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美國人設計的加密演算法

發布時間:2022-07-21 21:49:38

1. 1974年ibm兩個學者發明了什麼加密演算法

DES演算法。IBM公司的W.Tuchman和C.Meyer,於1971-1972年研製成功。

2. 最著名的私鑰加密演算法是

MD5的全稱是Message-Digest Algorithm 5,在90年代初由MIT的計算機科學實驗室和RSA Data Security Inc發明,經MD2、MD3和MD4發展而來。
MD5將任意長度的「位元組串」變換成一個128bit的大整數,並且它是一個不可逆的字元串變換演算法,換句話說就是,即使你看到源程序和演算法描述,也無法將一個MD5的值變換回原始的字元串,從數學原理上說,是因為原始的字元串有無窮多個,這有點象不存在反函數的數學函數。
MD5的典型應用是對一段Message(位元組串)產生fingerprint(指紋),以防止被「篡改」。舉個例子,你將一段話寫在一個叫 readme.txt文件中,並對這個readme.txt產生一個MD5的值並記錄在案,然後你可以傳播這個文件給別人,別人如果修改了文件中的任何內容,你對這個文件重新計算MD5時就會發現。如果再有一個第三方的認證機構,用MD5還可以防止文件作者的「抵賴」,這就是所謂的數字簽名應用。
MD5還廣泛用於加密和解密技術上,在很多操作系統中,用戶的密碼是以MD5值(或類似的其它演算法)的方式保存的, 用戶Login的時候,系統是把用戶輸入的密碼計算成MD5值,然後再去和系統中保存的MD5值進行比較,而系統並不「知道」用戶的密碼是什麼。
RSA是第一個既能用於數據加密也能用於數字簽名的演算法。它易於理解和操作,也很流行。演算法的名字以發明者的名字命名:Ron Rivest, Adi Shamir 和Leonard Adleman。但RSA的安全性一直未能得到理論上的證明。它經歷了各種攻擊,至今未被完全攻破。
DES演算法
美國國家標准局1973年開始研究除國防部外的其它部門的計算機系統的數據加密標准,於1973年5月15日和1974年8月27日先後兩次向公眾發出了徵求加密演算法的公告。 1977年1月,美國政府頒布:採納IBM公司設計的方案作為非機密數據的正式數據加密標准(DES?Data Encryption Standard)。

3. 誰幫我介紹下加密對稱演算法

A.對稱加密技術 a. 描述 對稱演算法(symmetric algorithm),有時又叫傳統密碼演算法,就是加密密鑰能夠從解密密鑰中推算出來,同時解密密鑰也可以從加密密鑰中推算出來。而在大多數的對稱演算法中,加密密鑰和解密密鑰是相同的。所以也稱這種加密演算法為秘密密鑰演算法或單密鑰演算法。它要求發送方和接收方在安全通信之前,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或接收的消息解密,所以密鑰的保密性對通信性至關重要。 b.特點分析 對稱加密的優點在於演算法實現後的效率高、速度快。 對稱加密的缺點在於密鑰的管理過於復雜。如果任何一對發送方和接收方都有他們各自商議的密鑰的話,那麼很明顯,假設有N個用戶進行對稱加密通信,如果按照上述方法,則他們要產生N(N-1)把密鑰,每一個用戶要記住或保留N-1把密鑰,當N很大時,記住是不可能的,而保留起來又會引起密鑰泄漏可能性的增加。常用的對稱加密演算法有DES,DEA等。 B.非對稱加密技術 a.描述 非對稱加密(dissymmetrical encryption),有時又叫公開密鑰演算法(public key algorithm)。這種加密演算法是這樣設計的:用作加密的密鑰不同於用作解密的密鑰,而且解密密鑰不能根據加密密鑰計算出來(至少在合理假定的長時間內)。之所以又叫做公開密鑰演算法是由於加密密鑰可以公開,即陌生人可以得到它並用來加密信息,但只有用相應的解密密鑰才能解密信息。在這種加密演算法中,加密密鑰被叫做公開密鑰(public key),而解密密鑰被叫做私有密鑰(private key)。 b.特點分析 非對稱加密的缺點在於演算法實現後的效率低、速度慢。 非對稱加密的優點在於用戶不必記憶大量的提前商定好的密鑰,因為發送方和接收方事先根本不必商定密鑰,發放方只要可以得到可靠的接收方的公開密鑰就可以給他發送信息了,而且即使雙方根本互不相識。但為了保證可靠性,非對稱加密演算法需要一種與之相配合使用的公開密鑰管理機制,這種公開密鑰管理機制還要解決其他一些公開密鑰所帶來的問題。常用的非對稱加密演算法有RSA等。 (3) 關於密碼技術 密碼技術包括加密技術和密碼分析技術,也即加密和解密技術兩個方面。在一個新的加密演算法的研發需要有相應的數學理論證明,證明這個演算法的安全性有多高,同時還要從密碼分析的角度對這個演算法進行安全證明,說明這個演算法對於所知的分析方法來說是有防範作用的。 三、對稱加密演算法分析 對稱加密演算法的分類 對稱加密演算法可以分成兩類:一類為序列演算法(stream algorithm):一次只對明文中單個位(有時為位元組)加密或解密運算。另一類為分組演算法(block algorithm):一次明文的一組固定長度的位元組加密或解密運算。 現代計算機密碼演算法一般採用的都是分組演算法,而且一般分組的長度為64位,之所以如此是由於這個長度大到足以防止分析破譯,但又小到足以方便使用。 1.DES加密演算法 (Data Encryption Standard )
(1) 演算法簡介
1973 年 5 月 15 日,美國國家標准局 (NBS) 在「聯邦注冊」上發布了一條通知,徵求密碼演算法,用於在傳輸和存儲期間保護數據。IBM 提交了一個候選演算法,它是 IBM 內部開發的,名為 LUCIFER。在美國國家安全局 (NSA) 的「指導」下完成了演算法評估之後,在 1977 年 7 月 15 日,NBS 採納了 LUCIFER 演算法的修正版作為新的數據加密標准。
原先規定使用10年,但由於新的加密標准還沒有完成,所以DES演算法及其的變形演算法一直廣泛的應用於信息加密方面。 (2) 演算法描述 (包括加密和解密)
Feistel結構(畫圖說明)。

