Java 實作 SHA-1 演算法範例

純 Java 實現 SHA-1 雜湊計算工具類

本文提供一個不依賴外部庫、基於 RFC 3174 標準實現的 SHA1Util 類，支持十六進制、Base64、字符串等多種輸出格式，並包含 HMAC-SHA1 功能。可用於密碼加密、數據完整性校驗、簽名生成等場景。

核心 API

public class SHA1Util {
    // 1. 計算字符串 SHA-1，返回十六進制字符串（小寫）
    public static String hex_sha1(String s)

    // 2. 計算 SHA-1，返回 Base64 編碼字符串
    public static String b64_sha1(String s)

    // 3. 計算 SHA-1，返回原始字符串（可能含不可見字符）
    public static String str_sha1(String s)

    // 4. HMAC-SHA1：帶密鑰的雜湊，返回十六進制
    public static String hex_hmac_sha1(String key, String data)

    // 5. HMAC-SHA1，返回 Base64
    public static String b64_hmac_sha1(String key, String data)

    // 6. HMAC-SHA1，返回原始字符串
    public static String str_hmac_sha1(String key, String data)

    // 內部核心實現：core_sha1, core_hmac_sha1, str2binb, binb2hex 等輔助方法
}

使用示例

public static void main(String[] args) {
    String pwd = "admin";
    System.out.println("SHA-1(hex): " + SHA1Util.hex_sha1(pwd));
    // 輸出: SHA-1(hex): d033e22ae348aeb5660fc2140aec35850c4da997

    String key = "secret";
    String data = "message";
    System.out.println("HMAC-SHA1: " + SHA1Util.hex_hmac_sha1(key, data));
}

實現細節說明

• 位運算核心：使用 32 位整數數組模擬 512 位分組處理，手動實現循環左移（rol）、安全加法（safe_add）、邏輯函數（ft）、常量（kt）。
• 填充規則：按標準在消息後添加 1、0 填充、長度（64 位大端序）。
• 編碼處理：默認按 8 位字符（chrsz=8）處理，適合 ASCII/UTF-8 兼容字符；中文等多字節字符會按字節處理。
• 自測試：類內包含 sha1_vm_test() 驗證 "abc" 的雜湊值是否符合標準向量。

生產環境建議

雖然純 Java 實現有助於理解原理，但實際項目中強烈建議使用 JDK 內置的 java.security.MessageDigest 或成熟庫（如 Apache Commons Codec、Bouncy Castle），它們經過優化、原生加速且安全性經過廣泛驗證。

// JDK 標準用法
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
byte[] digest = md.digest("admin".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
String hex = Hex.encodeHexString(digest); // 需 Commons Codec 或手動轉十六進制