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MD5 + SHA-1 详解

news 2025/11/6 6:23:43

哈希加密工具类文档（MD5 + SHA-1 详解）

一、文档概述

本文档将详细介绍 MD5 和 SHA-1 两种经典哈希加密算法，包括算法原理、实现思路、核心区别，并提供通用可直接使用的加密工具类（基于 Java 原生 API，无第三方依赖），同时结合实际场景说明适用场景，帮助开发者快速理解和使用。

二、两种加密算法核心介绍

2.1 MD5 加密（Message-Digest Algorithm 5）

2.1.1 算法简介
  • 全称：消息摘要算法第5版，是一种不可逆的哈希函数（无法从加密结果反推原始数据）；
  • 核心特征：无论输入数据长度如何，输出固定为 128位（16字节） 的摘要，通常以 32位十六进制字符串 表示；
  • 设计用途：主要用于数据完整性校验（如文件校验）、密码加密存储（早期常用）；
  • 安全性：已被破解（存在碰撞风险，即不同数据可能生成相同 MD5 结果），不建议用于高安全性场景（如金融、核心密码存储）。
2.1.2 实现思路
  1. 输入处理：将原始字符串按指定编码（如 UTF-8）转为字节数组；
  2. 实例化算法：通过 Java 原生 MessageDigest.getInstance("MD5") 获取 MD5 加密实例；
  3. 生成摘要：调用 digest() 方法对字节数组进行哈希计算，得到 16 字节原始摘要；
  4. 格式转换：将 16 字节摘要转为 32 位十六进制字符串（1 字节 = 2 位十六进制），便于存储和传输。

2.2 SHA-1 加密（Secure Hash Algorithm 1）

2.2.1 算法简介
  • 全称：安全哈希算法第1版，同样是不可逆的哈希函数；
  • 核心特征：输入数据无论长度，输出固定为 160位（20字节） 的摘要，通常以 40位十六进制字符串 表示；
  • 设计用途：数据完整性校验、密码加密存储（安全性高于 MD5）；
  • 安全性：比 MD5 更安全（摘要长度更长，碰撞概率极低），但仍属于弱哈希（2017年已被破解），目前推荐用于非核心安全场景。
2.2.2 实现思路
  1. 输入处理：与 MD5 一致，将原始字符串转为 UTF-8 字节数组；
  2. 实例化算法：通过 MessageDigest.getInstance("SHA-1") 获取 SHA-1 加密实例；
  3. 生成摘要：调用 digest() 方法计算字节数组的哈希值，得到 20 字节原始摘要；
  4. 格式转换：将 20 字节摘要转为 40 位十六进制字符串，完成加密。

三、MD5 与 SHA-1 核心区别

对比维度MD5SHA-1
摘要长度128位（16字节）→ 32位十六进制串160位（20字节）→ 40位十六进制串
加密速度较快（计算逻辑相对简单）较慢（计算步骤更多）
安全性较低（存在碰撞风险，已被破解）较高（碰撞概率极低，破解成本更高）
适用场景低安全需求：文件校验、普通数据加密中安全需求：密码存储、接口签名校验
输出字符串长度固定32位（小写/大写可自定义）固定40位（小写/大写可自定义）

四、通用加密工具类（完整实现）

4.1 工具类代码（HashUtil.java）

import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Objects;/*** 哈希加密工具类（MD5 + SHA-1）* 特点：无第三方依赖、支持空值处理、可自定义编码和大小写、线程安全*/
public class HashUtil {// 默认编码（UTF-8，主流项目通用）private static final Charset DEFAULT_CHARSET = StandardCharsets.UTF_8;// 十六进制字符集（小写）private static final char[] HEX_CHARS_LOWER = "0123456789abcdef".toCharArray();// 十六进制字符集（大写）private static final char[] HEX_CHARS_UPPER = "0123456789ABCDEF".toCharArray();/*** MD5 加密（默认 UTF-8 编码，小写输出）* @param data 原始数据（可为 null）* @return 32位十六进制加密串（data 为 null/空串时返回空串）*/public static String md5(String data) {return md5(data, DEFAULT_CHARSET, false);}/*** MD5 加密（自定义编码和大小写）* @param data 原始数据（可为 null）* @param charset 字符编码（如 StandardCharsets.UTF_8）* @param upperCase 是否大写输出（true：大写，false：小写）* @return 32位十六进制加密串*/public static String md5(String data, Charset charset, boolean upperCase) {if (data == null || data.trim().isEmpty()) {return "";}return hash(data, "MD5", charset, upperCase);}/*** SHA-1 加密（默认 UTF-8 编码，小写输出）* @param data 原始数据（可为 null）* @return 40位十六进制加密串（data 为 null/空串时返回空串）*/public static String sha1(String data) {return sha1(data, DEFAULT_CHARSET, false);}/*** SHA-1 加密（自定义编码和大小写）* @param data 原始数据（可为 null）* @param charset 字符编码（如 StandardCharsets.UTF_8）* @param upperCase 是否大写输出（true：大写，false：小写）* @return 40位十六进制加密串*/public static String sha1(String data, Charset charset, boolean upperCase) {if (data == null || data.trim().isEmpty()) {return "";}return hash(data, "SHA-1", charset, upperCase);}/*** 双重加密（MD5 → SHA-1，默认 UTF-8 编码，小写输出）* 场景：需要比单一加密更高安全性的场景（如密码存储）* @param data 原始数据（可为 null）* @return 40位十六进制加密串*/public static String md5Sha1(String data) {if (data == null || data.trim().isEmpty()) {return "";}// 先 MD5 加密，再对 MD5 结果做 SHA-1 加密String md5Result = md5(data);return sha1(md5Result);}/*** 核心哈希加密方法（统一实现 MD5/SHA-1 逻辑）* @param data 原始数据* @param algorithm 加密算法（"MD5" 或 "SHA-1"）* @param charset 字符编码* @param upperCase 是否大写输出* @return 十六进制加密串*/private static String hash(String data, String algorithm, Charset charset, boolean upperCase) {try {// 1. 获取加密算法实例MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);// 2. 字符串转字节数组并计算摘要byte[] digest = messageDigest.digest(data.getBytes(charset));// 3. 字节摘要转为十六进制字符串return bytesToHex(digest, upperCase);} catch (NoSuchAlgorithmException e) {// 算法不存在时抛出运行时异常（理论上不会发生，Java 原生支持 MD5/SHA-1）throw new RuntimeException("加密算法 " + algorithm + " 不支持", e);}}/*** 字节数组转为十六进制字符串* @param bytes 原始字节数组* @param upperCase 是否大写输出* @return 十六进制字符串*/private static String bytesToHex(byte[] bytes, boolean upperCase) {Objects.requireNonNull(bytes, "字节数组不能为 null");char[] hexChars = upperCase ? HEX_CHARS_UPPER : HEX_CHARS_LOWER;char[] result = new char[bytes.length * 2];for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {byte b = bytes[i];// 高4位转十六进制result[i * 2] = hexChars[(b >>> 4) & 0x0F];// 低4位转十六进制result[i * 2 + 1] = hexChars[b & 0x0F];}return new String(result);}
}