DES 的工作方式:可怕的細節
DES 將消息分成 64 位(即 16 個十六進制數)一組進行加密。DES 使用「密鑰」進行加密,從符號的角度來看,「密鑰」的長度是 16 個十六進制數(或 64 位)。但是,由於某些原因(可能是因為 NSA 給 NBS 的「指引」),DES 演算法中每逢第 8 位就被忽略。這造成密鑰的實際大小變成 56 位。編碼系統對「強行」或「野蠻」攻擊的抵抗力與其密鑰空間或者系統可能有多少密鑰有直接關系。使用的位數越多轉換出的密鑰也越多。密鑰越多,就意味著強行攻擊中計算密鑰空間中可能的密鑰范圍所需的時間就越長。從總長度中切除 8 位就會在很大程度上限制了密鑰空間,這樣系統就更容易受到破壞。
DES 是塊加密演算法。這表示它處理特定大小的純文本塊(通常是 64 位),然後返回相同大小的密碼塊。這樣,64 位(每位不是 0 就是 1)有 264 種可能排列,DES 將生成其中的一種排列。每個 64 位的塊都被分成 L、R 左右兩塊,每塊 32 位。
DES 演算法使用以下步驟:
1. 創建 16 個子密鑰,每個長度是 48 位。根據指定的順序或「表」置換 64 位的密鑰。如果表中的第一項是 "27",這表示原始密鑰 K 中的第 27 位將變成置換後的密鑰 K+ 的第一位。如果表的第二項是 36,則這表示原始密鑰中的第 36 位將變成置換後密鑰的第二位,以此類推。這是一個線性替換方法,它創建了一種線性排列。置換後的密鑰中只出現了原始密鑰中的 56 位。
2. 接著,將這個密鑰分成左右兩半,C0 和 D0,每一半 28 位。定義了 C0 和 D0 之後,創建 16 個 Cn 和 Dn 塊,其中 1<=n<=16。每一對 Cn 和 Dn 塊都通過使用標識「左移位」的表分別從前一對 Cn-1 和 Dn-1 形成,n = 1, 2, ..., 16,而「左移位」表說明了要對哪一位進行操作。在所有情況下,單一左移位表示這些位輪流向左移動一個位置。在一次左移位之後,28 個位置中的這些位分別是以前的第 2、3……28 位。
通過將另一個置換表應用於每一個 CnDn 連接對,從而形成密鑰 Kn,1<=n<=16。每一對有 56 位,而置換表只使用其中的 48 位,因為每逢第 8 位都將被忽略。
3. 編碼每個 64 位的數據塊。
64 位的消息數據 M 有一個初始置換 IP。這將根據置換表重新排列這些位,置換表中的項按這些位的初始順序描述了它們新的排列。我們以前見過這種線性表結構。
使用函數 f 來生成一個 32 位的塊,函數 f 對兩個塊進行操作,一個是 32 位的數據塊,一個是 48 位的密鑰 Kn,連續迭代 16 次,其中 1<=n<=16。用 + 表示 XOR 加法(逐位相加,模除 2)。然後,n 從 1 到 16,計算 Ln = Rn-1 Rn = Ln-1 + f(Rn-1,Kn)。即在每次迭代中,我們用前一結果的右邊 32 位,並使它們成為當前步驟中的左邊 32 位。對於當前步驟中的右邊 32 位,我們用演算法 f XOR 前一步驟中的左邊 32 位。
要計算 f,首先將每一塊 Rn-1 從 32 位擴展到 48 位。可以使用選擇表來重復 Rn-1 中的一些位來完成這一操作。這個選擇表的使用就成了函數 f。因此 f(Rn-1) 的輸入塊是 32 位,輸出塊是 48 位。f 的輸出是 48 位,寫成 8 塊,每塊 6 位,這是通過根據已知表按順序選擇輸入中的位來實現的。
我們已經使用選擇表將 Rn-1 從 32 位擴展成 48 位,並將結果 XOR 密鑰 Kn。現在有 48 位,或者是 8 組,每組 6 位。每組中的 6 位現在將經歷一次變換,該變換是演算法的核心部分:在叫做「S 盒」的表中,我們將這些位當作地址使用。每組 6 位在不同的 S 盒中表示不同的地址。該地址中是一個 4 位數字,它將替換原來的 6 位。最終結果是 8 組,每組 6 位變換成 8 組,每組 4 位(S 盒的 4 位輸出),總共 32 位。
f 計算的最後階段是對 S 盒輸出執行置換 P,以得到 f 的最終值。f 的形式是 f = P(S1(B1)S2(B2)...S8(B8))。置換 P 根據 32 位輸入,在以上的過程中通過置換輸入塊中的位,生成 32 位輸出。

