1. 概述
让我们考虑一个场景，其中双方想要通信，他们需要一种方法来验证他们收到的消息没有被篡改。基于哈希的消息认证码(HMAC)是一个很好的解决方案。
在本教程中，我们将介绍如何在Java中使用HMAC算法。
2. 哈希消息认证码(HMAC)
HMAC是一种密码学方法，可以保证双方之间消息的完整性。
HMAC算法由一个密钥和一个哈希函数组成。密钥是唯一的信息或一串字符，消息的发送者和接收者都知道它。
哈希函数是一种将一个序列转换为另一个序列的映射算法。
下图显示了高级HMAC算法：
3. 使用JDK API的HMAC
Java为HMAC生成提供了一个内置的Mac类。初始化Mac对象后，我们调用doFinal()方法进行HMAC操作，此方法返回包含HMAC结果的字节数组。
让我们定义一种使用各种哈希算法(例如MD5、SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512)计算HMAC的方法：
public static String hmacWithJava(String algorithm, String data, String key) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {
SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
Mac mac = Mac.getInstance(algorithm);
mac.init(secretKeySpec);
return bytesToHex(mac.doFinal(data.getBytes()));
}
让我们写一个示例测试来说明HMAC的计算：
@Test
public void givenDataAndKeyAndAlgorithm_whenHmacWithJava_thenSuccess()
throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {
String hmacSHA256Value = "5b50d80c7dc7ae8bb1b1433cc0b99ecd2ac8397a555c6f75cb8a619ae35a0c35";
String hmacSHA256Algorithm = "HmacSHA256";
String data = "tuyucheng";
String key = "123456";
String result = HMACUtil.hmacWithJava(hmacSHA256Algorithm, data, key);
assertEquals(hmacSHA256Value, result);
}
在此测试中，我们使用具有简单字符串数据和密钥的HmacSHA512算法。然后，我们断言HMAC结果等于预期数据。
4. Apache Commons库
Apache Commons库还提供了一个用于HMAC计算的实用程序类。
4.1 添加Maven依赖
要使用Apache Commons实用程序类，我们需要将commons-codec添加到我们的pom.xml中：
<dependency>
<groupId>commons-codec</groupId>
<artifactId>commons-codec</artifactId>
<version>1.15</version>
</dependency>
4.2 HmacUtils类
为了计算HMAC，我们可以使用HmacUtils类。初始化HmacUtils对象后，我们调用hmacHex()方法执行HMAC操作，此方法返回包含HMAC结果的十六进制字符串。
让我们创建一个生成HMAC的方法：
public static String hmacWithApacheCommons(String algorithm, String data, String key) {
String hmac = new HmacUtils(algorithm, key).hmacHex(data);
return hmac;
}
让我们写一个示例测试：
@Test
public void givenDataAndKeyAndAlgorithm_whenHmacWithApacheCommons_thenSuccess() {
String hmacMD5Value = "621dc816b3bf670212e0c261dc9bcdb6";
String hmacMD5Algorithm = "HmacMD5";
String data = "tuyucheng";
String key = "123456";
String result = HMACUtil.hmacWithApacheCommons(hmacMD5Algorithm, data, key);
assertEquals(hmacMD5Value, result);
}
在此测试中，我们使用HmacMD5算法。
5. BouncyCastle库
同样，我们也可以使用BouncyCastle库。BouncyCastle是我们可以在Java中使用的加密API的集合。
5.1 添加Maven依赖
在我们开始使用该库之前，我们需要将bcpkix-jdk15to18依赖项添加到我们的pom.xml文件中：
<dependency>
<groupId>org.bouncycastle</groupId>
<artifactId>bcpkix-jdk15to18</artifactId>
<version>1.69</version>
</dependency>
5.2 Hmac类
我们将首先根据要使用的哈希算法实例化HMac类，然后我们将使用update()方法用输入数据更新HMAC对象。最后，我们将调用doFinal()方法来生成HMAC代码：
public static String hmacWithBouncyCastle(String algorithm, String data, String key) {
Digest digest = getHashDigest(algorithm);
HMac hMac = new HMac(digest);
hMac.init(new KeyParameter(key.getBytes()));
byte[] hmacIn = data.getBytes();
hMac.update(hmacIn, 0, hmacIn.length);
byte[] hmacOut = new byte[hMac.getMacSize()];
hMac.doFinal(hmacOut, 0);
return bytesToHex(hmacOut);
}
private static Digest getHashDigest(String algorithm) {
switch (algorithm) {
case "HmacMD5":
return new MD5Digest();
case "HmacSHA256":
return new SHA256Digest();
case "HmacSHA384":
return new SHA384Digest();
case "HmacSHA512":
return new SHA512Digest();
}
return new SHA256Digest();
}
下面是一个为字符串数据生成HMAC然后对其进行验证的示例：
@Test
public void givenDataAndKeyAndAlgorithm_whenHmacWithBouncyCastle_thenSuccess() {
String hmacSHA512Value = "b313a21908df55c9e322e3c65a4b0b7561ab1594ca806b3affbc0d769a1" + "290c1922aa6622587bea3c0c4d871470a6d06f54dbd20dbda84250e2741eb01f08e33";
String hmacSHA512Algorithm = "HmacSHA512";
String data = "tuyucheng";
String key = "123456";
String result = HMACUtil.hmacWithBouncyCastle(hmacSHA512Algorithm, data, key);
assertEquals(hmacSHA512Value, result);
}
在此测试中，我们使用HmacSHA512算法。
6. 总结
HMAC提供数据完整性检查。在本文中，我们学习了如何使用Java中的HMAC算法为输入字符串数据生成HMAC。此外，我们还讨论了Apache Commons和BouncyCastle库在HMAC计算中的使用。
与往常一样，本教程的完整源代码可在GitHub上获得。
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