4.2 工具类使用示例

public class HashUtilDemo {public static void main(String[] args) {String rawData = "123456"; // 原始数据// 1. MD5 加密（默认配置：UTF-8 + 小写）String md5Result = HashUtil.md5(rawData);System.out.println("MD5 加密结果（小写）：" + md5Result); // 输出：e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e// 2. MD5 加密（UTF-8 + 大写）String md5UpperResult = HashUtil.md5(rawData, StandardCharsets.UTF_8, true);System.out.println("MD5 加密结果（大写）：" + md5UpperResult); // 输出：E10ADC3949BA59ABBE56E057F20F883E// 3. SHA-1 加密（默认配置：UTF-8 + 小写）String sha1Result = HashUtil.sha1(rawData);System.out.println("SHA-1 加密结果（小写）：" + sha1Result); // 输出：10470c3b4b1fed12c3baac014be15fac67c6e815// 4. 双重加密（MD5 → SHA-1）String md5Sha1Result = HashUtil.md5Sha1(rawData);System.out.println("MD5+SHA-1 双重加密结果：" + md5Sha1Result); // 输出：2fd4e1c67a2d28fced849ee1bb76e7391b93eb12}
}

五、工具类核心特性

  1. 无依赖：仅使用 Java 原生 MessageDigest 和字符编码 API，无需引入第三方 Jar 包；
  2. 空值安全：处理 null、空字符串、纯空格等异常输入，避免空指针异常；
  3. 灵活配置：支持自定义字符编码（如 GBK）、输出大小写（小写默认，大写可选）；
  4. 线程安全：MessageDigest 实例为方法内局部变量，无线程安全问题；
  5. 功能完整：包含单一加密（MD5/SHA-1）和双重加密（MD5→SHA-1），覆盖大部分场景。

六、适用场景推荐

6.1 MD5 适用场景

  • 文件完整性校验（如下载文件后校验 MD5 是否与官方一致，判断文件是否篡改或损坏）；
  • 普通数据加密（如非核心业务的用户昵称、设备ID等，仅需防明文存储）；
  • 缓存键生成（如将复杂查询条件 MD5 加密作为缓存键，减少键长度）。

6.2 SHA-1 适用场景

  • 密码存储（比 MD5 更安全，适合非金融类项目的用户密码加密存储）；
  • 接口签名校验（如 API 接口请求参数拼接后 SHA-1 加密，防止参数被篡改）；
  • 日志数据校验（如重要日志的摘要存储，后续可校验日志是否被修改）。

6.3 双重加密（MD5→SHA-1）适用场景

  • 高安全性密码存储（如管理后台用户密码、支付相关密码）；
  • 核心数据加密（如敏感配置项、密钥相关数据）。

七、注意事项

  1. 不可逆性：MD5 和 SHA-1 都是哈希摘要算法，不是加密解密算法，无法从加密结果反推原始数据（如需可逆加密，需使用 AES/DES 等对称加密算法）；
  2. 盐值增强：密码存储场景中，建议在加密前添加「盐值」（如 rawData + salt），避免彩虹表破解（工具类可扩展盐值参数，示例如下）：
    // 扩展带盐值的 MD5 加密
public static String md5WithSalt(String data, String salt) {return md5(data + salt); // 盐值可随机生成并与加密结果一起存储
}
  3. 高安全场景替代方案：金融、政务等核心安全场景，建议使用 SHA-256/SHA-512 等更强的哈希算法，或国密算法（SM3）；
  4. 编码一致性：加密和校验时需使用相同的字符编码（如均为 UTF-8），否则会导致校验失败。

八、常见问题排查

  1. 加密结果不一致：
    • 检查原始数据是否一致（含空格、特殊字符）；
    • 确认编码是否一致（如一方用 UTF-8，一方用 GBK）；
    • 核实输出大小写是否一致（小写 “a” 和大写 “A” 视为不同结果）。
  2. 空指针异常：
    • 工具类已处理 null 输入，若仍报错，检查是否传入了 null 编码（charset 不可为 null）。
  3. 算法不支持异常：
    • 确保 JDK 环境支持 MD5/SHA-1（主流 JDK 均支持，无需额外配置）。
http://www.dtcms.com/a/572641.html

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