解密只是加密的逆過程,使用以上相同的步驟,但要逆轉應用子密鑰的順序。DES 演算法是可逆的
(2) 演算法的安全性分析
在知道一些明文和密文分組的條件下,從理論上講很容易知道對DES進行一次窮舉攻擊的復雜程度:密鑰的長度是56位,所以會有 種的可能的密鑰。
在1993年的一年一度的世界密碼大會上,加拿大北方電信公司貝爾實驗室的 Michael Wiener 描述了如何構造一台專用的機器破譯DES,該機器利用一種每秒能搜索5000萬個密鑰的專用晶元。而且此機器的擴展性很好,投入的經費越多則效率越高。用100萬美元構造的機器平均3.5小時就可以破譯密碼。
如果不用專用的機器,破譯DES也有其他的方法。在1994年的世界密碼大會上,M.Matsui 提出一種攻克DES的新方法--"線性密碼分析"法。它可使用平均 個明文及其密文,在12台HP9000/735工作站上用此方法的軟體實現,花費50天時間完成對DES的攻擊。
如前所述DES作為加密演算法的標准已經二十多年了,可以說是一個很老的演算法,而在新的加密演算法的國際標准出現之前,許多DES的加固性改進演算法仍有實用價值,在本文的3.4節詳細的描述,同時考慮的以上所述DES的安全性已受到了威脅。
(4) 演算法的變體 三重DES(TDEA),使用3個密鑰,執行3次DES演算法:
加密:C = Ek3[Dk2[Ek1[P]]] 解密:P = Dk1[Ek2[Dk3[C]]]
特點:安全性得到增強,但是速度變慢。
2.AES
自 20 世紀 70 年代以來一直廣泛使用的「數據加密標准」(DES) 日益顯出衰老的痕跡,而一種新的演算法 -- Rijndael -- 正順利地逐漸變成新標准。這里,Larry Loeb 詳細說明了每一種演算法,並提供了關於為什麼會發生這種變化的內幕信息。
DES 演算法是全世界最廣泛使用的加密演算法。最近,就在 2000 年 10 月,它在其初期就取得的硬體方面的優勢已經阻礙了其發展,作為政府加密技術的基礎,它已由「高級加密標准」(AES) 中包含的另一種加密演算法代替了。AES 是指定的標准密碼系統,未來將由政府和銀行業用戶使用。AES 用來實際編碼數據的加密演算法與以前的 DES 標准不同。我們將討論這是如何發生的,以及 AES 中的 Rijndael 演算法是如何取代 DES 的演算法的。
「高級加密標准」成就
但直到 1997 年,美國國家標准技術局 (NIST) 才開始打著 AES 項目的旗幟徵集其接任者。1997 年 4 月的一個 AES 研討會宣布了以下 AES 成就的最初目標:
• 可供政府和商業使用的功能強大的加密演算法
• 支持標准密碼本方式
• 要明顯比 DES 3 有效
• 密鑰大小可變,這樣就可在必要時增加安全性
• 以公正和公開的方式進行選擇
• 可以公開定義
• 可以公開評估
AES 的草案中最低可接受要求和評估標準是:
A.1 AES 應該可以公開定義。
A.2 AES 應該是對稱的塊密碼。
A.3 AES 應該設計成密鑰長度可以根據需要增加。
A.4 AES 應該可以在硬體和軟體中實現。
A.5 AES 應該 a) 可免費獲得。
A.6 將根據以下要素評價符合上述要求的演算法:
1. 安全性(密碼分析所需的努力)
2. 計算效率
3. 內存需求
4. 硬體和軟體可適用性
5. 簡易性
6. 靈活性
7. 許可證需求(見上面的 A5)
Rijndael:AES 演算法獲勝者
1998年8月20日NIST召開了第一次AES侯選會議,並公布了15個AES侯選演算法。經過一年的考察,MARS,RC6,Rijndael,Serpent,Twofish共5種演算法通過了第二輪的選拔。2000 年 10 月,NIST 選擇 Rijndael(發音為 "Rhine dale")作為 AES 演算法。它目前還不會代替 DES 3 成為政府日常加密的方法,因為它還須通過測試過程,「使用者」將在該測試過程後發表他們的看法。但相信它可以順利過關。
Rijndael 是帶有可變塊長和可變密鑰長度的迭代塊密碼。塊長和密鑰長度可以分別指定成 128、192 或 256 位。
Rijndael 中的某些操作是在位元組級上定義的,位元組表示有限欄位 GF(28) 中的元素,一個位元組中有 8 位。其它操作都根據 4 位元組字定義。
加法照例對應於位元組級的簡單逐位 EXOR。
在多項式表示中,GF(28) 的乘法對應於多項式乘法模除階數為 8 的不可約分二進制多項式。(如果一個多項式除了 1 和它本身之外沒有其它約數,則稱它為不可約分的。)對於 Rijndael,這個多項式叫做 m(x),其中:m(x) = (x8 + x4 + x3 + x + 1) 或者十六進製表示為 '11B'。其結果是一個階數低於 8 的二進制多項式。不像加法,它沒有位元組級的簡單操作。
不使用 Feistel 結構!
在大多數加密演算法中,輪回變換都使用著名的 Feistel 結構。在這個結構中,中間 State 的位部分通常不做更改調換到另一個位置。(這種線性結構的示例是我們在 DES 部分中討論的那些表,即使用固定表的形式交換位。)Rijndael 的輪回變換不使用這個古老的 Feistel 結構。輪回變換由三個不同的可逆一致變換組成,叫做層。(「一致」在這里表示以類似方法處理 State 中的位。)
線性混合層保證了在多個輪回後的高度擴散。非線性層使用 S 盒的並行應用,該應用程序有期望的(因此是最佳的)最差非線性特性。S 盒是非線性的。依我看來,這就 DES 和 Rijndael 之間的密鑰概念差異。密鑰加法層是對中間 State 的輪回密鑰 (Round Key) 的簡單 EXOR,如以下所注。

