加密算法效率

A. 属于对称加密算法的有哪些

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

对称加密算法的特点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。优点在于加解密的高速度和使用长密钥时的难破解性，缺点是交易双方都使用同样钥匙，安全性得不到保证。

对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都可以对他们发送或接收的消息解密，所以密钥的保密性对通信的安全性至关重要。

(1)加密算法效率扩展阅读

常见的加密算法

DES算法是密码体制中的对称密码体制，把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位。

3DES是基于DES的对称算法，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高。

RC2和RC4是对称算法，用变长密钥对大量数据进行加密，比DES快。

IDEA算法是在DES算法的基础上发展出来的，是作为迭代的分组密码实现的，使用128位的密钥和8个循环。

RSA是由RSA公司发明，是一个支持变长密钥的公共密钥算法，需要加密的文件块的长度也是可变的，非对称算法。

DSA，即数字签名算法，是一种标准的 DSS（数字签名标准），严格来说不算加密算法。

AES是高级加密标准对称算法，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高，在21世纪AES 标准的一个实现是 Rijndael算法。

Blowfish算法是一个64位分组及可变密钥长度的对称密钥分组密码算法，可用来加密64比特长度的字符串。

B. 对称加密的优缺点

对称加密算法的优点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。
对称加密算法的缺点是在数据传送前，发送方和接收方必须商定好秘钥，然后使双方都能保存好秘钥。其次如果一方的秘钥被泄露，那么加密信息也就不安全了。另外，每对用户每次使用对称加密算法时，都需要使用其他人不知道的唯一秘钥，这会使得收、发双方所拥有的钥匙数量巨大，密钥管理成为双方的负担。

C. Advanced Encryption Standard（AES） 加密算法简介

AES（The Advanced Encryption Standard）是美国国家标准与技术研究所用于加密电子数据的规范。它被预期能成为人们公认的加密包括金融、电信和政府数字信息的方法。美国国家标准与技术研究所(NIST)在2002年5月26日建立了新的高级数据加密标准(AES)规范。AES是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。

1998年National Institute of Standards and Technology（NIST）开始AES第一轮分析、测试和征集，共产生了15个候选算法。其中包括CAST-256, CRYPTON, DEAL, DFC, E2, FROG, HPC, LOKI97, MAGENTA, MARS,RC6, Rijndael, SAFER+, Serpent, Twofish。 其中五个候选算法进入第二轮: MARS, RC6, Rijndael, Serpent, andTwofish. 1999年3月完成了第二轮AES2的分析、测试，最终确认Rijndael算法获得胜利。NIST于2002年5月26日制定了新的高级加密标准（AES）规范。

AES是典型的对称加密算法，应用广泛。数据发信方将明文和加密密钥一起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密，才能使其恢复成可读明文。在对称加密算法中，使用的密钥只有一个，发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密，这就要求解密方事先必须知道加密密钥。其优点是对称加密算法的特点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。不足之处是，双方都使用同样钥匙，安全性得不到保证。

在此扯一下题外话，不对称加密算法，比如着名的RSA算法，使用两把完全不同但又是完全匹配的一对钥匙----公钥和私钥。在使用不对称加密算法加密文件时，只有使用匹配的一对公钥和私钥，才能完成对明文的加密和解密过程。加密明文时采用公钥加密，解密密文时使用私钥才能完成，而且加密者知道收信方的公钥，只有解密者才是唯一知道自己私钥的人。

AES算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排，置换是将一个数据单元替换为另一个。AES使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。AES是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192和256位密钥，并且用128位（16字节）分组加密和解密数据。与公共密钥加密使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换和替换输入数据。密码学简介据记载，公元前400年，古希腊人发明了置换密码。1881年世界上的第一个电话保密专利出现。在第二次世界大战期间，德国军方启用“恩尼格玛”密码机，密码学在战争中起着非常重要的作用。

AES加密过程是在一个4×4的字节矩阵上运作，这个矩阵又称为“state”，其初值就是一个明文区块（矩阵中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte）。加密时，各轮AES加密循环（除最后一轮外）均包含4个步骤：

