常見的加密演算法原理

Ⅰ 加密技術06-加密總結

對稱密碼是一種用相同的密鑰進行加密和解密的技術，用於確保消息的機密性。在對稱密碼的演算法方面，目前主要使用的是 AES。盡管對稱密碼能夠確保消息的機密性，但需要解決將解密密鑰配送給接受者的密鑰配送問題。

主要演算法

DES

數據加密標准（英語：Data Encryption Standard，縮寫為 DES）是一種對稱密鑰加密塊密碼演算法，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。它基於使用56位密鑰的對稱演算法。

DES現在已經不是一種安全的加密方法，主要因為它使用的56位密鑰過短。

原理請參考： 加密技術01-對稱加密-DES原理

3DES

三重數據加密演算法（英語：Triple Data Encryption Algorithm，縮寫為TDEA，Triple DEA），或稱3DES（Triple DES），是一種對稱密鑰加密塊密碼，相當於是對每個數據塊應用三次DES演算法。由於計算機運算能力的增強，原版DES由於密鑰長度過低容易被暴力破解；3DES即是設計用來提供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。

注意：有3個獨立密鑰的3DES的密鑰安全性為168位，但由於中途相遇攻擊（知道明文和密文），它的有效安全性僅為112位。

3DES使用「密鑰包」，其包含3個DES密鑰，K1，K2和K3，均為56位（除去奇偶校驗位）。

密文 = E k3 (D k2 (E k1 (明文)))

而解密則為其反過程：

明文 = D k3 (E k2 (D k1 (密文)))

AES

AES 全稱 Advanced Encryption Standard（高級加密標准）。它的出現主要是為了取代 DES 加密演算法的，因為 DES 演算法的密鑰長度是 56 位，因此演算法的理論安全強度是 56 位。於是 1997 年 1 月 2 號，美國國家標准技術研究所宣布希望徵集高級加密標准，用以取代 DES。AES 也得到了全世界很多密碼工作者的響應，先後有很多人提交了自己設計的演算法。最終有5個候選演算法進入最後一輪：Rijndael，Serpent，Twofish，RC6 和 MARS。最終經過安全性分析、軟硬體性能評估等嚴格的步驟，Rijndael 演算法獲勝。

AES 密碼與分組密碼 Rijndael 基本上完全一致，Rijndael 分組大小和密鑰大小都可以為 128 位、192 位和 256 位。然而 AES 只要求分組大小為 128 位，因此只有分組長度為 128 位的 Rijndael 才稱為 AES 演算法。

本文 AES 默認是分組長度為 128 位的 Rijndael 演算法

原理請參考： 加密技術02-對稱加密-AES原理

演算法對比

公鑰密碼是一種用不同的密鑰進行加密和解密的技術，和對稱密碼一樣用於確保消息的機密性。使用最廣泛的一種公鑰密碼演算法是 RAS。和對稱密碼相比，公鑰密碼的速度非常慢，因此一般都會和對稱密碼一起組成混合密碼系統來使用。公鑰密碼能夠解決對稱密碼中的密鑰交換問題，但存在通過中間人攻擊被偽裝的風險，因此需要對帶有數字簽名的公鑰進行認證。

公鑰密碼學的概念是為了解決對稱密碼學中最困難的兩個問題而提出

應用場景

幾個誤解

主要演算法

Diffie–Hellman 密鑰交換

迪菲-赫爾曼密鑰交換（英語：Diffie–Hellman key exchange，縮寫為D-H） 是一種安全協議。它可以讓雙方在完全沒有對方任何預先信息的條件下通過不安全信道創建起一個密鑰。這個密鑰可以在後續的通訊中作為對稱密鑰來加密通訊內容。公鑰交換的概念最早由瑞夫·墨克（Ralph C. Merkle）提出，而這個密鑰交換方法，由惠特菲爾德·迪菲（Bailey Whitfield Diffie）和馬丁·赫爾曼（Martin Edward Hellman）在1976年發表，也是在公開文獻中發布的第一個非對稱方案。

Diffie–Hellman 演算法的有效性是建立在計算離散對數很困難的基礎上。簡單地說，我們可如下定義離散對數。首先定義素數 p 的本原跟。素數 p 的本原根是一個整數，且其冪可以產生 1 到 p-1 之間所有整數，也就是說若 a 是素數 p 的本原根，則

a mod p, a 2 mod p,..., a p-1 mod p 各不相同，它是整數 1 到 p-1 的一個置換。

對任意整數 b 和素數 p 的本原跟 a，我們可以找到唯一的指數 i 使得

b ≡ a i (mod p) 其中 0 <= i <= p-1

其中 a, b, p 這些是公開的，i 是私有的，破解難度就是計算 i 的難度。

Elgamal

1985年，T.Elgamal 提出了一種基於離散對數的公開密鑰體制，一種與 Diffie-Hellman 密鑰分配體制密切相關。Elgamal 密碼體系應用於一些技術標准中，如數字簽名標准(DSS) 和 S/MIME 電子郵件標准。

