6.4.3　实现

在Java 6中，MAC系列算法需要通过Mac类提供支持。有MAC算法相关的API请读者朋友参照第3章内容。

Java 6中仅仅提供了HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384和HmacSHA512四种算法，而第三方加密组件包Bouncy Castle补充了HmacMD2、HmacMD4和HmacSHA224三种算法支持。有关Bouncy Castle的内容请见附录。

MAC系列算法支持如表6-3所示。

figure_0196_0046

1.Sun

Mac算法是带有密钥的消息摘要算法，所以实现起来要分两步：

1）构建密钥。

2）执行消息摘要。

对应上述步骤，以HmacMD5算法为例，构建密钥代码如下所示：

//初始化KeyGenerator

KeyGenerator keyGenerator=KeyGenerator.getInstance（"HmacMD5"）；

//产生密钥

SecretKey secretKey=keyGenerator.generateKey（）；

//获得密钥

byte[]key=secretKey.getEncoded（）；

上述代码中的字节数组key[]就是我们构造的密钥。

我们需要对其还原，得到密钥，参考如下代码：

//还原密钥

SecretKey secretKey=new SecretKeySpec（key，"HmacMD5"）；

获得密钥后，我们就可以按如下代码做消息摘要了，参考如下代码：

//实例化Mac

Mac mac=Mac.getInstance（secretKey.getAlgorithm（））；

//初始化Mac

mac.init（secretKey）；

//执行消息摘要

byte[]data=mac.doFinal（data）；

上述代码中的字节数组data[]就是我们获得的摘要结果了。

Sun在Java 6中提供了HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384和HmacSHA512四种算法支持，算法实现如代码清单6-13所示。

代码清单6-13　MAC算法实现1

import javax.crypto.KeyGenerator；

import javax.crypto.Mac；

import javax.crypto.SecretKey；

import javax.crypto.spec.SecretKeySpec；

/**

*MAC消息摘要组件

*@author梁栋

*@version 1.0

*@since 1.0

*/

public abstract class MACCoder{

/**

*初始化HmacMD5密钥

*@return byte[]密钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]initHmacMD5Key（）throws Exception{

//初始化KeyGenerator

KeyGenerator keyGenerator=KeyGenerator.getInstance（"HmacMD5"）；

//产生密钥

SecretKey secretKey=keyGenerator.generateKey（）；

//获得密钥

return secretKey.getEncoded（）；

}

/**

*HmacMD5消息摘要

*@param data待做摘要处理的数据

*@param key密钥

*@return byte[]消息摘要

*@throws Exception

*/

public static byte[]encodeHmacMD5（byte[]data, byte[]key）

throws Exception{

//还原密钥

SecretKey secretKey=new SecretKeySpec（key，"HmacMD5"）；

//实例化Mac

Mac mac=Mac.getInstance（secretKey.getAlgorithm（））；

//初始化Mac

mac.init（secretKey）；

//执行消息摘要

return mac.doFinal（data）；

}

/**

*初始化HmacSHA1密钥

*@return byte[]密钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]initHmacSHAKey（）throws Exception{

//初始化KeyGenerator

KeyGenerator keyGenerator=KeyGenerator.getInstance（"HmacSHA1"）；

//产生密钥

SecretKey secretKey=keyGenerator.generateKey（）；

//获得密钥

return secretKey.getEncoded（）；

}

/**

*HmacSHA1消息摘要

*@param data待做摘要处理的数据

*@param key密钥

*@return byte[]消息摘要

*@throws Exception

*/

public static byte[]encodeHmacSHA（byte[]data, byte[]key）

throws Exception{

//还原密钥

SecretKey secretKey=new SecretKeySpec（key，"HmacSHA1"）；

//实例化Mac

Mac mac=Mac.getInstance（secretKey.getAlgorithm（））；

//初始化Mac

mac.init（secretKey）；

//执行消息摘要

return mac.doFinal（data）；

}

/**

*初始化HmacSHA256密钥

*@return byte[]密钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]initHmacSHA256Key（）throws Exception{

//初始化KeyGenerator

KeyGenerator keyGenerator=KeyGenerator.getInstance（"HmacSHA256"）；

//产生密钥

SecretKey secretKey=keyGenerator.generateKey（）；

//获得密钥

return secretKey.getEncoded（）；

}

/**

*HmacSHA256消息摘要

*@param data待做摘要处理的数据

*@param key密钥

*@return byte[]消息摘要

*@throws Exception

*/

public static byte[]encodeHmacSHA256（byte[]data, byte[]key）

throws Exception{

//还原密钥

SecretKey secretKey=new SecretKeySpec（key，"HmacSHA256"）；

//实例化Mac

Mac mac=Mac.getInstance（secretKey.getAlgorithm（））；

//初始化Mac

mac.init（secretKey）；

//执行消息摘要

return mac.doFinal（data）；

}

/**

*初始化HmacSHA384密钥

*@return byte[]密钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]initHmacSHA384Key（）throws Exception{