Rijndael演算法

加密演算法
Rijndael演算法是一個由可變數據塊長和可變密鑰長的迭代分組加密演算法,數據塊長和密鑰長可分別為128,192或256比特。
數據塊要經過多次數據變換操作,每一次變換操作產生一個中間結果,這個中間結果叫做狀態。狀態可表示為二維位元組數組,它有4行,Nb列,且Nb等於數據塊長除32。如表2-3所示。

a0,0 a0,1 a0,2 a0,3 a0,4 a0,5
a1,0 a1,1 a1,2 a1,3 a1,4 a1,5
a2,0 a2,1 a2,2 a2,3 a2,4 a2,5
a3,0 a3,1 a3,2 a3,3 a3,4 a3,5

數據塊按a0,0 , a1,0 , a2,0 , a3,0 , a0,1 , a1,1 , a2,1 , a3,1 , a0,2…的順序映射為狀態中的位元組。在加密操作結束時,密文按同樣的順序從狀態中抽取。
密鑰也可類似地表示為二維位元組數組,它有4行,Nk列,且Nk等於密鑰塊長除32。演算法變換的圈數Nr由Nb和Nk共同決定,具體值列在表2-4中。
表3-2 Nb和Nk決定的Nr的值
Nr Nb = 4 Nb = 6 Nb = 8
Nk = 4 10 12 14
Nk = 6 12 12 14
Nk = 8 14 14 14

3.2.1圈變換
加密演算法的圈變換由4個不同的變換組成,定義成:
Round(State,RoundKey)
{
ByteSub(State);
ShiftRow(State);
MixColumn(State);
AddRoundKey(State,RoundKey); (EXORing a Round Key to the State)
}
加密演算法的最後一圈變換與上面的略有不同,定義如下:
FinalRound(State,RoundKey)
{
ByteSub(State);
ShiftRow(State);
AddRoundKey(State,RoundKey);
}

ByteSub變換
ByteSub變換是作用在狀態中每個位元組上的一種非線形位元組變換。這個S盒子是可逆的且由以下兩部分組成:
把位元組的值用它的乘法逆替代,其中『00』的逆就是它自己。
經(1)處理後的位元組值進行如下定義的仿射變換:

y0 1 1 1 1 1 0 0 0 x0 0
y1 0 1 1 1 1 1 0 0 x1 1
y2 0 0 1 1 1 1 1 0 x2 1
y3 0 0 0 1 1 1 1 1 x3 0
y4 = 1 0 0 0 1 1 1 1 x4 + 0
y5 1 1 0 0 0 1 1 1 x5 0
y6 1 1 1 0 0 0 1 1 x6 1
y7 1 1 1 1 0 0 0 1 x7 1

ShiftRow變換
在ShiftRow變換中,狀態的後3行以不同的移位值循環右移,行1移C1位元組,行2移C2位元組,行3移C3位元組。
移位值C1,C2和C3與加密塊長Nb有關,具體列在表2-5中:
表3-3 不同塊長的移位值
Nb C1 C2 C3
4 1 2 3

MixColumn變換
在MixColumn變換中,把狀態中的每一列看作GF(28)上的多項式與一固定多項式c(x)相乘然後模多項式x4+1,其中c(x)為:
c(x) =『03』x3 + 『01』x2 + 『01』x + 『02』
圈密鑰加法
在這個操作中,圈密鑰被簡單地使用異或操作按位應用到狀態中。圈密鑰通過密鑰編製得到,圈密鑰長等於數據塊長Nb。

在這個表示法中,「函數」(Round, ByteSub, ShiftRow,...) 對那些被提供指針 (State, RoundKey) 的數組進行操作。ByteSub 變換是非線性位元組交換,各自作用於每個 State 位元組上。在 ShiftRow 中,State 的行按不同的偏移量循環移位。在 MixColumn 中,將 State 的列視為 GF(28) 多項式,然後乘以固定多項式 c( x ) 並模除 x4 + 1,其中 c( x ) = '03' x3 + '01' x2+ '01' x + '02'。這個多項式與 x4 + 1 互質,因此是可逆的。
輪回密鑰通過密鑰計劃方式從密碼密鑰 (Cipher Key) 派生而出。它有兩個組件:密鑰擴展 (Key Expansion) 和輪回密鑰選擇 (Round Key Selection)。輪回密鑰的總位數等於塊長度乘以輪回次數加 1(例如,塊長度等於 128 位,10 次輪回,那麼就需要 1408 個輪回密鑰位)。
密碼密鑰擴充成擴展密鑰 (Expanded Key)。輪回密鑰是通過以下方法從這個擴展密鑰中派生的:第一個輪回密鑰由前 Nb(Nb = 塊長度)個字組成,第二個由接著的 Nb 個字組成,以此類推。
加密演算法由以下部分組成:初始輪回密鑰加法、Nr-1 個輪回和最後一個輪回。在偽 C 代碼中:
Rijndael(State,CipherKey)
{
KeyExpansion(CipherKey,ExpandedKey);
AddRoundKey(State,ExpandedKey);
For( i=1 ; i<Nr ; i++ ) Round(State,ExpandedKey + Nb*i);
FinalRound(State,ExpandedKey + Nb*Nr).
}
如果已經預先執行了密鑰擴展,則可以根據擴展密鑰指定加密演算法。
Rijndael(State,ExpandedKey)
{
AddRoundKey(State,ExpandedKey);
For( i=1 ; i<Nr ; i++ ) Round(State,ExpandedKey + Nb*i);
FinalRound(State,ExpandedKey + Nb*Nr);
}
由於 Rijndael 是可逆的,解密過程只是顛倒上述的步驟。
最後,開發者將仔細考慮如何集成這種安全性進展,使之成為繼 Rijndael 之後又一個得到廣泛使用的加密演算法。AES 將很快應一般商業團體的要求取代 DES 成為標准,而該領域的發展進步無疑將追隨其後。