基本原理就是利用 Diffie–Hellman 進行密鑰交換，假設交換的密鑰為 K，然後用 K 對要發送的消息 M，進行加密處理。

所以 Elgamal 的安全系數取決於 Diffie–Hellman 密鑰交換。

另外 Elgamal 加密後消息發送的長度會增加一倍。

RSA

MIT 的羅納德·李維斯特（Ron Rivest）、阿迪·薩莫爾（Adi Shamir）和倫納德·阿德曼（Leonard Adleman）在 1977 年提出並於 1978 年首次發表的演算法。RSA 是最早滿足要求的公鑰演算法之一，自誕生日起就成為被廣泛接受且被實現的通用的公鑰加密方法。

RSA 演算法的有效性主要依據是大數因式分解是很困難的。

原理請參考： 加密技術03-非對稱加密-RSA原理

ECC

大多數使用公鑰密碼學進行加密和數字簽名的產品和標准都使用 RSA 演算法。我們知道，為了保證 RSA 使用的安全性，最近這些年來密鑰的位數一直在增加，這對使用 RSA 的應用是很重的負擔，對進行大量安全交易的電子商務更是如此。近來，出現的一種具有強大競爭力的橢圓曲線密碼學（ECC）對 RSA 提出了挑戰。在標准化過程中，如關於公鑰密碼學的 IEEE P1363 標准中，人們也已考慮了 ECC。

與 RSA 相比，ECC 的主要誘人之處在於，它可以使用比 RSA 短得多的密鑰得到相同安全性，因此可以減少處理負荷。

ECC 比 RSA 或 Diffie-Hellman 原理復雜很多，本文就不多闡述了。

演算法對比

公鑰密碼體制的應用

密碼分析所需計算量（ NIST SP-800-57 ）

註：L=公鑰的大小，N=私鑰的大小

散列函數是一種將長消息轉換為短散列值的技術，用於確保消息的完整性。在散列演算法方面，SHA-1 曾被廣泛使用，但由於人們已經發現了一些針對該演算法理論上可行的攻擊方式，因此該演算法不應再被用於新的用途。今後我們應該主要使用的演算法包括目前已經在廣泛使用的 SHA-2，以及具有全新結構的 SHA-3 演算法。散列函數可以單獨使用，也可以作為消息認證、數字簽名以及偽隨機數生成器等技術的組成元素來使用。

主要應用

主要演算法

MD5

MD5消息摘要演算法（英語：MD5 Message-Digest Algorithm），一種被廣泛使用的密碼散列函數，可以產生出一個 128 位（ 16 位元組，被表示為 32 位十六進制數字）的散列值（hash value），用於確保信息傳輸完整一致。MD5 由美國密碼學家羅納德·李維斯特（Ronald Linn Rivest）設計，於 1992 年公開，用以取代 MD4 演算法。這套演算法的程序在 RFC 1321 中被加以規范。

2009年，中國科學院的謝濤和馮登國僅用了 2 20.96 的碰撞演算法復雜度，破解了MD5的碰撞抵抗，該攻擊在普通計算機上運行只需要數秒鍾。2011年，RFC 6151 禁止MD5用作密鑰散列消息認證碼。

原理請參考： 加密技術04-哈希演算法-MD5原理

SHA-1

SHA-1（英語：Secure Hash Algorithm 1，中文名：安全散列演算法1）是一種密碼散列函數，美國國家安全局設計，並由美國國家標准技術研究所（NIST）發布為聯邦資料處理標准（FIPS）。SHA-1可以生成一個被稱為消息摘要的160位（20位元組）散列值，散列值通常的呈現形式為40個十六進制數。

2005年，密碼分析人員發現了對SHA-1的有效攻擊方法，這表明該演算法可能不夠安全，不能繼續使用，自2010年以來，許多組織建議用SHA-2或SHA-3來替換SHA-1。Microsoft、Google以及Mozilla都宣布，它們旗下的瀏覽器將在2017年停止接受使用SHA-1演算法簽名的SSL證書。

2017年2月23日，CWI Amsterdam與Google宣布了一個成功的SHA-1碰撞攻擊，發布了兩份內容不同但SHA-1散列值相同的PDF文件作為概念證明。

2020年，針對SHA-1的選擇前綴沖突攻擊已經實際可行。建議盡可能用SHA-2或SHA-3取代SHA-1。

原理請參考： 加密技術05-哈希演算法-SHA系列原理

SHA-2

SHA-2，名稱來自於安全散列演算法2（英語：Secure Hash Algorithm 2）的縮寫，一種密碼散列函數演算法標准，由美國國家安全局研發，由美國國家標准與技術研究院（NIST）在2001年發布。屬於SHA演算法之一，是SHA-1的後繼者。其下又可再分為六個不同的演算法標准，包括了：SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。

