消息摘要算法

消息摘要算法详解

消息摘要算法是密码学中的重要组成部分，主要用于验证数据的完整性，确保数据在传输或存储过程中未被篡改。这类算法通过对原始数据进行处理，生成一个固定长度的 “摘要”（也称为哈希值或散列值），该摘要具有唯一性和不可逆性，成为数据的 “数字指纹”。

消息摘要算法的核心特性

单向性：从原始数据生成摘要很容易，但无法从摘要反推原始数据。
唯一性：不同的原始数据几乎不可能生成相同的摘要（哈希碰撞概率极低）。
固定长度：无论原始数据大小如何，生成的摘要长度固定。
敏感性：原始数据的微小变化会导致摘要发生巨大改变。

三大系列消息摘要算法

MD 算法（Message Digest）

MD 算法是早期的消息摘要算法系列，由 Ronald L. Rivest 设计，主要代表为MD5。

MD5 的特点

生成128 位的信息摘要（二进制），转换为十六进制后为 32 位字符串。
运算速度快，但安全性已被攻破（存在实际的碰撞案例）。
目前更多用于非安全性要求极高的场景，如文件校验、数据一致性验证等。

MD5 的 Java 实现示例

String inputText = "123456";
MessageDigest m = MessageDigest.getInstance("md5");
// 摘要处理
byte[] s = m.digest(inputText.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
// 转换为十六进制字符串
return new String(Hex.encodeHex(s,false));

注意：由于 MD5 的安全性问题，在涉及密码存储、数字签名等安全敏感场景中，已不推荐使用 MD5。

SHA 算法（Secure Hash Algorithm）

SHA 算法由美国国家安全局（NSA）设计，是在 MD4 基础上演进而来的更安全的系列算法，目前广泛应用于各类安全领域。

主要分类及特点

SHA-1：生成 160 位摘要，安全性较 MD5 有所提升，但也已被破解，逐渐被淘汰。
SHA-2 系列：包含 SHA-224（224 位）、SHA-256（256 位）、SHA-384（384 位）、SHA-512（512 位），其中 SHA-256 是目前应用最广泛的版本。
SHA-3 系列：是全新设计的算法，与 SHA-2 无直接关联，提供更高的安全性和灵活性。

SHA-1 的 Java 实现示例

String inputText = "123456";
MessageDigest m = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
// 摘要处理
byte[] s = m.digest(inputText.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
// 转换为十六进制字符串
return new String(Hex.encodeHex(s,false));

推荐使用：在实际应用中，优先选择 SHA-256 及以上强度的 SHA 算法，以满足现代安全需求。

MAC 算法（Message Authentication Code）

MAC 算法是一种结合了密钥的消息摘要算法，也称为 “带密钥的哈希函数”，它整合了 MD 和 SHA 的优势，并加入了密钥验证机制，提供了更高的安全性。

主要类型及特点

常见算法包括 HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384、HmacSHA512 等（前缀 “Hmac” 表示 Hash-based Message Authentication Code）。
不仅能验证数据完整性，还能验证数据的发送者身份（通过密钥验证）。
安全性依赖于所使用的哈希算法和密钥的安全性。

HmacMD5 的 Java 实现示例

String data = "123456";

KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
// 产生密钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
// 获得密钥字节数组
byte[] key = secretKey.getEncoded();
// 实例化Mac对象
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
// 用密钥初始化Mac
mac.init(secretKey);
// 计算摘要
byte[] bytes = mac.doFinal(data.getBytes());
// 转换为十六进制字符串
System.out.println(new String(Hex.encodeHex(bytes, false)));

应用场景：MAC 算法常用于 API 接口认证、数据传输中的身份验证等场景，因为它能同时保证数据完整性和发送者合法性。

消息摘要算法的典型应用场景

文件校验：下载文件后，通过比对文件的摘要与官方提供的摘要，验证文件是否完整或被篡改。
密码存储：不直接存储明文密码，而是存储密码的摘要，验证时只需比对输入密码的摘要与存储的摘要。
数据传输完整性验证：在数据传输时附加摘要，接收方通过重新计算摘要来判断数据是否被篡改。
数字签名：结合非对称加密算法，对摘要进行加密，实现抗抵赖性（如 SHA+RSA 组合）。