加密算法（待更新）

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简单整理常见的加密算法和基础知识。

加密算法

一. 常见加密算法

1.1 什么是对称和非对称加密

加密技术通常包括对称式加密和非对称式加密。

  • 对称性加密算法：
    • 对称式加密就是加密和解密使用同一个密钥。
    • 信息接收双方都需事先知道密匙和加解密算法且其密匙是相同的，之后便是对数据进行加解密了。
    • 对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密。
  • 非对称性加密算法：
    • 非对称式加密就是加密和解密所使用的不是同一个密钥，通常有两个密钥，称为”公钥”和”私钥”，它们两个必需配对使用，否则不能打开加密文件。
    • 发送双方A，B事先均生成一堆密匙，然后A将自己的公有密匙发送给B，B将自己的公有密匙发送给A，如果A要给B发送消息，则先需要用B的公有密匙进行消息加密，然后发送给B端，此时B端再用自己的私有密匙进行消息解密，B向A发送消息时为同样的道理。
  • 散列算法：
    • 散列算法，又称哈希函数，是一种单向加密算法。
    • 在信息安全技术中，经常需要验证消息的完整性，散列(Hash)函数提供了这一服务，它对不同长度的输入消息，产生固定长度的输出。这个固定长度的输出称为原输入消息的”散列”或”消息摘要”(Message digest)。
    • 散列算法不算加密算法，因为其结果是不可逆的，既然是不可逆的，那么当然不是用来加密的，而是签名。

1.2 安全相关常见算法

1.2.1 对称加密算法

对称性加密算法主要用来对敏感数据等信息进行加密：

  • DES（Data Encryption Standard）：数据加密标准，速度较快，适用于加密大量数据的场合。
  • 3DES（Triple DES）：是基于DES，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高。
  • AES（Advanced Encryption Standard）：高级加密标准，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高；AES是一个使用128为分组块的分组加密算法，分组块和128、192或256位的密钥一起作为输入，对4×4的字节数组上进行操作。众所周之AES是种十分高效的算法，尤其在8位架构中，这源于它面向字节的设计。AES 适用于8位的小型单片机或者普通的32位微处理器,并且适合用专门的硬件实现，硬件实现能够使其吞吐量（每秒可以到达的加密/解密bit数）达到十亿量级。同样，其也适用于RFID系统。

1.2.2 非对称加密算法

非对称性算法：

  • RSA：由 RSA 公司发明，是一个支持变长密钥的公共密钥算法，需要加密的文件块的长度也是可变的。RSA在国外早已进入实用阶段，已研制出多种高速的RSA的专用芯片。

  • DSA（Digital Signature Algorithm）：数字签名算法，是一种标准的 DSS（数字签名标准），严格来说不算加密算法。

  • ECC（Elliptic Curves Cryptography）：椭圆曲线密码编码学。

    ECC和RSA相比，具有多方面的绝对优势，主要有：

    • 抗攻击性强。相同的密钥长度，其抗攻击性要强很多倍。
    • 计算量小，处理速度快。ECC总的速度比RSA、DSA要快得多。
    • 存储空间占用小。ECC的密钥尺寸和系统参数与RSA、DSA相比要小得多，意味着它所占的存贮空间要小得多。这对于加密算法在IC卡上的应用具有特别重要的意义。
    • 带宽要求低。当对长消息进行加解密时，三类密码系统有相同的带宽要求，但应用于短消息时ECC带宽要求却低得多。带宽要求低使ECC在无线网络领域具有广泛的应用前景。

1.2.3 散列算法

散列算法（签名算法）主要用于验证，防止信息被修。具体用途如：文件校验、数字签名、鉴权协议

  • MD5：MD5是一种不可逆的加密算法，目前是最牢靠的加密算法之一，尚没有能够逆运算的程序被开发出来，它对应任何字符串都可以加密成一段唯一的固定长度的代码。
  • SHA1：是由NISTNSA设计为同DSA一起使用的，它对长度小于264的输入，产生长度为160bit的散列值，因此抗穷举（brute-force）性更好。SHA-1设计时基于和MD4相同原理,并且模仿了该算法。SHA-1是由美国标准技术局（NIST）颁布的国家标准，是一种应用最为广泛的Hash函数算法，也是目前最先进的加密技术，被政府部门和私营业主用来处理敏感的信息。而SHA-1基于MD5，MD5又基于MD4。
  • HMAC：是密钥相关的哈希运算消息认证码（Hash-based Message Authentication Code），HMAC运算利用哈希算法，以一个密钥和一个消息为输入，生成一个消息摘要作为输出。也就是说HMAC是需要一个密钥的。所以，HMAC_SHA1也是需要一个密钥的，而SHA1不需要。