SHA-2 系列的演算法主要思路和 SHA-1 基本一致

原理請參考： 加密技術05-哈希演算法-SHA系列原理

SHA-3

SHA-3 第三代安全散列演算法(Secure Hash Algorithm 3)，之前名為 Keccak 演算法。

Keccak 是一個加密散列演算法，由 Guido Bertoni，Joan Daemen，Michaël Peeters，以及 Gilles Van Assche 在 RadioGatún 上設計。

2012年10月2日，Keccak 被選為 NIST 散列函數競賽的勝利者。SHA-2 目前沒有出現明顯的弱點。由於對 MD5、SHA-0 和 SHA-1 出現成功的破解，NIST 感覺需要一個與之前演算法不同的，可替換的加密散列演算法，也就是現在的 SHA-3。

SHA-3 在2015年8月5日由 NIST 通過 FIPS 202 正式發表。

原理請參考： 加密技術05-哈希演算法-SHA系列原理

演算法對比

Ⅱ 常見密碼技術簡介

##

密碼技術在網路傳輸安全上的應用

隨著互聯網電子商務和網路支付的飛速發展，互聯網安全已經是當前最重要的因素之一。作為一名合格的軟體開發工程師，有必要了解整個互聯網是如何來保證數據的安全傳輸的，本篇文章對網路傳輸安全體系以及涉及到的演算法知識做了一個簡要的介紹，希望大家能夠有一個初步的了解。

###密碼技術定義

簡單的理解，密碼技術就是編制密碼和破譯密碼的一門技術，也即是我們常說的加密和解密。常見的結構如圖：

其中涉及到的專業術語：

1.秘鑰：分為加密秘鑰和解密秘鑰，兩者相同的加密演算法稱為對稱加密，不同的稱為非對稱加密；

2.明文：未加密過的原文信息，不可以被泄露；

3.密文：經過加密處理後的信息，無法從中獲取有效的明文信息；

4.加密：明文轉成密文的過程，密文的長度根據不同的加密演算法也會有不同的增量；

5.解密：密文轉成明文的過程；

6.加密/解密演算法：密碼系統使用的加密方法和解密方法；

7.攻擊：通過截獲數據流、釣魚、木馬、窮舉等方式最終獲取秘鑰和明文的手段。

###密碼技術和我們的工作生活息息相關

在我們的日常生活和工作中，密碼技術的應用隨處可見，尤其是在互聯網系統上。下面列舉幾張比較有代表性的圖片，所涉及到的知識點後面都會一一講解到。

1.12306舊版網站每次訪問時，瀏覽器一般會提示一個警告，是什麼原因導致的？ 這樣有什麼風險呢？

2.360瀏覽器瀏覽HTTPS網站時，點開地址欄的小鎖圖標會顯示加密的詳細信息，比如網路的話會顯示```AES_128_GCM、ECDHE_RSA```，這些是什麼意思？

3.在Mac系統的鑰匙串里有很多的系統根證書，展開後有非常多的信息，這些是做什麼用的？

4.去銀行開通網上支付都會附贈一個U盾，那U盾有什麼用呢？

##如何確保網路數據的傳輸安全

接下來我們從實際場景出發，以最常見的客戶端Client和服務端Server傳輸文件為例來一步步了解整個安全體系。

####1. 保密性

首先客戶端要把文件送到服務端，不能以明文形式發送，否則被黑客截獲了數據流很容易就獲取到了整個文件。也就是文件必須要確保保密性，這就需要用到對稱加密演算法。 

** 對稱加密： **加密和解密所使用的秘鑰相同稱為對稱加密。其特點是速度快、效率高，適用於對較大量的數據進行加密。常見的對稱加密演算法有DES、3DES、AES、TDEA、RC5等，讓我們了解下最常見的3DES和AES演算法：

** DES(Data Encryption Standard)： **1972年由美國IBM研製，數學原理是將明文以8位元組分組（不足8位可以有不同模式的填充補位），通過數學置換和逆置換得到加密結果，密文和明文長度基本相同。秘鑰長度為8個位元組，後有了更安全的一個變形，使用3條秘鑰進行三次加密，也就是3DES加密。

**3DES：**可以理解為對明文進行了三次DES加密，增強了安全程度。

** AES(Advanced Encryption Standard)： **2001年由美國發布，2002年成為有效標准，2006年成為最流行的對稱加密演算法之一。由於安全程度更高，正在逐步替代3DES演算法。其明文分組長度為16位元組，秘鑰長度可以為16、24、32(128、192、256位)位元組，根據秘鑰長度，演算法被稱為AES-128、AES-192和AES-256。

對稱加密演算法的入參基本類似，都是明文、秘鑰和模式三個參數。可以通過網站進行模擬測試：[http://tool.chacuo.net/crypt3des]()。其中的模式我們主要了解下ECB和CBC兩種簡單模式，其它有興趣可自行查閱。

