加密演算法效率

A. 屬於對稱加密演算法的有哪些

主要有DES演算法，3DES演算法，TDEA演算法，Blowfish演算法，RC5演算法，IDEA演算法。

對稱加密演算法的特點是演算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。優點在於加解密的高速度和使用長密鑰時的難破解性，缺點是交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。

對稱演算法的安全性依賴於密鑰，泄漏密鑰就意味著任何人都可以對他們發送或接收的消息解密，所以密鑰的保密性對通信的安全性至關重要。

(1)加密演算法效率擴展閱讀

常見的加密演算法

DES演算法是密碼體制中的對稱密碼體制，把64位的明文輸入塊變為64位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是64位。

3DES是基於DES的對稱演算法，對一塊數據用三個不同的密鑰進行三次加密，強度更高。

RC2和RC4是對稱演算法，用變長密鑰對大量數據進行加密，比DES快。

IDEA演算法是在DES演算法的基礎上發展出來的，是作為迭代的分組密碼實現的，使用128位的密鑰和8個循環。

RSA是由RSA公司發明，是一個支持變長密鑰的公共密鑰演算法，需要加密的文件塊的長度也是可變的，非對稱演算法。

DSA，即數字簽名演算法，是一種標準的 DSS（數字簽名標准），嚴格來說不算加密演算法。

AES是高級加密標准對稱演算法，是下一代的加密演算法標准，速度快，安全級別高，在21世紀AES 標準的一個實現是 Rijndael演算法。

Blowfish演算法是一個64位分組及可變密鑰長度的對稱密鑰分組密碼演算法，可用來加密64比特長度的字元串。

B. 對稱加密的優缺點

對稱加密演算法的優點是演算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。
對稱加密演算法的缺點是在數據傳送前，發送方和接收方必須商定好秘鑰，然後使雙方都能保存好秘鑰。其次如果一方的秘鑰被泄露，那麼加密信息也就不安全了。另外，每對用戶每次使用對稱加密演算法時，都需要使用其他人不知道的唯一秘鑰，這會使得收、發雙方所擁有的鑰匙數量巨大，密鑰管理成為雙方的負擔。

C. Advanced Encryption Standard（AES） 加密演算法簡介

AES（The Advanced Encryption Standard）是美國國家標准與技術研究所用於加密電子數據的規范。它被預期能成為人們公認的加密包括金融、電信和政府數字信息的方法。美國國家標准與技術研究所(NIST)在2002年5月26日建立了新的高級數據加密標准(AES)規范。AES是一個新的可以用於保護電子數據的加密演算法。

1998年National Institute of Standards and Technology（NIST）開始AES第一輪分析、測試和徵集，共產生了15個候選演算法。其中包括CAST-256, CRYPTON, DEAL, DFC, E2, FROG, HPC, LOKI97, MAGENTA, MARS,RC6, Rijndael, SAFER+, Serpent, Twofish。 其中五個候選演算法進入第二輪: MARS, RC6, Rijndael, Serpent, andTwofish. 1999年3月完成了第二輪AES2的分析、測試，最終確認Rijndael演算法獲得勝利。NIST於2002年5月26日制定了新的高級加密標准（AES）規范。

AES是典型的對稱加密演算法，應用廣泛。數據發信方將明文和加密密鑰一起經過特殊加密演算法處理後，使其變成復雜的加密密文發送出去。收信方收到密文後，若想解讀原文，則需要使用加密用過的密鑰及相同演算法的逆演算法對密文進行解密，才能使其恢復成可讀明文。在對稱加密演算法中，使用的密鑰只有一個，發收信雙方都使用這個密鑰對數據進行加密和解密，這就要求解密方事先必須知道加密密鑰。其優點是對稱加密演算法的特點是演算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。不足之處是，雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。