1.AddRoundKey — 矩阵中的每一个字节都与该次round key做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。
2.SubBytes — 通过一个非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。
3.ShiftRows — 将矩阵中的每个横列进行循环式移位。
4.MixColumns — 为了充分混合矩阵中各个直行的操作。这个步骤使用线性转换来混合每内联的四个字节。

D. 几种常用数据加密算法的比较

几种对称性加密算法：AES,DES,3DES
DES是一种分组数据加密技术（先将数据分成固定长度的小数据块，之后进行加密），速度较快，适用于大量数据加密，而3DES是一种基于DES的加密算法，使用3个不同密匙对同一个分组数据块进行3次加密，如此以使得密文强度更高。
相较于DES和3DES算法而言，AES算法有着更高的速度和资源使用效率，安全级别也较之更高了，被称为下一代加密标准。
几种非对称性加密算法：RSA,DSA,ECC
RSA和DSA的安全性及其它各方面性能都差不多，而ECC较之则有着很多的性能优越，包括处理速度，带宽要求，存储空间等等。
几种线性散列算法（签名算法）：MD5,SHA1,HMAC
这几种算法只生成一串不可逆的密文，经常用其效验数据传输过程中是否经过修改，因为相同的生成算法对于同一明文只会生成唯一的密文，若相同算法生成的密文不同，则证明传输数据进行过了修改。通常在数据传说过程前，使用MD5和SHA1算法均需要发送和接收数据双方在数据传送之前就知道密匙生成算法，而HMAC与之不同的是需要生成一个密匙，发送方用此密匙对数据进行摘要处理（生成密文），接收方再利用此密匙对接收到的数据进行摘要处理，再判断生成的密文是否相同。
对于各种加密算法的选用：
由于对称加密算法的密钥管理是一个复杂的过程，密钥的管理直接决定着他的安全性，因此当数据量很小时，我们可以考虑采用非对称加密算法。
在实际的操作过程中，我们通常采用的方式是：采用非对称加密算法管理对称算法的密钥，然后用对称加密算法加密数据，这样我们就集成了两类加密算法的优点，既实现了加密速度快的优点，又实现了安全方便管理密钥的优点。
如果在选定了加密算法后，那采用多少位的密钥呢？一般来说，密钥越长，运行的速度就越慢，应该根据的我们实际需要的安全级别来选择，一般来说，RSA建议采用1024位的数字，ECC建议采用160位，AES采用128为即可。

E. 对称加密算法的加密算法主要有哪些

1、3DES算法

3DES（即Triple DES）是DES向AES过渡的加密算法（1999年，NIST将3-DES指定为过渡的加密标准），加密算法，其具体实现如下：设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，K代表DES算法使用的密钥，M代表明文，C代表密文，这样：

3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(M)))

3DES解密过程为：M=Dk1(EK2(Dk3(C)))

2、Blowfish算法

BlowFish算法用来加密64Bit长度的字符串。

BlowFish算法使用两个“盒”——unsignedlongpbox[18]和unsignedlongsbox[4,256]。

BlowFish算法中，有一个核心加密函数:BF_En(后文详细介绍）。该函数输入64位信息，运算后，以64位密文的形式输出。用BlowFish算法加密信息，需要两个过程：密钥预处理和信息加密。

分别说明如下：

密钥预处理：

BlowFish算法的源密钥——pbox和sbox是固定的。我们要加密一个信息，需要自己选择一个key，用这个key对pbox和sbox进行变换，得到下一步信息加密所要用的key_pbox和key_sbox。具体的变化算法如下：

1)用sbox填充key_sbox

2)用自己选择的key8个一组地去异或pbox，用异或的结果填充key_pbox。key可以循环使用。

比如说：选的key是"abcdefghijklmn"。则异或过程为：

key_pbox[0]=pbox[0]abcdefgh；

key_pbox[1]=pbox[1]ijklmnab；

…………

…………

如此循环，直到key_pbox填充完毕。

3)用BF_En加密一个全0的64位信息，用输出的结果替换key_pbox[0]和key_pbox[1],i=0；

4)用BF_En加密替换后的key_pbox,key_pbox[i+1]，用输出替代key_pbox[i+2]和key_pbox[i+3]；

5)i+2，继续第4步，直到key_pbox全部被替换；

6)用key_pbox[16]和key_pbox[17]做首次输入（相当于上面的全0的输入），用类似的方法，替换key_sbox信息加密。

信息加密就是用函数把待加密信息x分成32位的两部分:xL,xRBF_En对输入信息进行变换。

3、RC5算法

RC5是种比较新的算法，Rivest设计了RC5的一种特殊的实现方式，因此RC5算法有一个面向字的结构：RC5-w/r/b，这里w是字长其值可以是16、32或64对于不同的字长明文和密文块的分组长度为2w位，r是加密轮数，b是密钥字节长度。