3.IDEA加密演算法 (1) 演算法簡介 IDEA演算法是International Data Encryption Algorithmic 的縮寫,意為國際數據加密演算法。是由中國學者朱學嘉博士和著名密碼學家James Massey 於1990年聯合提出的,當時被叫作PES(Proposed Encryption Standard)演算法,後為了加強抵抗差分密碼分,經修改於1992年最後完成,並命名為IDEA演算法。 (2) 演算法描述 這個部分參見論文上的圖 (3) 演算法的安全性分析 安全性:IDEA的密鑰長度是128位,比DES長了2倍多。所以如果用窮舉強行攻擊的話, 么,為了獲得密鑰需要 次搜索,如果可以設計一種每秒能搜索十億把密鑰的晶元,並且 採用十億個晶元來並行處理的話,也要用上 年。而對於其他攻擊方式來說,由於此演算法 比較的新,在設計時已經考慮到了如差分攻擊等密碼分析的威脅,所以還未有關於有誰 發現了能比較成功的攻擊IDEA方法的結果。從這點來看,IDEA還是很安全的。
4.總結
幾種演算法的性能對比
演算法 密鑰長度 分組長度 循環次數
DES 56 64 16
三重DES 112、168 64 48
AES 128、192、256 128 10、12、14
IDEA 128 64 8

速度:在200MHz的奔騰機上的對比。
C++ DJGP(++pgcc101)
AES 30.2Mbps 68.275Mbps
DES(RSAREF) 10.6Mbps 16.7Mbps
3DES 4.4Mbps 7.3Mbps

Celeron 1GHz的機器上AES的速度,加密內存中的數據
128bits密鑰:
C/C++ (Mbps) 匯編(Mbps)
Linux 2.4.7 93 170
Windows2K 107 154
256bits密鑰:
C/C++ (Mbps) 匯編(Mbps)
Linux 2.4.7 76 148
Windows2K 92 135

安全性
1990年以來,特製的"DES Cracker"的機器可在幾個小時內找出一個DES密鑰。換句話說,通過測試所有可能的密鑰值,此硬體可以確定用於加密信息的是哪個密鑰。假設一台一秒內可找出DES密鑰的機器(如,每秒試255個密鑰),如果用它來找出128-bit AES的密鑰,大約需要149萬億年。

四、對稱加密應用 在保密通信中的應用。(保密電話) 附加內容
安全哈希演算法(SHA)
由NIST開發出來的。
此演算法以最大長度不超過264位的消息為輸入,生成160位的消息摘要輸出。主要步驟:
1. 附加填充位
2. 附加長度
3. 初始化MD緩沖區,為160位的數據
A=67452301
B=EFCDAB89
C=89BADCFE
D=10325476
E=C3D2E1F0
4. 處理512位消息塊,將緩沖虛數據和消息塊共同計算出下一個輸出
5. 輸出160位摘要
此外還有其他哈希演算法,如MD5(128位摘要),RIPEMD-160(160位摘要)等。

4. 常用的加密演算法有哪些

對稱密鑰加密

對稱密鑰加密 Symmetric Key Algorithm 又稱為對稱加密、私鑰加密、共享密鑰加密:這類演算法在加密和解密時使用相同的密鑰,或是使用兩個可以簡單的相互推算的密鑰,對稱加密的速度一般都很快。

5. 128位高度加密法是什麼啊!

所謂對稱演算法就是指加密和解密過程均採用同一把密鑰。如DES,3DES,AES等演算法都屬於對稱演算法。下面會對這幾種有代表性的演算法一一做介紹。

DES演算法
DES(Data Encryption Standard)是一種經典的對稱演算法。其數據分組長度為64位,使用的密鑰為64位,有效密鑰長度為56位(有8位用於奇偶校驗)。它由IBM公司在70年代開發,經過政府的加密標准篩選後,於1976年11月被美國政府採用,隨後被美國國家標准局和美國國家標准協會(American National Standard Institute, ANSI) 承認。

該技術演算法公開,在各行業有著廣泛的應用。DES演算法從公布到現在已有20多年的歷史,隨著計算機能力的飛速發展,DES的56位密鑰長度顯得有些短了。現在,已經有可能通過窮舉的方法來對其進行攻擊。但是除此以外,還沒有發現窮舉以外的能有效破譯DES的方法。

