加密算法概览

野性酷女 2023-10-05 14:31 10阅读 0赞

### 1. 概念 ###

① 散列函数

散列函数，也见杂凑函数、摘要函数或哈希函数，可将任意长度的消息经过运算，变成固定长度数值，常见的有`MD5`、`SHA-1`、`SHA256`，多应用在文件校验，数字签名中。

MD5 可以将任意长度的原文生成一个128位（16字节）的哈希值

SHA-1可以将任意长度的原文生成一个160位（20字节）的哈希值

② 对称密码

对称密码应用了相同的加密密钥和解密密钥。对称密码分为：序列密码(流密码)，分组密码(块密码)两种。流密码是对信息流中的每一个元素（一个字母或一个比特）作为基本的处理单元进行加密，块密码是先对信息流分块，再对每一块分别加密。

例如原文为1234567890，流加密即先对1进行加密，再对2进行加密，再对3进行加密……最后拼接成密文；块加密先分成不同的块，如1234成块，5678成块，90XX(XX为补位数字)成块，再分别对不同块进行加密，最后拼接成密文。前文提到的古典密码学加密方法，都属于流加密。

③ 非对称密码

对称密码的密钥安全极其重要，加密者和解密者需要提前协商密钥，并各自确保密钥的安全性，一但密钥泄露，即使算法是安全的也无法保障原文信息的私密性。

在实际的使用中，远程的提前协商密钥不容易实现，即使协商好，在远程传输过程中也容易被他人获取，因此非对称密钥此时就凸显出了优势。

非对称密码有两支密钥，公钥（publickey）和私钥（privatekey），加密和解密运算使用的密钥不同。用公钥对原文进行加密后，需要由私钥进行解密；用私钥对原文进行加密后（此时一般称为签名），需要由公钥进行解密（此时一般称为验签）。公钥可以公开的，大家使用公钥对信息进行加密，再发送给私钥的持有者，私钥持有者使用私钥对信息进行解密，获得信息原文。因为私钥只有单一人持有，因此不用担心被他人解密获取信息原文。

### 2. 常见算法解释 ###

#### 2.1 BASE64 ####

Base64 算法不是加解密算法，而是一种编码方式，原理如下：

base64 是 3个字节为一组，一个字节 8位，一共 就是24位 ，然后，把3个字节转成4组，每组6位，

3 \* 8 = 4 \* 6 = 24 ，每组6位，缺少的2位，会在高位进行补0 ，这样做的好处在于 ，base取的是后面6位，去掉高2位 ，那么base64的取值就可以控制在0-63位了，所以就叫base64。

> base64 构成原则

① 小写 a - z = 26个字母

② 大写 A - Z = 26个字母

③ 数字 0 - 9 = 10 个数字

④ + / = 2个符号

base64是三个字节一组 ，如果当我们的位数不够的时候，会使用等号来补齐

#### 2.2 摘要算法 ####

消息摘要是一个唯一对应一个消息或文本的固定长度的值，它由一个单向Hash加密函数对消息进行作用而产生。如果消息在途中改变了，则接收者通过对收到消息的新产生的摘要与原摘要比较，就可知道消息是否被改变了。**因此消息摘要保证了消息的完整性。（**加密和摘要，是不一样的，加密后的消息是完整的，具有解密算法，得到原始数据；摘要得到的消息是不完整的，通过摘要的数据，不能得到原始数据）

**`2.2.1 MD5 (Message Digest algorithm 5 消息摘要算法版本5)`**

**``**MD是应用非常广泛的一个算法家族，尤其是 MD5（Message-Digest Algorithm 5，消息摘要算法版本5），它由MD2、MD3、MD4发展而来，由Ron Rivest（RSA公司）在1992年提出，目前被广泛应用于数据完整性校验、数据（消息）摘要、数据加密等。MD2、MD4、MD5 都产生16字节（128位）的校验值，一般用**32位十六进制数**表示。MD2的算法较慢但相对安全，MD4速度很快，但安全性下降，MD5比MD4更安全、速度更快。

MD算法可用于密码保护。在用户注册时，利用MD算法取密码的摘要值，存入数据库。在用户登录时，将用户密码再次消息摘要后，与数据库密码进行比较即可得出用户登录结果。

MD5算法，是属于不可逆的。我们知道正常使用MD5技术，同一字符，加密后的16进制数是不变的，自从出现[彩虹表][Link 1]，对于公司内部员工来说，可以反查数据，获取不可能的权限，所以出现了salt算法。加盐，即将一个随机值与密码明文进行一定规范的拼接，然后使用md5算法算出摘要，将摘要值和盐值同时记录在数据库中。（MD5算法在2004年已经被我国王小云教授破解）

MD5以512位分组来处理输入文本，每一分组又划分为16个32位子分组。算法的输出由四个32位分组组成，将它们级联形成一个128位散列值。  
首先填充消息使其长度恰好为一个比512位的倍数仅小64位的数。填充方法是附一个1在消息后面，后接所要求的多个0，然后在其后附上64位的消息长度（填充前）。这两步的作用是使消息长度恰好是512位的整数倍（算法的其余部分要求如此），同时确保不同的消息在填充后不相同。