//初始化KeyGenerator

KeyGenerator keyGenerator=KeyGenerator.getInstance（"HmacSHA384"）；

//产生密钥

SecretKey secretKey=keyGenerator.generateKey（）；

//获得密钥

return secretKey.getEncoded（）；

}

/**

*HmacSHA384消息摘要

*@param data待做摘要处理的数据

*@param key密钥

*@return byte[]消息摘要

*@throws Exception

*/

public static byte[]encodeHmacSHA384（byte[]data, byte[]key）throws Exception{

//还原密钥

SecretKey secretKey=new SecretKeySpec（key，"HmacSHA384"）；

//实例化Mac

Mac mac=Mac.getInstance（secretKey.getAlgorithm（））；

//初始化Mac

mac.init（secretKey）；

//执行消息摘要

return mac.doFinal（data）；

}

/**

*初始化HmacSHA512密钥

*@return byte[]密钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]initHmacSHA512Key（）throws Exception{

//初始化KeyGenerator

KeyGenerator keyGenerator=KeyGenerator.getInstance（"HmacSHA512"）；

//产生密钥

SecretKey secretKey=keyGenerator.generateKey（）；

//获得密钥

return secretKey.getEncoded（）；

}

/**

*HmacSHA512消息摘要

*@param data待做摘要处理的数据

*@param key密钥

*@return byte[]消息摘要

*@throws Exception

*/

public static byte[]encodeHmacSHA512（byte[]data, byte[]key）throws Exception{

//还原密钥

SecretKey secretKey=new SecretKeySpec（key，"HmacSHA512"）；

//实例化Mac

Mac mac=Mac.getInstance（secretKey.getAlgorithm（））；

//初始化Mac

mac.init（secretKey）；

//执行消息摘要

return mac.doFinal（data）；

}

}

对于上述代码的测试较为简单，如代码清单6-14所示。

代码清单6-14　MAC算法实现1测试用例

import static org.junit.Assert.*；

import org.junit.Test；

/**

*MAC校验

*@author梁栋

*@version 1.0

*@since 1.0

*/

public class MACCoderTest{

/**

*测试HmacMD5

*@throws Exception

*/

@Test

public final void testEncodeHmacMD5（）throws Exception{

String str="HmacMD5消息摘要"；

//初始化密钥

byte[]key=MACCoder.initHmacMD5Key（）；

//获得摘要信息

byte[]data1=MACCoder.encodeHmacMD5（str.getBytes（），key）；

byte[]data2=MACCoder.encodeHmacMD5（str.getBytes（），key）；

//校验

assertArrayEquals（data1，data2）；

}

/**

*测试HmacSHA1

*@throws Exception

*/

@Test

public final void testEncodeHmacSHA（）throws Exception{

String str="HmacSHA1消息摘要"；

//初始化密钥

byte[]key=MACCoder.initHmacSHAKey（）；

//获得摘要信息

byte[]data1=MACCoder.encodeHmacSHA（str.getBytes（），key）；

byte[]data2=MACCoder.encodeHmacSHA（str.getBytes（），key）；

//校验

assertArrayEquals（data1，data2）；

}

/**

*测试HmacSHA256

*@throws Exception

*/

@Test

public final void testEncodeHmacSHA256（）throws Exception{

String str="HmacSHA256消息摘要"；

//初始化密钥

byte[]key=MACCoder.initHmacSHA256Key（）；

//获得摘要信息

byte[]data1=MACCoder.encodeHmacSHA256（str.getBytes（），key）；

byte[]data2=MACCoder.encodeHmacSHA256（str.getBytes（），key）；

//校验

assertArrayEquals（data1，data2）；

}

/**

*测试HmacSHA384

*@throws Exception

*/

@Test

public final void testEncodeHmacSHA384（）throws Exception{

String str="HmacSHA384消息摘要"；

//初始化密钥

byte[]key=MACCoder.initHmacSHA384Key（）；

//获得摘要信息

byte[]data1=MACCoder.encodeHmacSHA384（str.getBytes（），key）；

byte[]data2=MACCoder.encodeHmacSHA384（str.getBytes（），key）；

//校验

assertArrayEquals（data1，data2）；

}

/**

*测试HmacSHA512

*@throws Exception

*/

@Test

public final void testEncodeHmacSHA512（）throws Exception{

String str="HmacSHA512消息摘要"；

//初始化密钥

byte[]key=MACCoder.initHmacSHA512Key（）；

//获得摘要信息

byte[]data1=MACCoder.encodeHmacSHA512（str.getBytes（），key）；