1.2.4 其他常用算法

Base64编码

1.2.5 总结

  1. 加密算法是可逆的，用来对敏感数据进行保护。散列算法(签名算法、哈希算法)是不可逆的，主要用于身份验证。
  2. 对称加密算法使用同一个密匙加密和解密，速度快，适合给大量数据加密。对称加密客户端和服务端使用同一个密匙，存在被抓包破解的风险。
  3. 非对称加密算法使用公钥加密，私钥解密，私钥签名，公钥验签。安全性比对称加密高，但速度较慢。非对称加密使用两个密匙，服务端和客户端密匙不一样，私钥放在服务端，黑客一般是拿不到的，安全性高。
  4. Base64不是安全领域下的加解密算法，只是一个编码算法，通常用于把二进制数据编码为可写的字符形式的数据，特别适合在http，mime协议下的网络快速传输数据。UTF-8和GBK中文的Base64编码结果是不同的。采用Base64编码不仅比较简短，同时也具有不可读性，即所编码的数据不会被人用肉眼所直接看到，但这种方式很初级，很简单。Base64可以对图片文件进行编码传输。
  5. https协议广泛用于万维网上安全敏感的通讯，例如交易支付方面。它的主要作用可以分为两种：一种是建立一个信息安全通道，来保证数据传输的安全；另一种就是确认网站的真实性。
  6. 大量数据加密建议采用对称加密算法，提高加解密速度；小量的机密数据，可以采用非对称加密算法。在实际的操作过程中，我们通常采用的方式是：采用非对称加密算法管理对称算法的密钥，然后用对称加密算法加密数据，这样我们就集成了两类加密算法的优点，既实现了加密速度快的优点，又实现了安全方便管理密钥的优点。
  7. MD5标准密钥长度128位（128位是指二进制位。二进制太长，所以一般都改写成16进制，每一位16进制数可以代替4位二进制数，所以128位二进制数写成16进制就变成了128/4=32位。16位加密就是从32位MD5散列中把中间16位提取出来）；sha1标准密钥长度160位(比MD5摘要长32位)，Base64转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。

第二节 哈希加密

2.1 介绍

防止密码泄露，通过散列的方法对口令进行一次性的加密，加密过程不可逆，从哈希值无法直接还原到原密码。但哈希加密很快就被破解了，可以通过如字典破解，暴力破解等效率很低的破解方法，也可以通过查表法，反向查表法，彩虹表等方式来高效破解。

2.2 原理

单向散列算法，通过算法H将较大集合P映射到一个较小集合Q，即 Q=H(P) 。P集合中任意元素p都有唯一q与其对应，但q可以对应多个p。H(P)可以快速计算，且难以通过q反推出p，给出一个p1，难以推出p2使 H(p1)=H(p2) 。

因为这些特性，哈希算法常用来存储密码。

2.3 低效破解

暴力破解，即尝试密码长度允许的所有排列组合，只要密码长度足够，就会因为无法达到一定的算力而无法破解，所以会建议一定的安全长度来保证安全性。

字典破解，即通过创建一个小型数据库，存储单词、短语、常用密码等，进行哈希换算，再和要破解的密码进行比照。

2.4 高效破解

  • 查表法：即先计算一些常用密码的哈希值，然后存储到Table中，在破解时进行比对，内存时间平衡法通过大量的内存来减少破解时间。
  • 反向查表法：即先通过暴力破解获取一些哈希值，构造一个哈希表，获取已知数据，计算对应哈希值，并查询对应的数据。
  • 彩虹表：结合暴力法和查表法，对于Q=H(P)，通过算法R使P=R(Q)，然后计算H(p0)->R(q1)->H(p1)->R(q2)…->R(qn)->pn反复调用HR算法计算得到pn，存储p0和pn组合，代入不同的p0得到多组结果并存储。破解时根据获取的散列值q，进行一次R(q)得到c1，把c1和所存pn进行比较，若找到相等pn，则其对应的qn很有可能就是获取的散列值q，再进行一次HR计算，得到qn并比对，若相等则p(n-1)一定是想要的密令p，若不相等就继续直到遍历完所以存储组合。再对q进行R(q)->H(c1)->R(c2)，对比c2和qn，若相等，则对应的p(n-2)就很可能是所求密令，继续计算c3、c4直到c(n-1)。总体来讲就是通过0-n对存储了p0到pn链的所有数据，可以很大的节约空间，但就是需要进行n次比对，所以相比查表法在时间上是会有更多的牺牲。

三. 加盐

3.1 介绍

加盐即将口令通过和一个随机数Salt关联，只要口令改变随机数即改变。随机数以未加密的形式放入口令文件中，将口令和随机数一起加密。

后台开发时常用Hash值的形式来存储用户密码，当后台被攻击时，哈希值泄露，黑客仍可以通过如彩虹表等方式破解用户密码。通过加盐可以提高密码的破解难度。

3.2 原理

由哈希加密的H(P)变为 H(P+Salt) ，每次哈希计算所选用的盐值都是随机数。因为H发生变化，所以已有的彩虹表数据就会失效，需要根据新的H重新生成，所以破解难度就提高了。

3.3 实现

未完待续。

四. 散列算法-MD5

Message Algorithm，散列函数（哈希算法），不可逆，压缩性。becrypt加盐。

五. 对称加密算法-DES

Data Encrytion Standard（数据加密标准），对应算法是DEA。

特点：

  1. 对称加密
  2. 同一个SK

详细内容：DES加密

六. 对称加密算法-AES

AES：Advanced Encrytion Standard（高级加密标准）

特点：

  1. 对称加密
  2. 一个SK扩展成多个子SK，轮加密

详细内容：AES加密

七. 非对称加密算法-RSA

RSA，特点：

  1. 非对称加密，即：PK与SK不是同一个
  2. PK用于加密，SK用于解密
  3. PK决定SK，但是PK很难算出SK（数学原理：两个大质数相乘，积很难因式分解）
  4. 速度慢，只对少量数据加密

参考：

🔗 java MD5/AES/DES加解密汇总

🔗 【密码学】轻松理解“加盐”的原理与java实现