四个32位变量初始化为：  
A=0x01234567  
B=0x89abcdef  
C=0xfedcba98  
D=0x76543210

它们称为链接变量（chaining variable）  
接着进行算法的主循环，循环的次数是消息中512位消息分组的数目。  
将上面四个变量复制到别外的变量中：A到a，B到b，C到c，D到d。  
主循环有四轮，每轮很相拟。第一轮进行16次操作。每次操作对a，b，c和d中的其中三个作一次非线性函数运算，然后将所得结果加上第四个变量，文本的一个子分组和一个常数。再将所得结果向右环移一个不定的数，并加上a，b，c或d中之一。最后用该结果取代a，b，c或d中之一。所有四轮循环计算完成之后，将A，B，C，D分别加上a，b，c，d。然后用下一分组数据继续运行算法，最后的输出是A，B，C和D的级联。

**`2.2.2 SHA (Secure Hash Algorithm 安全散列算法)`**

SHA（Secure Hash Algorithm）是由美国专门制定密码算法的标准机构——美国国家标准技术研究院（NIST）制定的，SHA系列算法的摘要长度分别为：SHA-1为20字节（160位）、SHA-224为32字节（224位）、SHA-256为32字节（256位）、SHA-384为48字节（384位）、SHA-512为64字节（512位），由于它产生的数据摘要的长度更长，因此更难以发生碰撞，因此较之MD5更为安全，它是未来数据摘要算法的发展方向。由于SHA系列算法的数据摘要长度较长，因此其运算速度与MD5相比，也相对较慢。

目前SHA1的应用较为广泛，主要应用于CA和数字证书中，另外在目前互联网中流行的BT软件中，也是使用SHA1来进行文件校验的。

算法推理可参考 [https://blog.csdn.net/sqc3375177/article/details/82085276][https_blog.csdn.net_sqc3375177_article_details_82085276]

**2.2.3 `MAC (Hash Message Authentication Code 散列消息鉴别码)`**

MAC算法 (Message Authentication Codes消息认证码算法) 含有密钥的散列函数算法，兼容了MD和SHA算法的特性，并在此基础上加上了密钥。因此MAC算法也经常被称作HMAC算法。消息的散列值由只有通信双方知道的密钥来控制。此时Hash值称作MAC。

**流程分析：**

甲乙双方进行数据交换可以采取如下流程：

1.甲方向乙方公布摘要算法（就是指定要使用的摘要算法名）

2.甲乙双方按照约定构造密钥，双方拥有相同的密钥（一般是一方构造密钥后通知另外一方，此过程不需要通过程序实现，就是双方约定个字符串，但是这个字符串可不是随便设定的，也是通过相关算法获取的）

3.甲方使用密钥对消息做摘要处理，然后将消息和生成的摘要消息一同发送给乙方

4.乙方收到消息后，使用甲方已经公布的摘要算法+约定好的密钥 对收到的消息进行摘要处理。然后比对自己的摘要消息和甲方发过来的摘要消息。甄别消息是否是甲方发送过来的。

#### 2.3 对称加密 ####

*  DES : Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的块算法，1977年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），并授权在非密级政府通信中使用，随后该算法在国际上广泛流传开来。可参考 [https://www.zhihu.com/question/36767829][https_www.zhihu.com_question_36767829]
 *  AES : Advanced Encryption Standard, 高级加密标准 .在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。

特点：

*  加密速度快, 可以加密大文件
 *  密文可逆, 一旦密钥文件泄漏, 就会导致数据暴露
 *  加密后编码表找不到对应字符, 出现乱码
 *  一般结合Base64使用

#### 2.4 非对称加密 ####

非对称加密(公钥加密)：指加密和解密使用不同[密钥][Link 2]的加密算法，也称为公[私钥][Link 3]加密。假设两个用户要加密交换数据，双方交换[公钥][Link 4]，使用时一方用对方的公钥加密，另一方即可用自己的私钥解密。

常用的算法有[RSA][]、[Elgamal][]、背包算法、Rabin、D-H、[ECC][]（椭圆曲线加密算法）。其中使用最广泛的是RSA算法，Elgamal是另一种常用的非[对称加密算法][Link 5]。

可参考[https://blog.csdn.net/u014294681/article/details/86705999][https_blog.csdn.net_u014294681_article_details_86705999]

参考：

[https://blog.csdn.net/qq\_34845394/article/details/102720422][https_blog.csdn.net_qq_34845394_article_details_102720422]

[https://blog.csdn.net/love\_moon821/article/details/79843845][https_blog.csdn.net_love_moon821_article_details_79843845]

[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E5%BD%A9%E8%99%B9%E8%A1%A8
[https_blog.csdn.net_sqc3375177_article_details_82085276]: https://blog.csdn.net/sqc3375177/article/details/82085276
[https_www.zhihu.com_question_36767829]: https://www.zhihu.com/question/36767829
[Link 2]: https://baike.baidu.com/item/%E5%AF%86%E9%92%A5
[Link 3]: https://baike.baidu.com/item/%E7%A7%81%E9%92%A5
[Link 4]: https://baike.baidu.com/item/%E5%85%AC%E9%92%A5
[RSA]: https://baike.baidu.com/item/RSA
[Elgamal]: https://baike.baidu.com/item/Elgamal
[ECC]: https://baike.baidu.com/item/ECC
[Link 5]: https://baike.baidu.com/item/%E5%AF%B9%E7%A7%B0%E5%8A%A0%E5%AF%86%E7%AE%97%E6%B3%95
[https_blog.csdn.net_u014294681_article_details_86705999]: https://blog.csdn.net/u014294681/article/details/86705999
[https_blog.csdn.net_qq_34845394_article_details_102720422]: https://blog.csdn.net/qq_34845394/article/details/102720422
[https_blog.csdn.net_love_moon821_article_details_79843845]: https://blog.csdn.net/love_moon821/article/details/79843845