三重DES
DES演算法現在已經不能提供足夠的安全性,因為其有效密鑰只有56位。因此,後來又提出了三重DES(或稱3DES),該方法的強度大約和112比特的密鑰強度相當。

這種方法用兩個密鑰對明文進行三次運算。設兩個密鑰是K1和K2,其演算法的步驟:
1. 用密鑰K1進行DES加密。

2. 用K2對步驟1的結果進行DES解密。

3. 用步驟2的結果使用密鑰K1進行DES加密。

13. AES演算法
1997年1月美國國家標准和技術研究所(NIST)宣布徵集新的加密演算法。2000年10月2日,由比利時設計者Joan Daemen和Vincent Rijmen設計的Rijndael演算法以其優秀的性能和抗攻擊能力,最終贏得了勝利,成為新一代的加密標准AES(Advanced Encryption Standard)。

Rijndael加密:

Rijndael是一個密鑰迭代分組密碼,包含了輪變換對狀態的重復作用。輪數Nr 的值取決於分組和密鑰的長度。對於AES,當密鑰長度為128比特時,Nr =10;當密鑰長度為192比特時,Nr =12;當密鑰長度為256比特時,Nr =14。

Rijndael演算法的加密過程如圖1所示。它包括一個初始密鑰加法,記作AddRoundKey,接著進行Nr-1次輪變換(Round),最後再使用一個輪變換(FinalRound)。

輪變換由4個步驟組成:SubBytes,ShiftRows,MixColumns和AddRoundKey。最後一輪與前Nr -1次輪變換稍有不同,省掉了其中的MixColumns步驟。

步驟SubBytes是Rijndael演算法中唯一的非線性變換。

步驟ShiftRows是一個位元組換位,它將狀態中的行按照不同的偏移量進行循環移位。使第i 行第j 位的位元組移動到位置(j -Ci)mod Nb,移動偏移量Ci 的值依賴於Nb 的取值。其中Nb =分組長度/32,對於AES,Nb 取固定長度4。

步驟MixColumns是作用在狀態各列的置換演算法。

密鑰加法AddRoundKey將狀態與一個輪密鑰進行異或。輪密鑰是由密碼密鑰通過密鑰編排方案[1]導出。輪密鑰的長度等於分組的長度。

Rijndael解密:

Rijndael解密演算法有2種形式。一種是直接解密演算法,即直接利用步驟InsubBytes,InvShiftRows,InvMixColumns和AddRoundKey的逆並倒置其次序對數據進行解密。