在此扯一下題外話，不對稱加密演算法，比如著名的RSA演算法，使用兩把完全不同但又是完全匹配的一對鑰匙----公鑰和私鑰。在使用不對稱加密演算法加密文件時，只有使用匹配的一對公鑰和私鑰，才能完成對明文的加密和解密過程。加密明文時採用公鑰加密，解密密文時使用私鑰才能完成，而且加密者知道收信方的公鑰，只有解密者才是唯一知道自己私鑰的人。

AES演算法基於排列和置換運算。排列是對數據重新進行安排，置換是將一個數據單元替換為另一個。AES使用幾種不同的方法來執行排列和置換運算。AES是一個迭代的、對稱密鑰分組的密碼，它可以使用128、192和256位密鑰，並且用128位（16位元組）分組加密和解密數據。與公共密鑰加密使用密鑰對不同，對稱密鑰密碼使用相同的密鑰加密和解密數據。通過分組密碼返回的加密數據的位數與輸入數據相同。迭代加密使用一個循環結構，在該循環中重復置換和替換輸入數據。密碼學簡介據記載，公元前400年，古希臘人發明了置換密碼。1881年世界上的第一個電話保密專利出現。在第二次世界大戰期間，德國軍方啟用「恩尼格瑪」密碼機，密碼學在戰爭中起著非常重要的作用。

AES加密過程是在一個4×4的位元組矩陣上運作，這個矩陣又稱為「state」，其初值就是一個明文區塊（矩陣中一個元素大小就是明文區塊中的一個Byte）。加密時，各輪AES加密循環（除最後一輪外）均包含4個步驟：

1.AddRoundKey — 矩陣中的每一個位元組都與該次round key做XOR運算；每個子密鑰由密鑰生成方案產生。
2.SubBytes — 通過一個非線性的替換函數，用查找表的方式把每個位元組替換成對應的位元組。
3.ShiftRows — 將矩陣中的每個橫列進行循環式移位。
4.MixColumns — 為了充分混合矩陣中各個直行的操作。這個步驟使用線性轉換來混合每內聯的四個位元組。

D. 幾種常用數據加密演算法的比較

幾種對稱性加密演算法：AES,DES,3DES
DES是一種分組數據加密技術（先將數據分成固定長度的小數據塊，之後進行加密），速度較快，適用於大量數據加密，而3DES是一種基於DES的加密演算法，使用3個不同密匙對同一個分組數據塊進行3次加密，如此以使得密文強度更高。
相較於DES和3DES演算法而言，AES演算法有著更高的速度和資源使用效率，安全級別也較之更高了，被稱為下一代加密標准。
幾種非對稱性加密演算法：RSA,DSA,ECC
RSA和DSA的安全性及其它各方面性能都差不多，而ECC較之則有著很多的性能優越，包括處理速度，帶寬要求，存儲空間等等。
幾種線性散列演算法（簽名演算法）：MD5,SHA1,HMAC
這幾種演算法只生成一串不可逆的密文，經常用其效驗數據傳輸過程中是否經過修改，因為相同的生成演算法對於同一明文只會生成唯一的密文，若相同演算法生成的密文不同，則證明傳輸數據進行過了修改。通常在數據傳說過程前，使用MD5和SHA1演算法均需要發送和接收數據雙方在數據傳送之前就知道密匙生成演算法，而HMAC與之不同的是需要生成一個密匙，發送方用此密匙對數據進行摘要處理（生成密文），接收方再利用此密匙對接收到的數據進行摘要處理，再判斷生成的密文是否相同。
對於各種加密演算法的選用：
由於對稱加密演算法的密鑰管理是一個復雜的過程，密鑰的管理直接決定著他的安全性，因此當數據量很小時，我們可以考慮採用非對稱加密演算法。
在實際的操作過程中，我們通常採用的方式是：採用非對稱加密演算法管理對稱演算法的密鑰，然後用對稱加密演算法加密數據，這樣我們就集成了兩類加密演算法的優點，既實現了加密速度快的優點，又實現了安全方便管理密鑰的優點。
如果在選定了加密演算法後，那採用多少位的密鑰呢？一般來說，密鑰越長，運行的速度就越慢，應該根據的我們實際需要的安全級別來選擇，一般來說，RSA建議採用1024位的數字，ECC建議採用160位，AES採用128為即可。