** ECB模式(Electronic Codebook Book)： **這種模式是將明文分成若干小段，然後對每一段進行單獨的加密，每一段之間不受影響，可以單獨的對某幾段密文進行解密。

** CBC模式(Cipher Block Chaining)： **這種模式是將明文分成若干小段，然後每一段都會和初始向量(上圖的iv偏移量)或者上一段的密文進行異或運算後再進行加密，不可以單獨解密某一斷密文。

 ** 填充補位： **常用為PKCS5Padding，規則為缺幾位就在後面補幾位的所缺位數。，比如明文數據為```/x01/x01/x01/x01/x01/x01```6個位元組，缺2位補```/x02```，補完位```/x01/x01/x01/x01/x01/x01/x02/x02```。解密後也會按照這個規則進行逆處理。需要注意的是：明文為8位時也需要在後面補充8個```/x08```。

####2. 真實性

客戶端有了對稱秘鑰，就需要考慮如何將秘鑰送到服務端，問題跟上面一樣：不能以明文形式直接傳輸，否則還是會被黑客截獲到。這里就需要用到非對稱加密演算法。

** 非對稱加密： **加密和解密秘鑰不同，分別稱為公開秘鑰(publicKey)和私有秘鑰(privateKey)。兩者成對出現，公鑰加密只能用私鑰解密，而私鑰加密也只能用公鑰加密。兩者不同的是：公鑰是公開的，可以隨意提供給任何人，而私鑰必須保密。特點是保密性好，但是加密速度慢。常見的非對稱加密演算法有RSA、ECC等；我們了解下常見的RSA演算法：

** RSA(Ron Rivest、Adi Shamir、Leonard Adleman)： **1977年由麻省理工學院三人提出，RSA就是他們三個人的姓氏開頭字母拼在一起組成的。數學原理是基於大數分解。類似於```100=20x5```，如果只知道100的話，需要多次計算才可以試出20和5兩個因子。如果100改為極大的一個數，就非常難去試出真正的結果了。下面是隨機生成的一對公私鑰:

這是使用公鑰加密後結果：

RSA的這種特性就可以保證私鑰持有者的真實性，客戶端使用公鑰加密文件後，黑客就算截獲到數據因為沒有私鑰也是無法解密的。

** Tips： **

+** 不使用對稱加密，直接用RSA公私鑰進行加密和解密可以嗎？ **

答案：不可以，第一是因為RSA加密速度比對稱加密要慢幾十倍甚至幾百倍以上，第二是因為RSA加密後的數據量會變大很多。

+** 由服務端生成對稱秘鑰，然後用私鑰加密，客戶端用公鑰解密這樣來保證對稱秘鑰安全可行嗎？ **

答案：不可行，因為公鑰是公開的，任何一個人都可以拿到公鑰解密獲取對稱秘鑰。

####3. 完整性

當客戶端向服務端發送對稱秘鑰加密後的文件時，如果被黑客截獲，雖然無法解密得到對稱秘鑰。但是黑客可以用服務端公鑰加密一個假的對稱秘鑰，並用假的對稱秘鑰加密一份假文件發給服務端，這樣服務端會仍然認為是真的客戶端發送來的，而並不知道閱讀的文件都已經是掉包的了。

這個問題就需要用到散列演算法，也可以譯為Hash。常見的比如MD4、MD5、SHA-1、SHA-2等。

** 散列演算法(哈希演算法)： **簡單的說就是一種將任意長度的消息壓縮到某一固定長度的消息摘要的函數。而且該過程是不可逆的，無法通過摘要獲得原文。

** SHA-1(Secure Hash Algorithm 1)： **由美國提出，可以生成一個20位元組長度的消息摘要。05年被發現了針對SHA-1的有效攻擊方法，已經不再安全。2010年以後建議使用SHA-2和SHA-3替代SHA-1。

** SHA-2(Secure Hash Algorithm 2)： **其下又分為六個不同演算法標准：SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA512/256。其後面數字為摘要結果的長度，越長的話碰撞幾率越小。SHA-224的使用如下圖：

客戶端通過上面的散列演算法可以獲取文件的摘要消息，然後用客戶端私鑰加密後連同加密的文件發給服務端。黑客截獲到數據後，他沒有服務端私鑰無法獲取到對稱秘鑰，也沒有客戶端私鑰無法偽造摘要消息。如果再像上面一樣去掉包文件，服務端收到解密得到摘要消息一對比就可以知道文件已經被掉包篡改過了。

