个不同的输入得到了相同的输出：

"AaAaAa".hashCode(); // 0x7460e8c0
"BBAaBB".hashCode(); // 0x7460e8c0
 
"通话".hashCode(); // 0x11ff03
"重地".hashCode(); // 0x11ff03

常用哈希算法：MD

"MD5"算法加密普通字符串

package com.yy.demo02;
 
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
 
public class Test02 {
    public static void main(String[] args) {
        String passWord = "hckzfsd1";
        //7d18b6dc254c73427481f3083a3669
        //7d18b6dc254c734274810f30083a3669
        try {
            MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("MD5");
            digest.update(passWord.getBytes());
            
            byte[] resultByteArray = digest.digest();
            StringBuilder result = new StringBuilder();
            
            for(byte bite:resultByteArray) {
                result.append(String.format("%02x", bite));
            }
            
            System.out.println(result);
            System.out.println(result.length());
            
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
}

MD5算法加密图片

package com.yy.demo02;
 
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Arrays;
 
public class Test03 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            byte[] imageByteArray = Files.readAllBytes(Paths.get("D:\\1\\3\\周杰伦.jpg"));
            
            MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("MD5");
            digest.update(imageByteArray);
            
            byte[] resultByteArray = digest.digest();
            System.out.println(Arrays.toString(resultByteArray));
            System.out.println(resultByteArray.length);
            
            StringBuilder digestResult = new StringBuilder();
            for(byte b : resultByteArray) {
                digestResult.append(String.format("%02x", b));
            }
            System.out.println(digestResult);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
}

"SHA-1"算法加密普通字符串

package com.yy.demo02;
 
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Arrays;
import java.util.UUID;
 
public class Test04 {
    public static void main(String[] args) {
        String passWord = "wbjxxmy";
        String salt = UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5);
        System.out.println(salt);
        
        try {
            MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
            digest.update(passWord.getBytes());
            digest.update(salt.getBytes());
            
            byte[] resultByteArray = digest.digest();
            System.out.println(Arrays.toString(resultByteArray));
            System.out.println(resultByteArray.length);
            
            StringBuilder result = new StringBuilder();
            for(byte b : resultByteArray) {
                result.append(String.format("%02x", b));
            }
            System.out.println(result);
            
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
 
}

"HmacMD5"加密普通字符串

package com.yy.demo02;
 
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Arrays;
 
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
 
public class Test06 {
    public static void main(String[] args) {
        String passWord = "zylsmq";
        try {
            //1.生成秘钥
            //秘钥生成器KeyGenerator
            KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
            
            //生成秘钥
            SecretKey key = keyGen.generateKey();
            
            //获取秘钥key的字节数组（64）
            byte[] keyByteArray = key.getEncoded();
            System.out.println("秘钥字节数组：" + Arrays.toString(keyByteArray));
            System.out.println("秘钥长度：" + keyByteArray.length);
            
            StringBuilder keyByteResult = new StringBuilder();
            for(byte b : keyByteArray) {
                keyByteResult.append(String.format("%02x", b));
            }
            System.out.println(keyByteResult);
            
            
            //2.加密
            Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
            
            mac.init(key);
            
            //更新原始内容
            mac.update(passWord.getBytes());
            
            //加密
            byte[] resultByteArray = mac.doFinal();
            System.out.println("加密结果：" + resultByteArray.length + "字节");
            
            StringBuilder resultStr = new StringBuilder();
            for(byte b : resultByteArray) {
                resultStr.append(String.format("%02x", b));
            }
            System.out.println("加密结果：" + resultStr);
            System.out.println("加密结果长度" + resultStr.length());
            
            
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvalidKeyException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
}

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