E. 對稱加密演算法的加密演算法主要有哪些

1、3DES演算法

3DES（即Triple DES）是DES向AES過渡的加密演算法（1999年，NIST將3-DES指定為過渡的加密標准），加密演算法，其具體實現如下：設Ek()和Dk()代表DES演算法的加密和解密過程，K代表DES演算法使用的密鑰，M代表明文，C代表密文，這樣：

3DES加密過程為：C=Ek3(Dk2(Ek1(M)))

3DES解密過程為：M=Dk1(EK2(Dk3(C)))

2、Blowfish演算法

BlowFish演算法用來加密64Bit長度的字元串。

BlowFish演算法使用兩個「盒」——unsignedlongpbox[18]和unsignedlongsbox[4,256]。

BlowFish演算法中，有一個核心加密函數:BF_En(後文詳細介紹）。該函數輸入64位信息，運算後，以64位密文的形式輸出。用BlowFish演算法加密信息，需要兩個過程：密鑰預處理和信息加密。

分別說明如下：

密鑰預處理：

BlowFish演算法的源密鑰——pbox和sbox是固定的。我們要加密一個信息，需要自己選擇一個key，用這個key對pbox和sbox進行變換，得到下一步信息加密所要用的key_pbox和key_sbox。具體的變化演算法如下：

1)用sbox填充key_sbox

2)用自己選擇的key8個一組地去異或pbox，用異或的結果填充key_pbox。key可以循環使用。

比如說：選的key是"abcdefghijklmn"。則異或過程為：

key_pbox[0]=pbox[0]abcdefgh；

key_pbox[1]=pbox[1]ijklmnab；

…………

…………

如此循環，直到key_pbox填充完畢。

3)用BF_En加密一個全0的64位信息，用輸出的結果替換key_pbox[0]和key_pbox[1],i=0；

4)用BF_En加密替換後的key_pbox,key_pbox[i+1]，用輸出替代key_pbox[i+2]和key_pbox[i+3]；

5)i+2，繼續第4步，直到key_pbox全部被替換；

6)用key_pbox[16]和key_pbox[17]做首次輸入（相當於上面的全0的輸入），用類似的方法，替換key_sbox信息加密。

信息加密就是用函數把待加密信息x分成32位的兩部分:xL,xRBF_En對輸入信息進行變換。

3、RC5演算法

RC5是種比較新的演算法，Rivest設計了RC5的一種特殊的實現方式，因此RC5演算法有一個面向字的結構：RC5-w/r/b，這里w是字長其值可以是16、32或64對於不同的字長明文和密文塊的分組長度為2w位，r是加密輪數，b是密鑰位元組長度。

(5)加密演算法效率擴展閱讀：

普遍而言，有3個獨立密鑰的3DES（密鑰選項1）的密鑰長度為168位（三個56位的DES密鑰），但由於中途相遇攻擊，它的有效安全性僅為112位。密鑰選項2將密鑰長度縮短到了112位，但該選項對特定的選擇明文攻擊和已知明文攻擊的強度較弱，因此NIST認定它只有80位的安全性。

對密鑰選項1的已知最佳攻擊需要約2組已知明文，2部，2次DES加密以及2位內存（該論文提到了時間和內存的其它分配方案）。

這在現在是不現實的，因此NIST認為密鑰選項1可以使用到2030年。若攻擊者試圖在一些可能的（而不是全部的）密鑰中找到正確的，有一種在內存效率上較高的攻擊方法可以用每個密鑰對應的少數選擇明文和約2次加密操作找到2個目標密鑰中的一個。

F. 對稱加密演算法的優點有哪些

演算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。

對稱加密演算法的優點在於加解密的高速度和使用長密鑰時的難破解性。假設兩個用戶需要使用對稱加密方法加密然後交換數據，則用戶最少需要2個密鑰並交換使用，如果企業內用戶有n個，則整個企業共需要n×(n-1) 個密鑰，密鑰的生成和分發將成為企業信息部門的惡夢。