另一種是等價解密演算法。等價解密演算法有利於有效實現良好的運算次序。

6. DES演算法和RSA演算法的區別

DES演算法全稱為Data Encryption Standard,即數據加密演算法,它是IBM公司於1975年研究成功並公開發表的。DES演算法的入口參數有三個:Key、Data、Mode。其中Key為8個位元組共64位,是DES演算法的工作密鑰;Data也為8個位元組64位,是要被加密或被解密的數據;Mode為DES的工作方式,有兩種:加密或解密。 DES演算法把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,其演算法主要分為兩步: 1初始置換 其功能是把輸入的64位數據塊按位重新組合,並把輸出分為L0、R0兩部分,每部分各長3 2位,其置換規則為將輸入的第58位換到第一位,第50位換到第2位……依此類推,最後一位是原來的第7位。L0、R0則是換位輸出後的兩部分,L0是輸出的左32位,R0是右32位,例:設置換前的輸入值為D1D2D3……D64,則經過初始置換後的結果為:L0=D58D50……D8;R0=D57D49……D7。 2逆置換 經過16次迭代運算後,得到L16、R16,將此作為輸入,進行逆置換,逆置換正好是初始置換的逆運算,由此即得到密文輸出。 RSA演算法簡介 這種演算法1978年就出現了,它是第一個既能用於數據加密也能用於數字簽名的演算法。它易於理解和操作,也很流行。演算法的名字以發明者的名字命名:Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman。但RSA的安全性一直未能得到理論上的證明。 RSA的安全性依賴於大數分解。公鑰和私鑰都是兩個大素數( 大於 100個十進制位)的函數。據猜測,從一個密鑰和密文推斷出明文的難度等同於分解兩個大素數的積。 密鑰對的產生。選擇兩個大素數,p 和q 。計算: n = p * q 然後隨機選擇加密密鑰e,要求 e 和 ( p - 1 ) * ( q - 1 ) 互質。最後,利用Euclid 演算法計算解密密鑰d, 滿足 e * d = 1 ( mod ( p - 1 ) * ( q - 1 ) ) 其中n和d也要互質。數e和n是公鑰,d是私鑰。兩個素數p和q不再需要,應該丟棄,不要讓任何人知道。 加密信息 m(二進製表示)時,首先把m分成等長數據塊 m1 ,m2,..., mi ,塊長s,其中 2^s <= n, s 盡可能的大。對應的密文是: ci = mi^e ( mod n ) ( a ) 解密時作如下計算: mi = ci^d ( mod n ) ( b ) RSA 可用於數字簽名,方案是用 ( a ) 式簽名, ( b )式驗證。具體操作時考慮到安全性和 m信息量較大等因素,一般是先作 HASH 運算。 RSA 的安全性。 RSA的安全性依賴於大數分解,但是否等同於大數分解一直未能得到理論上的證明,因為沒有證明破解RSA就一定需要作大數分解。假設存在一種無須分解大數的演算法,那它肯定可以修改成為大數分解演算法。目前, RSA的一些變種演算法已被證明等價於大數分解。不管怎樣,分解n是最顯然的攻擊方法。現在,人們已能分解140多個十進制位的大素數。因此,模數n必須選大一些,因具體適用情況而定。 RSA的速度。 由於進行的都是大數計算,使得RSA最快的情況也比DES慢上100倍,無論是軟體還是硬體實現。速度一直是RSA的缺陷。一般來說只用於少量數據加密。 RSA的選擇密文攻擊。 RSA在選擇密文攻擊面前很脆弱。一般攻擊者是將某一信息作一下偽裝(Blind),讓擁有私鑰的實體簽署。然後,經過計算就可得到它所想要的信息。實際上,攻擊利用的都是同一個弱點,即存在這樣一個事實:乘冪保留了輸入的乘法結構: ( XM )^d = X^d *M^d mod n 前面已經提到,這個固有的問題來自於公鑰密碼系統的最有用的特徵--每個人都能使用公鑰。但從演算法上無法解決這一問題,主要措施有兩條:一條是採用好的公鑰協議,保證工作過程中實體不對其他實體任意產生的信息解密,不對自己一無所知的信息簽名;另一條是決不對陌生人送來的隨機文檔簽名,簽名時首先使用One-Way Hash Function對文檔作HASH處理,或同時使用不同的簽名演算法。在中提到了幾種不同類型的攻擊方法。 RSA的公共模數攻擊。 若系統中共有一個模數,只是不同的人擁有不同的e和d,系統將是危險的。最普遍的情況是同一信息用不同的公鑰加密,這些公鑰共模而且互質,那末該信息無需私鑰就可得到恢復。設P為信息明文,兩個加密密鑰為e1和e2,公共模數是n,則: C1 = P^e1 mod n C2 = P^e2 mod n 密碼分析者知道n、e1、e2、C1和C2,就能得到P。 因為e1和e2互質,故用Euclidean演算法能找到r和s,滿足: r * e1 + s * e2 = 1 假設r為負數,需再用Euclidean演算法計算C1^(-1),則 ( C1^(-1) )^(-r) * C2^s = P mod n 另外,還有其它幾種利用公共模數攻擊的方法。總之,如果知道給定模數的一對e和d,一是有利於攻擊者分解模數,一是有利於攻擊者計算出其它成對的e』和d』,而無需分解模數。解決辦法只有一個,那就是不要共享模數n。 RSA的小指數攻擊。 有一種提高RSA速度的建議是使公鑰e取較小的值,這樣會使加密變得易於實現,速度有所提高。但這樣作是不安全的,對付辦法就是e和d都取較大的值。 RSA演算法是第一個能同時用於加密和數字簽名的演算法,也易於理解和操作。 RSA是被研究得最廣泛的公鑰演算法,從提出到現在已近二十年,經歷了各種攻擊的考驗,逐漸為人們接受,普遍認為是目前最優秀的公鑰方案之一。RSA的安全性依賴於大數的因子分解,但並沒有從理論上證明破譯RSA的難度與大數分解難度等價。即RSA的重大缺陷是無法從理論上把握它的保密性能如何,而且密碼學界多數人士傾向於因子分解不是NPC問題。RSA的缺點主要有:A)產生密鑰很麻煩,受到素數產生技術的限制,因而難以做到一次一密。B)分組長度太大,為保證安全性,n 至少也要 600 bits以上,使運算代價很高,尤其是速度較慢,較對稱密碼演算法慢幾個數量級;且隨著大數分解技術的發展,這個長度還在增加,不利於數據格式的標准化。目前,SET(Secure Electronic Transaction)協議中要求CA採用2048比特長的密鑰,其他實體使用1024比特的密鑰。參考資料: http://www.radyinfo.com/KNOWLEDGE/RSA.HTM

7. 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。

8. 加密演算法的常見加密演算法

DES(Data Encryption Standard):對稱演算法,數據加密標准,速度較快,適用於加密大量數據的場合;
3DES(Triple DES):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:對稱演算法,用變長密鑰對大量數據進行加密,比 DES 快;
IDEA(International Data Encryption Algorithm)國際數據加密演算法,使用 128 位密鑰提供非常強的安全性;
RSA: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; 演算法如下:
首先, 找出三個數, p, q, r,其中 p, q 是兩個相異的質數, r 是與 (p-1)(q-1) 互質的數......p, q, r 這三個數便是 private key
接著, 找出 m, 使得 rm == 1 mod (p-1)(q-1).....這個 m 一定存在, 因為 r 與 (p-1)(q-1) 互質, 用輾轉相除法就可以得到了.....再來, 計算 n = pq.......m, n 這兩個數便是 public key
DSA(Digital Signature Algorithm):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(Advanced Encryption Standard):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,它使用變長的密鑰,長度可達448位,運行速度很快;
MD5:嚴格來說不算加密演算法,只能說是摘要演算法;
對MD5演算法簡要的敘述可以為:MD5以512位分組來處理輸入的信息,且每一分組又被劃分為16個32位子分組,經過了一系列的處理後,演算法的輸出由四個32位分組組成,將這四個32位分組級聯後將生成一個128位散列值。
在MD5演算法中,首先需要對信息進行填充,使其位元組長度對512求余的結果等於448。因此,信息的位元組長度(Bits Length)將被擴展至N*512+448,即N*64+56個位元組(Bytes),N為一個正整數。填充的方法如下,在信息的後面填充一個1和無數個0,直到滿足上面的條件時才停止用0對信息的填充。然後,在這個結果後面附加一個以64位二進製表示的填充前信息長度。經過這兩步的處理,如今信息位元組長度=N*512+448+64=(N+1)*512,即長度恰好是512的整數倍。這樣做的原因是為滿足後面處理中對信息長度的要求。(可參見MD5演算法詞條)
PKCS:The Public-Key Cryptography Standards (PKCS)是由美國RSA數據安全公司及其合作夥伴制定的一組公鑰密碼學標准,其中包括證書申請、證書更新、證書作廢表發布、擴展證書內容以及數字簽名、數字信封的格式等方面的一系列相關協議。
SSF33,SSF28,SCB2(SM1):國家密碼局的隱蔽不公開的商用演算法,在國內民用和商用的,除這些都不容許使用外,其他的都可以使用;

