一 消息摘要

• 消息摘要（Message Digest）又称为数字摘要(Digital Digest)
• 它是一个唯一对应一个消息或文本的固定长度的值，它由一个单向Hash签名函数对消息进行作用而产生
• 使用数字摘要生成的值是不可以篡改的，为了保证文件或者值的安全

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1.1 消息摘要的特点

• **无论输入的消息有多长，计算出来的消息摘要的长度总是固定的。**例如应用MD5算法摘要的消息有128个比特位，用SHA-1算法摘要的消息最终有160比特位的输出
• 只要输入的消息不同，对其进行摘要以后产生的摘要消息也必不相同；但相同的输入必会产生相同的输出。换句话说，消息摘要的输入和输入信息有一一对应的特性。
• 消息摘要是单向，不可逆的

1.2 消息摘要常见算法

• SHA512在线签名和解密网站
• 消息摘要生成工具
• 总结：
  • MD5算法 : 摘要结果16个字节, 转16进制后32个字节
  • SHA1算法 : 摘要结果20个字节, 转16进制后40个字节
  • SHA256算法 : 摘要结果32个字节, 转16进制后64个字节
  • SHA512算法 : 摘要结果64个字节, 转16进制后128个字节

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• MD5（Message-Digest Algorithm）
  • MD5信息摘要算法，一种被广泛使用的密码散列函数，可以产生出一个128位（16字节）的散列值（hash value），用于确保信息传输完整一致。
  • MD5由美国密码学家罗纳德·李维斯特（Ronald Linn Rivest）设计，于1992年公开，用以取代MD4算法。
  • 该算法存在弱点，可以被加以破解，对于需要高度安全性的数据，一般建议改用其他算法，如SHA-2。MD5算法无法防止碰撞（collision），因此不适用于安全性认证，如SSL公开密钥认证或是数字签名等用途。

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• SHA1（英语：Secure Hash Algorithm 1，中文名：安全散列算法1）
  • SHA-1是一种密码散列函数，美国国家安全局设计，并由美国国家标准技术研究所（NIST）发布为联邦数据处理标准（FIPS）。
  • SHA-1可以生成一个被称为消息摘要的160位（20字节）散列值，散列值通常的呈现形式为40个十六进制数。

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• SHA256(Secure Hash Algorithm 2，安全哈希算法2)
  • SHA-256作为SHA-2的一部分，目前已经是最流行的哈希算法之一。
  • 安全签名算法通过将输入文本拆分成独立的片段，并通过这些独立的片段生成最终的结果——签名算法哈希值。这些签名算法哈希值几乎是唯一的字符串，因而它们往往被用作数据块的摘要"digest"，指纹"figerprint"或签名"signature"。
  • SHA-256算法往往被用来生成256位的签名。

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• SHA512
  • sha512是一种哈希算法，对给定的数据执行哈希函数。
  • 由上图可知，它是一组称为SHA2的哈希算法的一部分。
  • sha512是哈希大家庭里中的一个，哈希都有不可逆的特性。可以把理解为无法解密的签名。更准确来说，在原则上，sha512是无法反向解密的，但是对于简单的，常见的密码，有人会将结果保存下来，当你输入签名后的哈希值时，如果可以查询到原密码，则解码成功。但是相对于复杂的密码来说，由于SHA系列算法的数据摘要长度较长，因此其运算速度与MD5相比，也相对较慢。 不管是 SHA384还是SHA512，都是不可逆的，原则上是无法解密的。
  • sha512具有不随机性，拿同一个密码生成的结果永远不会变。将C（密码）进行签名，得出D（结果）只要C不变，算法不变，次数不变，结果D是不变的。

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1.3 数字摘要的运用举例：

• 在tomcat的官网下载界面，在下载连接的后面就有数字摘要的身影。

• 当点击相应的数字摘要连接，会展示该文件生成的结果。该算法在修改文件名称时，并不会影响签名运算的结果。所以，我们可以在本地对文件进行相应的签名运算后，与官方网站的内容进行对比，来验证下载文件是否被篡改或损坏。
  

• 这里采用64位win版进行验证，java代码如下：

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.security.MessageDigest;

public class DigestDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    	//将下载的tomcat文件放到src目录下  
        String sha512 = getDigestFile("src/apache-tomcat-11.0.0-M5-windows-x64.zip", "SHA-512");
        System.out.println(sha512);
    }
    /**
     * 获取文件的数字摘要
     * @param filePath 表示文件的路径
     * @param algorithm 表示算法
     * @return
     */
    private static String getDigestFile(String filePath, String algorithm) throws Exception{
        // 通过io流的方式读取文件
        //注意：FileInputStream默认情况目录为项目的根目录
        FileInputStream fis = new FileInputStream(filePath);
        // 定义长度
        int len ;
        // 定义一个字节数组
        byte[] buffer = new byte[1024];
        // 边读边写
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        while (((len = fis.read(buffer) )!= -1)){
            baos.write(buffer,0,len);
        }
        // 创建消息摘要对象
        MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
        // 执行消息摘要算法
        byte[] digest1 = digest.digest(baos.toByteArray());

        return toHex(digest1);
    }

    private static String toHex(byte[] digest) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        // 对密文进行迭代
        for (byte b : digest) {
            // 把密文转换成16进制
            String s = Integer.toHexString(b & 0xff);
            // 判断如果密文的长度是1，需要在高位进行补0
            if (s.length() == 1){
                s = "0"+s;
            }
            sb.append(s);
        }
        // 使用base64进行转码
        return sb.toString();
    }
}