對稱加密演算法的安全性取決於加密密鑰的保存情況，但要求企業中每一個持有密鑰的人都保守秘密。

(6)加密演算法效率擴展閱讀：

對稱加密演算法缺點：

交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。此外，每對用戶每次使用對稱加密演算法時，都需要使用其他人不知道的唯一鑰匙，這會使得發收信雙方所擁有的鑰匙數量呈幾何級數增長，密鑰管理成為用戶的負擔。

對稱加密演算法在分布式網路系統上使用較為困難，主要是因為密鑰管理困難，使用成本較高。而與公開密鑰加密演算法比起來，對稱加密演算法能夠提供加密和認證卻缺乏了簽名功能，使得使用范圍有所縮小。

G. 快速了解常用的對稱加密演算法，再也不用擔心面試官的刨根問底

加密演算法通常被分為兩種： 對稱加密 和 非對稱加密 。其中，對稱加密演算法在加密和解密時使用的密鑰相同；非對稱加密演算法在加密和解密時使用的密鑰不同，分為公鑰和私鑰。此外，還有一類叫做 消息摘要演算法 ，是對數據進行摘要並且不可逆的演算法。

這次我們了解一下對稱加密演算法。

對稱加密演算法在加密和解密時使用的密鑰相同，或是使用兩個可以簡單地相互推算的密鑰。在大多數的對稱加密演算法中，加密和解密的密鑰是相同的。

它要求雙方在安全通信之前，商定一個密鑰。對稱演算法的安全性依賴於密鑰，泄漏密鑰就意味著任何人都可以對他們發送的信息進行解密，這也是對稱加密演算法的主要缺點之一。

常見的對稱加密演算法有：DES演算法、3DES演算法、AES演算法。

DES演算法（Data Encryption Standard）是一種常見的分組加密演算法。

分組加密演算法是將明文分成固定長度的組，每一組都採用同一密鑰和演算法進行加密，輸出也是固定長度的密文。

由IBM公司在1972年研製，1976年被美國聯邦政府的國家標准局確定為聯邦資料處理標准（FIPS），隨後在國際上廣泛流傳開來。

在DES演算法中，密鑰固定長度為64位。明文按64位進行分組，分組後的明文組和密鑰按位置換或交換的方法形成密文組，然後再把密文組拼裝成密文。

密鑰的每個第八位設置為奇偶校驗位，也就是第8、16、24、32、40、48、56、64位，所以密鑰的實際參與加密的長度為56位。

我們用Java寫個例子：

運行結果如下：

DES現在已經不是一種安全的加密方法，主要因為它使用的密鑰過短，很容易被暴力破解。

3DES演算法（Triple Data Encryption Algorithm）是DES演算法的升級版本，相當於是對明文進行了三次DES加密。

由於計算機運算能力的增強，DES演算法由於密鑰長度過低容易被暴力破解；3DES演算法提供了一種相對簡單的方法，即通過增加DES的密鑰長度來避免類似的攻擊，而不是設計一種全新的塊密碼演算法。

在DES演算法中，密鑰固定長度為192位。在加密和解密時，密鑰會被分為3個64位的密鑰。

加密過程如下：

解密過程如下：

我們用Java寫個例子：

運行結果如下：

雖然3DES演算法在安全性上有所提升，但是因為使用了3次DES演算法，加密和解密速度比較慢。

AES（Advanced Encryption Standard，高級加密標准）主要是為了取代DES加密演算法的，雖然出現了3DES的加密方法，但由於它的加密時間是DES演算法的3倍多，密鑰位數還是不能滿足對安全性的要求。

1997年1月2號，美國國家標准與技術研究院（NIST）宣布希望徵集高級加密標准，用以取代DES。全世界很多密碼工作者都提交了自己設計的演算法。經過甄選流程，高級加密標准由美國國家標准與技術研究院於2001年11月26日發布於FIPS PUB 197，並在2002年5月26日成為有效的標准。