(5)加密算法效率扩展阅读：

普遍而言，有3个独立密钥的3DES（密钥选项1）的密钥长度为168位（三个56位的DES密钥），但由于中途相遇攻击，它的有效安全性仅为112位。密钥选项2将密钥长度缩短到了112位，但该选项对特定的选择明文攻击和已知明文攻击的强度较弱，因此NIST认定它只有80位的安全性。

对密钥选项1的已知最佳攻击需要约2组已知明文，2部，2次DES加密以及2位内存（该论文提到了时间和内存的其它分配方案）。

这在现在是不现实的，因此NIST认为密钥选项1可以使用到2030年。若攻击者试图在一些可能的（而不是全部的）密钥中找到正确的，有一种在内存效率上较高的攻击方法可以用每个密钥对应的少数选择明文和约2次加密操作找到2个目标密钥中的一个。

F. 对称加密算法的优点有哪些

算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。

对称加密算法的优点在于加解密的高速度和使用长密钥时的难破解性。假设两个用户需要使用对称加密方法加密然后交换数据，则用户最少需要2个密钥并交换使用，如果企业内用户有n个，则整个企业共需要n×(n-1) 个密钥，密钥的生成和分发将成为企业信息部门的恶梦。

对称加密算法的安全性取决于加密密钥的保存情况，但要求企业中每一个持有密钥的人都保守秘密。

(6)加密算法效率扩展阅读：

对称加密算法缺点：

交易双方都使用同样钥匙，安全性得不到保证。此外，每对用户每次使用对称加密算法时，都需要使用其他人不知道的唯一钥匙，这会使得发收信双方所拥有的钥匙数量呈几何级数增长，密钥管理成为用户的负担。

对称加密算法在分布式网络系统上使用较为困难，主要是因为密钥管理困难，使用成本较高。而与公开密钥加密算法比起来，对称加密算法能够提供加密和认证却缺乏了签名功能，使得使用范围有所缩小。

G. 快速了解常用的对称加密算法，再也不用担心面试官的刨根问底

加密算法通常被分为两种： 对称加密 和 非对称加密 。其中，对称加密算法在加密和解密时使用的密钥相同；非对称加密算法在加密和解密时使用的密钥不同，分为公钥和私钥。此外，还有一类叫做 消息摘要算法 ，是对数据进行摘要并且不可逆的算法。

这次我们了解一下对称加密算法。

对称加密算法在加密和解密时使用的密钥相同，或是使用两个可以简单地相互推算的密钥。在大多数的对称加密算法中，加密和解密的密钥是相同的。

它要求双方在安全通信之前，商定一个密钥。对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都可以对他们发送的信息进行解密，这也是对称加密算法的主要缺点之一。

常见的对称加密算法有：DES算法、3DES算法、AES算法。

DES算法（Data Encryption Standard）是一种常见的分组加密算法。

分组加密算法是将明文分成固定长度的组，每一组都采用同一密钥和算法进行加密，输出也是固定长度的密文。

由IBM公司在1972年研制，1976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），随后在国际上广泛流传开来。

在DES算法中，密钥固定长度为64位。明文按64位进行分组，分组后的明文组和密钥按位置换或交换的方法形成密文组，然后再把密文组拼装成密文。

密钥的每个第八位设置为奇偶校验位，也就是第8、16、24、32、40、48、56、64位，所以密钥的实际参与加密的长度为56位。

我们用Java写个例子：

运行结果如下：

DES现在已经不是一种安全的加密方法，主要因为它使用的密钥过短，很容易被暴力破解。

3DES算法（Triple Data Encryption Algorithm）是DES算法的升级版本，相当于是对明文进行了三次DES加密。

由于计算机运算能力的增强，DES算法由于密钥长度过低容易被暴力破解；3DES算法提供了一种相对简单的方法，即通过增加DES的密钥长度来避免类似的攻击，而不是设计一种全新的块密码算法。