這種用私鑰對摘要消息進行加密的過程稱之為數字簽名，它就解決了文件是否被篡改問題，也同時可以確定發送者身份。通常這么定義：

** 加密： **用公鑰加密數據時稱為加密。

** 簽名： **用私鑰加密數據時稱為簽名。

####4. 信任性

我們通過對稱加密演算法加密文件，通過非對稱加密傳輸對稱秘鑰，再通過散列演算法保證文件沒被篡改過和發送者身份。這樣就安全了嗎？

答案是否定的，因為公鑰是要通過網路送到對方的。在這期間如果出現問題會導致客戶端收到的公鑰並不一定是服務端的真實公鑰。常見的** 中間人攻擊 **就是例子：

** 中間人攻擊MITM(Man-in-the-MiddleAttack)： **攻擊者偽裝成代理伺服器，在服務端發送公鑰證書時，篡改成攻擊者的。然後收到客戶端數據後使用攻擊者私鑰解密，再篡改後使用攻擊者私鑰簽名並且將攻擊者的公鑰證書發送給伺服器。這樣攻擊者就可以同時欺騙雙方獲取到明文。

這個風險就需要通過CA機構對公鑰證書進行數字簽名綁定公鑰和公鑰所屬人，也就是PKI體系。

** PKI(Privilege Management Infrastructure)： **支持公鑰管理並能支持認證、加密、完整性和可追究性的基礎設施。可以說整個互聯網數據傳輸都是通過PKI體系進行安全保證的。

** CA(Certificate Authority)： **CA機構就是負責頒發證書的，是一個比較公認的權威的證書發布機構。CA有一個管理標准：WebTrust。只有通過WebTrust國際安全審計認證，根證書才能預裝到主流的瀏覽器而成為一個全球可信的認證機構。比如美國的GlobalSign、VeriSign、DigiCert，加拿大的Entrust。我國的CA金融方面由中國人民銀行管理CFCA，非金融CA方面最初由中國電信負責建設。

CA證書申請流程：公司提交相應材料後，CA機構會提供給公司一張證書和其私鑰。會把Issuer,Public key,Subject,Valid from,Valid to等信息以明文的形式寫到證書裡面，然後用一個指紋演算法計算出這些數字證書內容的一個指紋，並把指紋和指紋演算法用自己的私鑰進行加密。由於瀏覽器基本都內置了CA機構的根證書，所以可以正確的驗證公司證書指紋（驗簽），就不會有安全警告了。

但是：所有的公司其實都可以發布證書，甚至我們個人都可以隨意的去發布證書。但是由於瀏覽器沒有內置我們的根證書，當客戶端瀏覽器收到我們個人發布的證書後，找不到根證書進行驗簽，瀏覽器就會直接警告提示，這就是之前12306打開會有警告的原因。這種個人發布的證書，其實可以通過系統設置為受信任的證書去消除這個警告。但是由於這種證書機構的權威性和安全性難以信任，大家最好不要這么做。

我們看一下網路HTTPS的證書信息：

其中比較重要的信息：

簽發機構：GlobalSign Root CA；

有效日期：2018-04-03到2019-05-26之間可用；

公鑰信息：RSA加密，2048位；

數字簽名：帶 RSA 加密的 SHA-256 ( 1.2.840.113549.1.1.11 )

綁定域名：再進行HTTPS驗證時，如果當前域名和證書綁定域名不一致，也會出現警告；

URI：在線管理地址。如果當前私鑰出現了風險，CA機構可以在線吊銷該證書。

####5. 不可抵賴性

看起來整個過程都很安全了，但是仍存在一種風險：服務端簽名後拒不承認，歸咎於故障不履行合同怎麼辦。

解決方法是採用數字時間戳服務：DTS。

** DTS(digital time-stamp)： **作用就是對於成功的電子商務應用，要求參與交易各方不能否認其行為。一般來說，數字時間戳產生的過程為：用戶首先將需要加時間戳的文件用Hash演算法運算形成摘要，然後將該摘要發送到DTS。DTS在加入了收到文件摘要的日期和事件信息後再對該文件進行數字簽名，然後送達用戶。

####6. 再次認證

我們有了數字證書保證了身份的真實性，又有了DTS提供的不可抵賴性。但是還是不能百分百確定使用私鑰的就是合法持有者。有可能出現被別人盜用私鑰進行交易的風險。

解決這個就需要用到強口令、認證令牌OTP、智能卡、U盾或生物特徵等技術對使用私鑰的當前用戶進行認證，已確定其合法性。我們簡單了解下很常見的U盾。

** USB Key(U盾)： **剛出現時外形比較像U盤，安全性能像一面盾牌，取名U盾。其內部有一個只可寫不可讀的區域存儲著用戶的私鑰(也有公鑰證書)，銀行同樣也擁有一份。當進行交易時，所有涉及到私鑰的運算都在U盾內部進行，私鑰不會泄露。當交易確認時，交易的詳細數據會顯示到U盾屏幕上，確認無誤後通過物理按鍵確認就可以成功交易了。就算出現問題黑客也是無法控制U盾的物理按鍵的，用戶可以及時取消避免損失。有的U盾裡面還有多份證書，來支持國密演算法。

** 國密演算法： **國家密碼局針對各種演算法制定了一些列國產密碼演算法。具體包括：SM1對稱加密演算法、SM2公鑰演算法、SM3摘要演算法、SM4對稱加密演算法、ZUC祖沖之演算法等。這樣可以對國產固件安全和數據安全進行進一步的安全控制。