1.4 字符串数字摘要演示

1. 注意的点：
   1. 请使用org.apache.commons.codec.binary.Base64;类进行计算，需要导入的maven依赖为

   <dependency>
       <groupId>commons-codec</groupId>
       <artifactId>commons-codec</artifactId>
       <version>1.15</version>
   </dependency>
   

   2. 在线网站的结果不是使用64进行编码，而使用16进制进行展示
   3. 验证计算结果
   • 在线网站的计算结果
     
   • 本地计算结果
     

1.5 其他数字摘要算法演示

import java.security.MessageDigest;

public class DigestDemo04 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 原文
        String input = "天道酬勤";
        // 获取数字摘要对象
        String md5 = getDigest(input, "MD5");
        System.out.println(md5);

        String sha1 = getDigest(input, "SHA-1");
        System.out.println(sha1);

        String sha256 = getDigest(input, "SHA-256");
        System.out.println(sha256);

        String sha512 = getDigest(input, "SHA-512");
        System.out.println(sha512);


    }

    private static String getDigest(String input, String algorithm) throws Exception {
        MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
        // 消息数字摘要
        byte[] digest = messageDigest.digest(input.getBytes());
        System.out.println("密文的字节长度:" + digest.length);

        return toHex(digest);
    }

    private static String toHex(byte[] digest) throws Exception {

        // 创建对象用来拼接
        StringBuilder sb = new StringBuilder();

        for (byte b : digest) {
            // 转成 16进制
            String s = Integer.toHexString(b & 0xff);
            if (s.length() == 1){
                // 如果生成的字符只有一个，前面补0
                s = "0"+s;
            }
            sb.append(s);
        }
        System.out.println("16进制数据的长度：" + sb.toString().getBytes().length);
        return sb.toString();
    }

}

密文的字节长度:16
16进制数据的长度：32
d34ba38f8eb58109f5ba1ec4e0154517
密文的字节长度:20
16进制数据的长度：40
15313a15333413679c6b98e92b9b2770c3ca8b0b
密文的字节长度:32
16进制数据的长度：64
01afda71911617c438fe1e4e645affa70eebe693458731ce6eb8e9cec479288f
密文的字节长度:64
16进制数据的长度：128
396d16c3d8c03661d656f69c45da0d46f9aa02edd00a954da8960fe139f395d86f336d0a61d47932865e36cd56ed2d6e58e91f720d1523caa13bdedc124f35de

1.6 获取文件消息摘要

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.security.MessageDigest;

public class DigestDemo05 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        String input = "aa";
        String algorithm = "MD5";

        // sha1 可以实现秒传功能

        String sha5121 = getDigestFile("src/apache-tomcat-11.0.0-M5-windows-x64.zip", "SHA-512");
        System.out.println(sha5121);

        String sha5122 = getDigestFile("src/apache-tomcat-11.0.0.zip", "SHA-512");
        System.out.println(sha5122);

        String md5 = getDigest("aa", "MD5");
        System.out.println(md5);

        String md51 = getDigest("aa ", "MD5");
        System.out.println(md51);
    }

    private static String getDigestFile(String filePath, String algorithm) throws Exception{
        FileInputStream fis = new FileInputStream(filePath);
        int len;
        byte[] buffer = new byte[1024];
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        while ( (len =  fis.read(buffer))!=-1){
            baos.write(buffer,0,len);
        }
        // 获取消息摘要对象
        MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
        // 获取消息摘要
        byte[] digest = messageDigest.digest(baos.toByteArray());
        System.out.println("密文的字节长度："+digest.length);
        return toHex(digest);
    }

    private static String getDigest(String input, String algorithm) throws Exception{
        MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
        byte[] digest = messageDigest.digest(input.getBytes());
        System.out.println("密文的字节长度："+digest.length);
        return toHex(digest);
    }

    private static String toHex(byte[] digest) {
        // 消息摘要进行表示的时候，是用16进制进行表示
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (byte b : digest) {
            // 转成16进制
            String s = Integer.toHexString(b & 0xff);
            // 保持数据的完整性，前面不够的用0补齐
            if (s.length()==1){
                s="0"+s;
            }
            sb.append(s);
        }
        System.out.println("16进制数据的长度:"+ sb.toString().getBytes().length);
        return sb.toString();
    }
}

• 结论1：改变文件名称，摘要结果不会改变！
  
• 结论2：改变原文，摘要结果改变