在DES算法中，密钥固定长度为192位。在加密和解密时，密钥会被分为3个64位的密钥。

加密过程如下：

解密过程如下：

我们用Java写个例子：

运行结果如下：

虽然3DES算法在安全性上有所提升，但是因为使用了3次DES算法，加密和解密速度比较慢。

AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）主要是为了取代DES加密算法的，虽然出现了3DES的加密方法，但由于它的加密时间是DES算法的3倍多，密钥位数还是不能满足对安全性的要求。

1997年1月2号，美国国家标准与技术研究院（NIST）宣布什望征集高级加密标准，用以取代DES。全世界很多密码工作者都提交了自己设计的算法。经过甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。

该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以 Rijndael 为名投稿高级加密标准的甄选流程。

AES算法的密钥长度是固定，密钥的长度可以使用128位、192位或256位。

AES算法也是一种分组加密算法，其分组长度只能是128位。分组后的明文组和密钥使用几种不同的方法来执行排列和置换运算形成密文组，然后再把密文组拼装成密文。

我们用Java写个例子：

运行结果如下：

AES算法是目前应用最广泛的对称加密算法。

对称加密算法在加密和解密时使用的密钥相同，常见的对称加密算法有：DES算法、3DES算法、AES算法。
由于安全性低、加密解密效率低，DES算法和3DES算法是不推荐使用的，AES算法是目前应用最广泛的对称加密算法。

H. 对称加密算法的特点

对称加密算法的特点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。
不足之处是，交易双方都使用同样钥匙，安全性得不到保证。此外，每对用户每次使用对称加密算法时，都需要使用其他人不知道的惟一钥匙，这会使得发收信双方所拥有的钥匙数量呈几何级数增长，密钥管理成为用户的负担。对称加密算法在分布式网络系统上使用较为困难，主要是因为密钥管理困难，使用成本较高。而与公开密钥加密算法比起来，对称加密算法能够提供加密和认证却缺乏了签名功能，使得使用范围有所缩小。在计算机专网系统中广泛使用的对称加密算法有DES和IDEA等。美国国家标准局倡导的AES即将作为新标准取代DES。

I. 试比较对称加密算法与非对称加密算法在应用中的优缺点传统密码体制与公钥密码体制的优缺点

1、对称加密算法

优点

加解密的高速度和使用长密钥时的难破解性。

缺点

对称加密算法的安全性取决于加密密钥的保存情况，但要求企业中每一个持有密钥的人都保守秘密是不可能的，他们通常会有意无意的把密钥泄漏出去。如果一个用户使用的密钥被入侵者所获得，入侵者便可以读取该用户密钥加密的所有文档，如果整个企业共用一个加密密钥，那整个企业文档的保密性便无从谈起。

2、非对称加密算法

优点

非对称密钥体制有两种密钥，其中一个是公开的，这样就可以不需要像对称密码那样传输对方的密钥了。这样安全性就大了很多。

缺点

算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂，而使得加密解密速度没有对称加密解密的速度快。

3、传统密码体制

优点

由于DES加密速度快，适合加密较长的报文。

缺点

通用密钥密码体制的加密密钥和解密密钥是通用的，即发送方和接收方使用同样密钥的密码体制。

4、公钥密码体制

优点

RSA算法的加密密钥和加密算法分开，使得密钥分配更为方便。

RSA算法解决了大量网络用户密钥管理的难题。

缺点

RSA的密钥很长，加密速度慢。

(9)加密算法效率扩展阅读

W.Diffie和M.Hellman 1976年在IEEE Trans.on Information刊物上发表了“ New Direction in Cryptography”文章，提出了“非对称密码体制即公开密钥密码体制”的概念，开创了密码学研究的新方向。

在通用密码体制中，得到广泛应用的典型算法是DES算法。DES是由“转置”方式和“换字”方式合成的通用密钥算法，先将明文（或密文）按64位分组，再逐组将64位的明文（或密文），用56位（另有8位奇偶校验位，共64位）的密钥，经过各种复杂的计算和变换，生成64位的密文（或明文），该算法属于分组密码算法。