## HTTPS分析

有了上面的知識，我們可以嘗試去分析下HTTPS的整個過程，用Wireshark截取一次HTTPS報文：

Client Hello: 客戶端發送Hello到服務端443埠，裡麵包含了隨機數、客戶端支持的加密演算法、客戶端的TLS版本號等；

Server Hello: 服務端回應Hello到客戶端，裡麵包含了服務端選擇的加密套件、隨機數等；

Certificate： 服務端向客戶端發送證書

服務端計算對稱秘鑰：通過ECDH演算法得到對稱秘鑰

客戶端計算對稱秘鑰：通過ECDH演算法得到對稱秘鑰

開始用對稱秘鑰進行加密傳輸數據

其中我們又遇到了新的演算法：DH演算法

** DH(Diffie-Hellman)： **1976年由Whitefield與Martin Hellman提出的一個奇妙的秘鑰交換協議。這個機制的巧妙在於可以通過安全的方式使雙方獲得一個相同的秘鑰。數學原理是基於原根的性質，如圖：

*** DH演算法的用處不是為了加密或解密消息，而是用於通信雙方安全的交換一個相同的秘鑰。 ***

** ECDH： **基於ECC(橢圓曲線密碼體制)的DH秘鑰交換演算法，數學原理是基於橢圓曲線上的離散對數問題。

** ECDHE： **字面少了一個E，E代表了臨時。在握手流程中，作為伺服器端，ECDH使用證書公鑰代替Pb，使用自身私鑰代替Xb。這個演算法時伺服器不發送server key exchange報文，因為發送certificate報文時，證書本身就包含了Pb信息。

##總結

| 演算法名稱  | 特點 | 用處 | 常用演算法名 |

| --- | :--- | :---: | ---: |

| 對稱加密  | 速度快，效率高| 用於直接加密文件 | 3DES、AES、RC4 |

| 非對稱加密  | 速度相對慢，但是確保安全 | 構建CA體系 | RSA、ECC |

| 散列演算法 | 算出的摘要長度固定，不可逆 | 防止文件篡改 | SHA-1、SHA-2 |

| DH演算法 | 安全的推導出對稱秘鑰 | 交換對稱秘鑰 | ECDH |

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Ⅲ 古典密碼學常用的技術和主要的密碼演算法原理

古典密碼技術根據其基本原理大體可以分為兩類：替換密碼技術和換位密碼技術。

古典悄和含密碼是密碼學中的其中一個類型，其大部分加密方式都是利用替換式密碼或移項式密碼，有時則是兩者的混合。其於歷史中經常使用，但在現代由於計算機的出現，使得古典密碼解密已經不再困難，已經很少使用，大部分的已經不再使用了。

利用一個密鑰字來構造替換作為密鑰，先將密鑰字作為首段密文，然後將之後未在字母表中出現過的字母依次寫在此密鑰字之後，構造出一個字母替換表。當密文為英文單詞時，最多可以有26！個不同的替換表（包括恆等變換）。

仿射密碼技術：啟笑

即結合乘法密碼技術和移位密碼技術。

它的加密函數是 e(x)=ax+b，其中a和 m互質，m是字母的數目。

解碼函數是 d(x)=i*(x-b)mod m，其中 i 是 a 的乘法逆元。

當a=0時，仿射密碼技術退化為移位替換密碼技術。

當b=0時，仿射密碼技術退化為乘法密碼技術。

Ⅳ 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。

• 分組密碼

分組密碼 Block Cipher 又稱為「分塊加密」或「塊加密」，將明文分成多個等長的模塊，使用確定的演算法和對稱密鑰對每組分別加密解密。這也就意味著分組密碼的一個優點在於可以實現同步加密，因為各分組間可以相對獨立。

與此相對應的是流密碼：利用密鑰由密鑰流發生器產生密鑰流，對明文串進行加密。與分組密碼的不同之處在於加密輸出的結果不僅與單獨明文相關，而是與一組明文相關。

• DES、3DES

數據加密標准 DES Data Encryption Standard 是由IBM在美國國家安全局NSA授權下研製的一種使用56位密鑰的分組密碼演算法，並於1977年被美國國家標准局NBS公布成為美國商用加密標准。但是因為DES固定的密鑰長度，漸漸不再符合在開放式網路中的安全要求，已經於1998年被移出商用加密標准，被更安全的AES標准替代。

DES使用的Feistel Network網路屬於對稱的密碼結構，對信息的加密和解密的過程極為相似或趨同，使得相應的編碼量和線路傳輸的要求也減半。

DES是塊加密演算法，將消息分成64位，即16個十六進制數為一組進行加密，加密後返回相同大小的密碼塊，這樣，從數學上來說，64位0或1組合，就有2^64種可能排列。DES密鑰的長度同樣為64位，但在加密演算法中，每逢第8位，相應位會被用於奇偶校驗而被演算法丟棄，所以DES的密鑰強度實為56位。