9. 典型現在加密演算法

1.
對稱型加密演算法
也稱私用密鑰演算法.對稱型加密演算法是從傳統的簡單換位代替密碼發展而來的,自1977年美國頒布DES密碼演算法作為美國數據加密標准以來,對稱密鑰密碼體制迅猛發展,得到了世界各國關注和普遍使用.對稱密鑰密碼體制從加密模式上可分為序列密碼和分組密碼兩大類.序列密碼一直是軍事和外交場合使用的主要密碼技術之一,它的主要原理是通過有限狀態機產生性能優良的偽隨機序列,使用該序列加密信息流,得到密文序列.分組密碼的工作方式是將明文分成固定長度的組,如64比特一組,用同一密鑰和演算法對每一組加密,輸出也是固定長度的密文.對稱性的加密演算法包括美國標准56位密鑰的DES,Triple-DES,3DES,變長度密鑰的RC2和RC4,瑞士人發明的128位密鑰的IDEA等.DES(Data Encryption Standard)是由IBM公司開發的最著名的數據加密演算法,它的核心是乘積變換.美國於1997年將其定為非機密數據的正式加密標准.在過去20多年中,DES加密演算法得到了廣泛的研究,比其他任何密鑰方案在硬體和軟體中都得到了更多的應用.DES對64位二進制數據加密,產生64位密文數據,實際密鑰長度為56位(有8位用於奇偶校驗,解密時的過程和加密時相似,但密鑰的順序正好相反),其可能的密鑰有256種,很難被破譯.在銀行業中的電子資金轉賬(EFT)領域中DES的應用獲得成功.現在DES也可由硬體實現,AT&T首先用LSI晶元實現了DES的全部工作模式,該產品稱為數據加密處理機DEP.
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
2.
RC4演算法
RC4加密演算法
RC4加密演算法是大名鼎鼎的RSA三人組中的頭號人物Ron Rivest在1987年設計的密鑰長度可變的流加密演算法簇。之所以稱其為簇,是由於其核心部分的S-box長度可為任意,但一般為256位元組。該演算法的速度可以達到DES加密的10倍左右。
RC4演算法的原理很簡單,包括初始化演算法和偽隨機子密碼生成演算法兩大部分。假設S-box長度和密鑰長度均為為n。先來看看演算法的初始化部分(用類C偽代碼表示):
for (i=0; i<n; i++)
s[i]=i;
j=0;
for (i=0; i<n; i++)
{
j=(j+s[i]+k[i])%256;
swap(s[i], s[j]);
}
在初始化的過程中,密鑰的主要功能是將S-box攪亂,i確保S-box的每個元素都得到處理,j保證S-box的攪亂是隨機的。而不同的S-box在經過偽隨機子密碼生成演算法的處理後可以得到不同的子密鑰序列,並且,該序列是隨機的:
i=j=0;
while (明文未結束)
{
++i%=n;
j=(j+s[i])%n;
swap(s[i], s[j]);
sub_k=s((s[i]+s[j])%n);
}
得到的子密碼sub_k用以和明文進行xor運算,得到密文,解密過程也完全相同。
由於RC4演算法加密是採用的xor,所以,一旦子密鑰序列出現了重復,密文就有可能被破解。關於如何破解xor加密,請參看Bruce Schneier的Applied Cryptography一書的1.4節Simple XOR,在此我就不細說了。那麼,RC4演算法生成的子密鑰序列是否會出現重復呢?經過我的測試,存在部分弱密鑰,使得子密鑰序列在不到100萬位元組內就發生了完全的重復,如果是部分重復,則可能在不到10萬位元組內就能發生重復,因此,推薦在使用RC4演算法時,必須對加密密鑰進行測試,判斷其是否為弱密鑰。
但在2001年就有以色列科學家指出RC4加密演算法存在著漏洞,這可能對無線通信網路的安全構成威脅。
以色列魏茨曼研究所和美國思科公司的研究者發現,在使用「有線等效保密規則」(WEP)的無線網路中,在特定情況下,人們可以逆轉RC4演算法的加密過程,獲取密鑰,從而將己加密的信息解密。實現這一過程並不復雜,只需要使用一台個人電腦對加密的數據進行分析,經過幾個小時的時間就可以破譯出信息的全部內容。
專家說,這並不表示所有使用RC4演算法的軟體都容易泄密,但它意味著RC4演算法並不像人們原先認為的那樣安全。這一發現可能促使人們重新設計無線通信網路,並且使用新的加密演算法。

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