计算机网络安全 —— 报文摘要算法 ME5 （三）

一、报文摘要算法基本概念

使用加密通常可达到报文鉴别的目的，因为伪造的报文解密后一般不能得到可理解的内容。但简单采用这种方法，计算机很难自动识别报文是否被篡改。另外，对于不需要保密而只需要报文鉴别的网络应用，对整个报文的加密和解密，会使计算机增加很多不必要的负担（加密和解密要花费相当多的CPU时间）。

更有效的方法是使用报文摘要（MessageDigest，MD）来进行报文鉴别。

发送方将可变 长度的报文m经过报文摘要算法运算后，得出固定长度的报文摘要H(m)。然后对H(m)进行加密，得出EK(H(m))，并将其附加在报文m后面发送出去。接收方把EK(H(m))解密还原为H(m)，再把收到的报文进行报文摘要运算，看结果是否与收到的H(m)一样。如不一样，则可断定收到的报文不是发送方产生的。具体流程如下：

目前广泛应用的报文摘要算法有MD5[RFC1321]和安全散列算法1（SecureHashAlgorithm,SHA-1）。MD5输出128位的摘要，SHA-1输出160位的摘要。SHA-1比MD5更安全些，但计算起来比MD5要慢。

二、.NET 使用 MD5、SHA1、SHA128、SHA512 报文摘要算法

 1 using System;
 2 using System.Security.Cryptography;
 3 using System.Text;
 4
 5 namespace encryption.md5
 6 {
 7     public class Md5Util
 8     {
 9         public enum MD
10         {
11             MD5,
12             SHA1,
13             SHA256,
14             SHA512,
15         }
16         private static HashAlgorithm CreateHashAlgorithm(MD sha)
17         {
18             switch (sha)
19             {
20                 case MD.MD5:
21                     return new MD5CryptoServiceProvider();
22                 case MD.SHA1:
23                     return SHA1.Create();
24                 case MD.SHA256:
25                     return SHA256.Create();
26                 case MD.SHA512:
27                     return SHA512.Create();
28             }
29
30             throw new Exception($"The type does not exits,type:{sha}");
31         }
32
33         /// <summary>
34         /// 获取指定byte数组的MD5
35         /// </summary>
36         /// <param name="source"></param>
37         /// <param name="encoding"><see cref="Encoding"/>默认值：UTF8</param>
38         /// <returns></returns>
39         public static byte[] GetMD5(byte[] source, MD sha=MD.MD5, Encoding encoding = null)
40         {
41             byte[] output = CreateHashAlgorithm(sha).ComputeHash(source);
42             return output;
43         }
44
45         /// <summary>
46         /// 获取指定字符串的MD5
47         /// </summary>
48         /// <param name="source"></param>
49         /// <param name="encoding"><see cref="Encoding"/>默认值：UTF8</param>
50         /// <returns></returns>
51         public static byte[] GetMD5(string source, MD sha = MD.MD5, Encoding encoding = null)
52         {
53             if (encoding == null) encoding = Encoding.UTF8;
54             return GetMD5(encoding.GetBytes(source), sha, encoding);
55         }
56
57
58         /// <summary>
59         /// MD5 校验
60         /// </summary>
61         /// <param name="input">校验二进制</param>
62         /// <param name="hash">待比较的MD5 值</param>
63         /// <param name="encoding"></param>
64         /// <returns>true:相同;false:被纂改</returns>
65         public static bool VerifyMD5(byte[] input, byte[] hash, MD sha = MD.MD5, Encoding encoding = null)
66         {
67             if (encoding == null) encoding = Encoding.UTF8;
68             var buffer = GetMD5(input, sha,encoding);
69             if (Convert.ToBase64String(buffer) == Convert.ToBase64String(hash))
70             {
71                 return true;
72             }
73             return false;
74         }
75
76         /// <summary>
77         /// MD5 校验
78         /// </summary>
79         /// <param name="input">校验字符串</param>
80         /// <param name="hash">待比较的MD5 值</param>
81         /// <param name="encoding"></param>
82         /// <returns>true:相同;false:被纂改</returns>
83         public static bool VerifyMD5(string input, byte[] hash, MD sha = MD.MD5, Encoding encoding = null)
84         {
85             if (encoding == null) encoding = Encoding.UTF8;
86             return VerifyMD5(encoding.GetBytes(input), hash, sha,encoding);
87         }
88     }
89 }

三、测试代码与结果

 1     static void Main()
 2     {
 3         {
 4             Console.WriteLine("-----------------------------------------------------生成MD5--------------------------------------------------");
 5             var input = "目前广泛应用的报文摘要算法有MD5[RFC1321]和安全散列算法1（SecureHashAlgorithm,SHA-1）。";
 6             Console.WriteLine($"内容：{input}");
 7             byte[] md5 = Md5Util.GetMD5(input);
 8             Console.WriteLine($"MD5：{Convert.ToBase64String(md5)}");
 9         }
10
11         {
12             Console.WriteLine("-----------------------------------------------------MD5防篡改校验--------------------------------------------------");
13             var input = "https://docs.microsoft.com/zh-tw/dotnet/api/system.security.cryptography.md5?view=net-5.0";
14             Console.WriteLine($"内容：{input}");
15             byte[] md5 = Md5Util.GetMD5(input+"不一致");
16             Console.WriteLine($"MD5校验：{Md5Util.VerifyMD5(input, md5)}");
17         }
18
19         {
20             Console.WriteLine("-----------------------------------------------------生成SHA512--------------------------------------------------");
21             var input = "目前广泛应用的报文摘要算法有MD5[RFC1321]和安全散列算法1（SecureHashAlgorithm,SHA-1）。";
22             Console.WriteLine($"内容：{input}");
23             byte[] md5 = Md5Util.GetMD5(input,Md5Util.MD.SHA512);
24             Console.WriteLine($"SHA512：{Convert.ToBase64String(md5)}");
25         }
26
27         {
28             Console.WriteLine("-----------------------------------------------------SHA512防篡改校验--------------------------------------------------");
29             var input = "https://docs.microsoft.com/zh-tw/dotnet/api/system.security.cryptography.md5?view=net-5.0";
30             Console.WriteLine($"内容：{input}");
31             byte[] md5 = Md5Util.GetMD5(input, Md5Util.MD.SHA512);
32             Console.WriteLine($"SHA512校验：{Md5Util.VerifyMD5(input, md5, Md5Util.MD.SHA512)}");
33         }
34
35         Console.ReadKey();
36     }

代码示例：https://github.com/Dwayne112401/encryption