对称密码（共享秘钥密码）

雨点打透心脏的1/2处 2022-11-20 08:21 217阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *   *   *   *  （一）一次性密码本
                 *  （二）DES
                 *  （三）三重DES
                 *  （四）AES

##### （一）一次性密码本 #####

原理：将明文与一串随机的比特序列进行XOR运算  
加密  
1：将明文转换得到一串比特序列，明文  
2：随机生成一串和明文比特序列等长的比特序列，秘钥序列  
3：将明文和秘钥序列进行XOR运算得到密文，密文

解密  
1：将密文和秘钥序列进行XOR运算  
2：即二次XOR操作得到原明文数据

一次性密码本是无法破译的  
一次性密码本是无法破译的，不过这里的无法破译不是指在现实时间内难以破译，而是我们在进行暴力便利秘钥空间时我们会得到很多种结果，我们无法判断其中哪个是正确的明文

缺点  
1：秘钥的配送安全性问题，窃听者掌握了秘钥就可以通过XOR运算得到明文  
2：秘钥的保存  
3：秘钥需要不断的随机更换  
4：一次性密码本秘钥需要和明文比特序列等长，如果明文过长那么也必须生成同样大小的密码

##### （二）DES #####

介绍  
DES ( Data Encryption Standard )是1977年美国联邦信息处理标准（FIPS )中所采用的一种对称密码(FIPS 46-3)。DES一直以来被美国以及其他国家的政府和银行等广泛使用。

由于DES的密文可以在短时间内被破译，因此除了用它来解密以前的密文以外，现在我们不应该再使用DES 了。

DES是一种将64比特的明文加密成64比特的密文的对称密码算法，它的密钥长度是56比特。尽管从规格上来说，DES 的密钥长度是64比特，但由于每隔7比特会设置一个用于错误检查的比特,因此实质上其密钥长度是56比特。  
DES是以64比特的明文(比特序列)为一个单位来进行加密的，这个64比特的单位称为分组。一般来说，以分组为单位进行处理的密码算法称为分组密码，DES 就是分组密码的一种。  
DES每次只能加密64比特的数据，如果要加密的明文比较长，就需要对DES加密进行迭代(反复)，而迭代的具体方式就称为模式( mode )。

结构  
1：DES的基本结构时由Horst Feistel设计的，也被称为Feistel网络  
2：Feistel网络中，加密的各个步骤称为轮，DES是一种16轮循环的Feistel网络

基本流程  
![在这里插入图片描述][20201027201922363.png_pic_center]  
1：将输入数据明文等分为左右俩部分  
2：将输入的右侧直接输出  
3：将输入的右侧发送到轮函数（轮函数用于计算生成秘钥）  
4：轮函数根据右侧数据和子秘钥，计算出一串随机的比特序列  
5：将上一步得到的比特序列与左侧数据进行XOR运算，并将结果作为加密后的左侧  
6：第一轮结束后右侧数据依然是明文，需要再次重复执行，需要用不同的子秘钥对一轮的处理重复若干次，并在每俩轮处理之间将左侧和右侧的数据对调  
7：Feistel网络的解密操作需要按照相反的顺序来使用子秘钥即可

总结  
无论是任何轮数、任何轮函数，Feistel网络都可以用相同的结构实现加密和解密，且加密的结果必定能够正确解密

##### （三）三重DES #####

介绍  
现在DES已经可以在现实的时间内被暴力破解，因此我们需要一种用来替代DES的分组密码,三重DES就是出于这个目的被开发出来的。  
三重DES ( triple-DES )是为了增加 DES的强度，将DES重复3次所得到的一种密码算法,通常缩写为3DES。

特点  
1：明文经过三次DES处理才能变成最后的密文，由于DES秘钥的长度实际上是56比特，因此三重DES的秘钥长度就是56 X 3=168比特

2：三重DES不是三次加密，而是（加密-解密-加密），这样做的目的在于对DES具备向下兼容性

3：三重DES俩次加密不能使用相同的秘钥，否则就等同于DES

4：密钥1、密钥2、密钥3全部使用不同的比特序列的三重DES称为DES-EDE3

5：三重DES的解密过程和加密正好相反，是以密钥3、密钥2、密钥1的顺序执行解密→加密→解密的操作

##### （四）AES #####

介绍  
AES ( Advanced Encryption Standard )是取代其前任标准(DES)而成为新标准的一种对称密码算法。全世界的企业和密码学家提交了多个对称密码算法作为AES的候选，最终在2000年从这些候选算法中选出了一种名为Rijndael 的对称密码算法，并将其确定为了AES

Rijndael  
Rijndael是由比利时密码学家Joan Daemen和 Vincent Rijmen 设计的分组密码算法，于2000年被选为新一代的标准密码算法——AES。今后会有越来越多的密码软件支持这种算法。  
Rijndael的分组长度为128比特，密钥长度可以以32比特为单位在128比特到256比特的范围内进行选择(不过在AES 的规格中，密钥长度只有128、192和256比特三种)。

加密和解密  
1：AES实现算法标准为Rijndael  
2：分组密码算法  
3：该算法也是由多个轮所构成，使用SPN结构  
4：输入分组为128比特，每次会对数据进行SubBytes处理

具体步骤  
1：SubBytes环节  
以每个字节的值（0-255中的任意值）为索引，从一张拥有256个值的替换表中查找对应值的处理，也就是说将一个1字节的值替换成另一个1字节的值。类似于简单替换密码模式

2：ShiftRows环节  
将SubBytes环节的输出以字节为单位进行打乱处理。

3：MixColumns环节  
在ShiftRows处理后，对一个4字节的值进行比特运算，将其变为另一个4字节的值。

4：AddRoundKey环节  
将MixColumns的输出与轮秘钥进行XOR操作，到这里，Rijndael的一轮就结束了。实际上，在Rijndael中需要重复进行10-14轮计算。

分析  
Rijndael输入的所有比特在一轮中都会被加密。和每一轮都只加密一半输入的比特的Feistel网络相比，这种方式的优势在于加密所需要的轮数更少。此外，这种方式还有一个优势，即 SubBytes、ShiftRows和 MixColumns可以分别按字节、行和列为单位进行并行计算。

对于Rijndael来说，可能会出现以前并不存在的新的攻击方式。尽管本书中没有涉及，但Rijndael的算法背后有着严谨的数学结构，也就是说从明文到密文的计算过程可以全部用公式来表达，这是以前任何密码算法都不具备的性质。如果Rijndael的公式能够通过数学运算来求解，那也就意味着Rijndael能够通过数学方法进行破译，而这也就为新的攻击方式的产生提供了可能。  
不过，这也只是一种假设而已，实际上到现在为止还没有出现针对Rijndael 的有效攻击。

相对于DES和三重DES，更推荐在现在安全加密中使用AES

[20201027201922363.png_pic_center]: /images/20221120/03d5876afe364cc5b43a0f750df11fe0.png