該演算法為比利時密碼學家Joan Daemen和Vincent Rijmen所設計，結合兩位作者的名字，以 Rijndael 為名投稿高級加密標準的甄選流程。

AES演算法的密鑰長度是固定，密鑰的長度可以使用128位、192位或256位。

AES演算法也是一種分組加密演算法，其分組長度只能是128位。分組後的明文組和密鑰使用幾種不同的方法來執行排列和置換運算形成密文組，然後再把密文組拼裝成密文。

我們用Java寫個例子：

運行結果如下：

AES演算法是目前應用最廣泛的對稱加密演算法。

對稱加密演算法在加密和解密時使用的密鑰相同，常見的對稱加密演算法有：DES演算法、3DES演算法、AES演算法。
由於安全性低、加密解密效率低，DES演算法和3DES演算法是不推薦使用的，AES演算法是目前應用最廣泛的對稱加密演算法。

H. 對稱加密演算法的特點

對稱加密演算法的特點是演算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。
不足之處是，交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。此外，每對用戶每次使用對稱加密演算法時，都需要使用其他人不知道的惟一鑰匙，這會使得發收信雙方所擁有的鑰匙數量呈幾何級數增長，密鑰管理成為用戶的負擔。對稱加密演算法在分布式網路系統上使用較為困難，主要是因為密鑰管理困難，使用成本較高。而與公開密鑰加密演算法比起來，對稱加密演算法能夠提供加密和認證卻缺乏了簽名功能，使得使用范圍有所縮小。在計算機專網系統中廣泛使用的對稱加密演算法有DES和IDEA等。美國國家標准局倡導的AES即將作為新標准取代DES。

I. 試比較對稱加密演算法與非對稱加密演算法在應用中的優缺點傳統密碼體制與公鑰密碼體制的優缺點

1、對稱加密演算法

優點

加解密的高速度和使用長密鑰時的難破解性。

缺點

對稱加密演算法的安全性取決於加密密鑰的保存情況，但要求企業中每一個持有密鑰的人都保守秘密是不可能的，他們通常會有意無意的把密鑰泄漏出去。如果一個用戶使用的密鑰被入侵者所獲得，入侵者便可以讀取該用戶密鑰加密的所有文檔，如果整個企業共用一個加密密鑰，那整個企業文檔的保密性便無從談起。

2、非對稱加密演算法

優點

非對稱密鑰體制有兩種密鑰，其中一個是公開的，這樣就可以不需要像對稱密碼那樣傳輸對方的密鑰了。這樣安全性就大了很多。

缺點

演算法強度復雜、安全性依賴於演算法與密鑰但是由於其演算法復雜，而使得加密解密速度沒有對稱加密解密的速度快。

3、傳統密碼體制

優點

由於DES加密速度快，適合加密較長的報文。

缺點

通用密鑰密碼體制的加密密鑰和解密密鑰是通用的，即發送方和接收方使用同樣密鑰的密碼體制。

4、公鑰密碼體制

優點

RSA演算法的加密密鑰和加密演算法分開，使得密鑰分配更為方便。

RSA演算法解決了大量網路用戶密鑰管理的難題。

缺點

RSA的密鑰很長，加密速度慢。

(9)加密演算法效率擴展閱讀

W.Diffie和M.Hellman 1976年在IEEE Trans.on Information刊物上發表了「 New Direction in Cryptography」文章，提出了「非對稱密碼體制即公開密鑰密碼體制」的概念，開創了密碼學研究的新方向。

在通用密碼體制中，得到廣泛應用的典型演算法是DES演算法。DES是由「轉置」方式和「換字」方式合成的通用密鑰演算法，先將明文（或密文）按64位分組，再逐組將64位的明文（或密文），用56位（另有8位奇偶校驗位，共64位）的密鑰，經過各種復雜的計算和變換，生成64位的密文（或明文），該演算法屬於分組密碼演算法。