3DES Triple DES，使用不同Key重復三次DES加密，加密強度更高，當然速度也就相應的降低。

• AES

高級加密標准 AES Advanced Encryption Standard 為新一代數據加密標准，速度快，安全級別高。由美國國家標准技術研究所NIST選取Rijndael於2000年成為新一代的數據加密標准。

AES的區塊長度固定為128位，密鑰長度可以是128位、192位或256位。AES演算法基於Substitution Permutation Network代換置列網路，將明文塊和密鑰塊作為輸入，並通過交錯的若干輪代換"Substitution"和置換"Permutation"操作產生密文塊。

AES加密過程是在一個4*4的位元組矩陣（或稱為體State）上運作，初始值為一個明文區塊，其中一個元素大小就是明文區塊中的一個Byte，加密時，基本上各輪加密循環均包含這四個步驟：



• ECC

ECC即 Elliptic Curve Cryptography 橢圓曲線密碼學，是基於橢圓曲線數學建立公開密鑰加密的演算法。ECC的主要優勢是在提供相當的安全等級情況下，密鑰長度更小。

ECC的原理是根據有限域上的橢圓曲線上的點群中的離散對數問題ECDLP，而ECDLP是比因式分解問題更難的問題，是指數級的難度。而ECDLP定義為：給定素數p和橢圓曲線E，對Q＝kP，在已知P，Q 的情況下求出小於p的正整數k。可以證明由k和P計算Q比較容易，而由Q和P計算k則比較困難。

• 數字簽名

數字簽名 Digital Signature 又稱公鑰數字簽名是一種用來確保數字消息或文檔真實性的數學方案。一個有效的數字簽名需要給接收者充足的理由來信任消息的可靠來源，而發送者也無法否認這個簽名，並且這個消息在傳輸過程中確保沒有發生變動。

數字簽名的原理在於利用公鑰加密技術，簽名者將消息用私鑰加密，然後公布公鑰，驗證者就使用這個公鑰將加密信息解密並對比消息。一般而言，會使用消息的散列值來作為簽名對象。

Ⅳ 目前常用的加密方法主要有兩種是什麼

目前常用的加密方法主要有兩種，分別為：私有密鑰加密和公開密鑰加密。私有密鑰加密法的特點信息發送方與信息接收方均需採用同樣的密鑰，具有對稱性，也稱對稱加密。公開密鑰加密，又稱非對稱加密，採用一對密鑰，一個是私人密鑰，另一個則是公開密鑰。
私有密鑰加密

私有密鑰加密，指在計算機網路上甲、乙兩用戶之間進行通信時，發送方甲為了保護要傳輸的明文信息不被第三方竊取，採用密鑰A對信息進行加密而形成密文M並發送給接收方乙，接收方乙用同樣的一把密鑰A對收到的密文M進行解密，得到明文信息，從而完成密文通信目的的方法。

這種信息加密傳輸方式，就稱為私有密鑰加密法。

私有密鑰加密的特點：

私有密鑰加密法的一個最大特點是：信息發送方與信息接收方均需採用同樣的密鑰，具有對稱性，所以私有密鑰加密又稱為對稱密鑰加密。

私有密鑰加密原理：

私有加密演算法使用單個私鑰來加密和解密數據。由於具有密鑰的任意一方都可以使用該密鑰解密數據，因此必須保證密鑰未被授權的代理得到。

公開密鑰加密

公開密鑰加密（public-key cryptography），也稱為非對稱加密（asymmetric cryptography），一種密碼學演算法類型，在這種密碼學方法中，需要一對密鑰，一個是私人密鑰，另一個則是公開密鑰。

這兩個密鑰是數學相關，用某用戶密鑰加密後所得的信息，只能用該用戶的解密密鑰才能解密。如果知道了其中一個，並不能計算出另外一個。因此如果公開了一對密鑰中的一個，並不會危害到另外一個的秘密性質。稱公開的密鑰為公鑰；不公開的密鑰為私鑰。

Ⅵ 常見的加密演算法、原理、優缺點、用途

在安全領域，利用密鑰加密演算法來對通信的過程進行加密是一種常見的安全手段。利用該手段能夠保障數據安全通信的三個目標：

而常見的密鑰加密演算法類型大體可以分為三類：對稱加密、非對稱加密、單向加密。下面我們來了解下相關的演算法原理及其常見的演算法。

在加密傳輸中最初是採用對稱密鑰方式，也就是加密和解密都用相同的密鑰。

1.對稱加密演算法採用單密鑰加密，在通信過程中，數據發送方將原始數據分割成固定大小的塊，經過密鑰和加密演算法逐個加密後，發送給接收方

2.接收方收到加密後的報文後，結合解密演算法使用相同密鑰解密組合後得出原始數據。

圖示：

非對稱加密演算法採用公鑰和私鑰兩種不同的密碼來進行加解密。公鑰和私鑰是成對存在，公鑰是從私鑰中提取產生公開給所有人的，如果使用公鑰對數據進行加密，那麼只有對應的私鑰（不能公開）才能解密，反之亦然。N 個用戶通信，需要2N個密鑰。