byte[]data2=MACCoder.encodeHmacSHA512（str.getBytes（），key）；

//校验

assertArrayEquals（data1，data2）；

}

}

上述代码实现唯一不足之处在于缺少了十六进制编码转换实现，可以使用Bouncy Castle或Commons Codec的十六进制编码转换实现来做补充。

2.Bouncy Castle

第三方加密组件包Bouncy Castle作为补充，提供了HmacMD2、HmacMD4和HmacSHA224三种算法支持，弥补了Sun在Java 6中未能提供相关算法实现的缺憾。

比较简单的使用方式是将其jar包导入项目中，在做初始化密钥和消息摘要前，执行如下代码：

import java.security.Security；

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider；

//省略

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

对于上述算法的实现，如代码清单6-15所示。

代码清单6-15　MAC算法实现2

import java.security.Security；

import javax.crypto.KeyGenerator；

import javax.crypto.Mac；

import javax.crypto.SecretKey；

import javax.crypto.spec.SecretKeySpec；

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider；

import org.bouncycastle.util.encoders.Hex；

/**

*MAC消息摘要组件

*@author梁栋

*@version 1.0

*@since 1.0

*/

public abstract class MACCoder{

/**

*初始化HmacMD2密钥

*@return byte[]密钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]initHmacMD2Key（）throws Exception{

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

//初始化KeyGenerator

KeyGenerator keyGenerator=KeyGenerator.getInstance（"HmacMD2"）；

//产生秘密密钥

SecretKey secretKey=keyGenerator.generateKey（）；

//获得密钥

return secretKey.getEncoded（）；

}

/**

*HmacMD2消息摘要

*@param data待做消息摘要处理的数据

*@param key密钥

*@return byte[]消息摘要

*@throws Exception

*/

public static byte[]encodeHmacMD2（byte[]data, byte[]key）throws Exception{

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

//还原密钥

SecretKey secretKey=new SecretKeySpec（key，"HmacMD2"）；

//实例化Mac

Mac mac=Mac.getInstance（secretKey.getAlgorithm（））；

//初始化Mac

mac.init（secretKey）；

//执行消息摘要

return mac.doFinal（data）；

}

/**

*HmacMD2Hex消息摘要

*@param data待做消息摘要处理的数据

*@param String密钥

*@return byte[]消息摘要

*@throws Exception

*/

public static String encodeHmacMD2Hex（byte[]data, byte[]key）throws Exception{

//执行消息摘要

byte[]b=encodeHmacMD2（data, key）；

//做十六进制转换

return new String（Hex.encode（b））；

}

/**

*初始化HmacMD4密钥

*@return byte[]密钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]initHmacMD4Key（）throws Exception{

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

//初始化KeyGenerator

KeyGenerator keyGenerator=KeyGenerator.getInstance（"HmacMD4"）；

//产生秘密密钥

SecretKey secretKey=keyGenerator.generateKey（）；

//获得密钥

return secretKey.getEncoded（）；

}

/**

*HmacMD4消息摘要

*@param data待做消息摘要处理的数据

*@param key密钥

*@return byte[]消息摘要

*@throws Exception

*/

public static byte[]encodeHmacMD4（byte[]data, byte[]key）throws Exception{

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

//还原密钥

SecretKey secretKey=new SecretKeySpec（key，"HmacMD4"）；

//实例化Mac

Mac mac=Mac.getInstance（secretKey.getAlgorithm（））；

//初始化Mac

mac.init（secretKey）；

//执行消息摘要

return mac.doFinal（data）；

}

/**

*HmacMD4Hex消息摘要

*@param data待做消息摘要处理的数据

*@param key密钥

*@return String消息摘要

*@throws Exception

*/

public static String encodeHmacMD4Hex（byte[]data, byte[]key）throws Exception{

//执行消息摘要

byte[]b=encodeHmacMD4（data, key）；

//做十六进制转换

return new String（Hex.encode（b））；

}

/**

*初始化HmacSHA224密钥

*@return byte[]密钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]initHmacSHA224Key（）throws Exception{

