Java实现SHA-256加密算法的完全解析

时间:2023-03-20 全村最野的狗人气:0

SHA-256是一种散列（哈希）算法，用于将任意长度的数据映射为固定长度的散列值，以保证数据完整性。SHA-256是SHA（Secure Hash Algorithm）系列中的一种，其输出结果为256位（32字节）散列值。

SHA-256算法常用于密码存储、数字签名等场景，因为它提供了高强度的安全性和不可逆性。

实现原理

SHA-256是一种散列算法，它的实现原理是对任意长度的数据进行多次变换和压缩，从而生成固定长度的散列值。具体来说，SHA-256算法执行如下步骤：

对输入数据进行分组：将任意长度的输入数据分为512位（64字节）的多个块，如果不足512位，则使用填充字符填充到512位。
初始化哈希值：使用一组固定的哈希值，作为算法的初始状态。
处理数据块：对每个数据块执行哈希运算，并用结果更新当前的哈希值。
生成散列值：最终的哈希值就是散列值，它代表了原始输入数据的散列值。

SHA-256算法的实现包括多次的哈希运算、循环、逻辑操作等，其中包含了复杂的数学算法和数据结构，但是整体原理是将任意长度的数据映射为固定长度的散列值，以保证数据完整性。

应用

比特币中使用了SHA-256作为散列交易数据的哈希算法。它通过对交易数据进行散列，生成一个固定长度的数字签名，以确保交易的完整性和真实性。SHA-256算法的安全性得到广泛认可，在密码学中广泛使用，但其处理效率相对较低。

Java实现代码

代码流程:

创建MessageDigest实例，并使用"MD5"算法。
将需要加密的字符串转换为字节数组，并将其传递给update方法。
调用digest方法，该方法返回加密结果字节数组。
遍历结果字节数组，将每个字节转换为16进制字符串，并拼接在一起。

import java.security.MessageDigest;

public class Sha256Example {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String originalString = "Hello, World!";

        MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
        messageDigest.update(originalString.getBytes());
        byte[] result = messageDigest.digest();

        StringBuilder hexString = new StringBuilder();
        for (byte b : result) {
            hexString.append(String.format("%02X", b));
        }

        System.out.println("Original String: " + originalString);
        System.out.println("SHA-256 Hash: " + hexString.toString().toLowerCase());
    }
}

知识点补充

除了SHA-256加密算法，小编还为大家整理了MD5加密算法的原理与实现，感兴趣的可以了解一下

MD5加密是一种散列函数(不是加密函数)，可以将任意长度的数据映射为固定长度的128位散列值。

MD5加密的主要用途包括：

数字签名：可以用来验证文件的完整性和真实性。
密码存储：用于将用户的密码存储在数据库中，为了保证密码的安全性，通常将密码进行加密。
数据校验：用于检查数据是否发生改变，例如下载的文件或网络数据传输。

数字签名和数据校验本质上是一样的。

MD5加密的缺点：

不可逆性：MD5加密是不可逆的，即无法将散列值还原为原始数据。
碰撞攻击：存在碰撞攻击，即两个不同的数据可能生成相同的散列值。
散列算法不安全：随着计算机硬件的提高，MD5算法已经不再安全，存在破解的风险。

结论就是:尽管MD5加密仍然被广泛使用，但安全性有限，不建议用于安全关键的场合。但是绝大多数情况下是适用的。

MD5加密的实现原理

只描述流程,具体实现过于复杂。

使用散列函数，对原始数据进行运算，生成一个固定长度的散列值。

初始化四个长度为32位的寄存器。
对原始数据进行分组，每组数据为512位。
对每组数据进行一系列运算，得到一个中间散列值。
将中间散列值更新到寄存器中。
对数据继续进行分组，直到处理完所有数据。
对最终寄存器中的数值进行合并，得到一个128位的散列值。

Java 实现代码

在Java中实现MD5加密可以使用java.security.MessageDigest类。

大概流程:

创建MessageDigest实例，并使用"MD5"算法。
将需要加密的字符串转换为字节数组，并将其传递给update方法。
调用digest方法，该方法返回加密结果字节数组。
遍历结果字节数组，将每个字节转换为16进制字符串，并拼接在一起。

import java.security.MessageDigest;

public class Md5Example {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String originalString = "Hello, World!";

        // 创建MessageDigest实例，并使用"MD5"算法。
        MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance("MD5");
        // 将需要加密的字符串转换为字节数组，并将其传递给update方法。
        messageDigest.update(originalString.getBytes());
        // 调用digest方法，该方法返回加密结果字节数组。
        byte[] result = messageDigest.digest();

        // 遍历结果字节数组，将每个字节转换为16进制字符串，并拼接在一起。
        StringBuilder hexString = new StringBuilder();
        for (byte b : result) {
            hexString.append(String.format("%02X", b));
        }

        System.out.println("Original String: " + originalString);
        System.out.println("MD5 Hash: " + hexString.toString().toLowerCase());

        // Original String: Hello, World!
        // MD5 Hash: 65a8e27d8879283831b664bd8b7f0ad4
    }
}

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