非對稱密鑰加密適合對密鑰或身份信息等敏感信息加密，從而在安全性上滿足用戶的需求。

1.甲使用乙的公鑰並結合相應的非對稱演算法將明文加密後發送給乙，並將密文發送給乙。
2.乙收到密文後，結合自己的私鑰和非對稱演算法解密得到明文，得到最初的明文。

圖示：

單向加密演算法只能用於對數據的加密，無法被解密，其特點為定長輸出、雪崩效應（少量消息位的變化會引起信息摘要的許多位變化）。

單向加密演算法常用於提取數據指紋，驗證數據的完整性、數字摘要、數字簽名等等。

1.發送者將明文通過單向加密演算法加密生成定長的密文串，然後傳遞給接收方。

2.接收方將用於比對驗證的明文使用相同的單向加密演算法進行加密，得出加密後的密文串。

3.將之與發送者發送過來的密文串進行對比，若發送前和發送後的密文串相一致，則說明傳輸過程中數據沒有損壞；若不一致，說明傳輸過程中數據丟失了。

圖示：

MD5、sha1、sha224等等

密鑰交換IKE（Internet Key Exchange）通常是指雙方通過交換密鑰來實現數據加密和解密

常見的密鑰交換方式有下面兩種：

將公鑰加密後通過網路傳輸到對方進行解密，這種方式缺點在於具有很大的可能性被攔截破解，因此不常用

DH演算法是一種密鑰交換演算法，其既不用於加密，也不產生數字簽名。

DH演算法通過雙方共有的參數、私有參數和演算法信息來進行加密，然後雙方將計算後的結果進行交換，交換完成後再和屬於自己私有的參數進行特殊演算法，經過雙方計算後的結果是相同的，此結果即為密鑰。

如：

安全性

在整個過程中，第三方人員只能獲取p、g兩個值，AB雙方交換的是計算後的結果，因此這種方式是很安全的。

答案：使用公鑰證書

公鑰基礎設施是一個包括硬體、軟體、人員、策略和規程的集合

用於實現基於公鑰密碼機制的密鑰和證書的生成、管理、存儲、分發和撤銷的功能

簽證機構CA、注冊機構RA、證書吊銷列表CRL和證書存取庫CB。

公鑰證書是以數字簽名的方式聲明，它將公鑰的值綁定到持有對應私鑰的個人、設備或服務身份。公鑰證書的生成遵循X.509協議的規定，其內容包括：證書名稱、證書版本、序列號、演算法標識、頒發者、有效期、有效起始日期、有效終止日期、公鑰 、證書簽名等等的內容。

1.客戶A准備好要傳送的數字信息（明文）。（准備明文）

2.客戶A對數字信息進行哈希（hash）運算，得到一個信息摘要。（准備摘要）

3.客戶A用CA的私鑰（SK）對信息摘要進行加密得到客戶A的數字簽名，並將其附在數字信息上。（用私鑰對數字信息進行數字簽名）

4.客戶A隨機產生一個加密密鑰（DES密鑰），並用此密鑰對要發送的信息進行加密，形成密文。 （生成密文）

5.客戶A用雙方共有的公鑰（PK）對剛才隨機產生的加密密鑰進行加密，將加密後的DES密鑰連同密文一起傳送給乙。（非對稱加密，用公鑰對DES密鑰進行加密）

6.銀行B收到客戶A傳送過來的密文和加過密的DES密鑰，先用自己的私鑰（SK）對加密的DES密鑰進行解密，得到DES密鑰。（用私鑰對DES密鑰解密）

7.銀行B然後用DES密鑰對收到的密文進行解密，得到明文的數字信息，然後將DES密鑰拋棄（即DES密鑰作廢）。（解密文）

8.銀行B用雙方共有的公鑰（PK）對客戶A的數字簽名進行解密，得到信息摘要。銀行B用相同的hash演算法對收到的明文再進行一次hash運算，得到一個新的信息摘要。（用公鑰解密數字簽名）

9.銀行B將收到的信息摘要和新產生的信息摘要進行比較，如果一致，說明收到的信息沒有被修改過。（對比信息摘要和信息）

答案是沒法保證CA的公鑰沒有被篡改。通常操作系統和瀏覽器會預制一些CA證書在本地。所以發送方應該去那些通過認證的CA處申請數字證書。這樣是有保障的。

但是如果系統中被插入了惡意的CA證書，依然可以通過假冒的數字證書發送假冒的發送方公鑰來驗證假冒的正文信息。所以安全的前提是系統中不能被人插入非法的CA證書。

END