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

//初始化KeyGenerator

KeyGenerator keyGenerator=KeyGenerator.getInstance（"HmacSHA224"）；

//产生秘密密钥

SecretKey secretKey=keyGenerator.generateKey（）；

//获得密钥

return secretKey.getEncoded（）；

}

/**

*HmacSHA224消息摘要

*@param data待做消息摘要处理的数据

*@param key密钥

*@return byte[]消息摘要

*@throws Exception

*/

public static byte[]encodeHmacSHA224（byte[]data, byte[]key）throws Exception{

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

//还原密钥

SecretKey secretKey=new SecretKeySpec（key，"HmacSHA224"）；

//实例化Mac

Mac mac=Mac.getInstance（secretKey.getAlgorithm（））；

//初始化Mac

mac.init（secretKey）；

//执行消息摘要

return mac.doFinal（data）；

}

/**

*HmacSHA224Hex消息摘要

*@param data待做消息摘要处理的数据

*@param key密钥

*@return String消息摘要

*@throws Exception

*/

public static String encodeHmacSHA224Hex（byte[]data, byte[]key）throws Exception{

//执行消息摘要

byte[]b=encodeHmacSHA224（data, key）；

//做十六进制转换

return new String（Hex.encode（b））；

}

}

对于上述实现做相关测试，如代码清单6-16所示。

代码清单6-16　MAC算法实现2测试用例

import static org.junit.Assert.*；

import org.junit.Test；

/**

*MAC校验

*@author梁栋

*@version 1.0

*@since 1.0

*/

public class MACCoderTest{

/**

*测试HmacMD2

*@throws Exception

*/

@Test

public final void testEncodeHmacMD2（）throws Exception{

String str="HmacMD2消息摘要"；

//初始化密钥

byte[]key=MACCoder.initHmacMD2Key（）；

//获得摘要信息

byte[]data1=MACCoder.encodeHmacMD2（str.getBytes（），key）；

byte[]data2=MACCoder.encodeHmacMD2（str.getBytes（），key）；

//校验

assertArrayEquals（data1，data2）；

}

/**

*测试HmacMD4

*@throws Exception

*/

@Test

public final void testEncodeHmacMD4（）throws Exception{

String str="HmacMD4消息摘要"；

//初始化密钥

byte[]key=MACCoder.initHmacMD4Key（）；

//获得摘要信息

byte[]data1=MACCoder.encodeHmacMD4（str.getBytes（），key）；

byte[]data2=MACCoder.encodeHmacMD4（str.getBytes（），key）；

//校验

assertArrayEquals（data1，data2）；

}

/**

*测试HmacSHA224

*@throws Exception

*/

@Test

public final void testEncodeHmacSHA224（）throws Exception{

String str="HmacSHA224消息摘要"；

//初始化密钥

byte[]key=MACCoder.initHmacSHA224Key（）；

//获得摘要信息

byte[]data1=MACCoder.encodeHmacSHA224（str.getBytes（），key）；

byte[]data2=MACCoder.encodeHmacSHA224（str.getBytes（），key）；

//校验

assertArrayEquals（data1，data2）；

}

}

观察控制台输出的信息，如下所示：

原文：HmacMD2Hex消息摘要

HmacMD2Hex-1：bf5fa06c2c4855825a23ee08206c892f

HmacMD2Hex-2：bf5fa06c2c4855825a23ee08206c892f

原文：HmacMD4Hex消息摘要

HmacMD4Hex-1：c6ac3ec24690011bdfad9ce2e7aed1e7

HmacMD4Hex-2：c6ac3ec24690011bdfad9ce2e7aed1e7

原文：HmacSHA224Hex消息摘要

HmacSHA224Hex-1：54786b4722f72a2599ebb1bba3732bca9f0353392e51729bfca91c78

HmacSHA224Hex-2：54786b4722f72a2599ebb1bba3732bca9f0353392e51729bfca91c78

我们可以清楚地看到，经HmacMD2Hex和HmacMD4Hex处理后得到的字符串是一个32位的十六进制字符串，换算成二进制正好是128位，也就是MD系列算法做消息摘要处理后得到的摘要值长度。同理，HmacSHA224Hex处理得到的消息摘要值与SHA-224算法做消息摘要处理后得到的摘要值长度相同。

3.两种实现方式的差异

两种实现方式以Sun提供的实现为基础，在算法支持上提供了更好的扩展。

❑Sun

提供了基本的算法支持，如HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256、HmacSHA384和Hmac512五种算法支持。

❑Bouncy Castle

Bouncy Castle在Sun的基础上添加了对HmacMD2、HmacMD4和HmacSHA224三种算法的支持，同时支持十六进制编码。

综上所述，根据需求恰当使用上述实现是很有必要的。如果需要HmacMD2、HmacMD4或HmacSHA224算法支持，可以使用Bouncy Castle做相关实现。如果还需要对摘要结果做十六进制编码，则使用Bouncy Castle更为恰当。