① 密码学基础（二）：对称加密
加密和解密使用相同的秘钥称为对称加密。
DES：已经淘汰
3DES：相对于DES有所加强，但是仍然存在较大风险
AES：全新的对称加密算法。
特点决定使用场景，对称加密拥有如下特点：
速度快，可用于频率很高的加密场景。
使用同一个秘钥进行加密和解密。
可选按照128、192、256位为一组的加密方式，加密后的输出值为所选分组位数的倍数。密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同，加密强度也更强。
例如：
AES加密结果的长度由原字符串长度决定：一个字符为1byte=4bit，一个字符串为n+1byte，因为最后一位为' '，所以当字符串长度小于等于15时，AES128得到的16进制结果为32位，也就是32 4=128byte，当长度超过15时，就是64位为128 2byte。
因为对称加密速度快的特点，对称加密被广泛运用在各种加密场所中。但是因为其需要传递秘钥，一旦秘钥被截获或者泄露，其加密就会玩完全破解，所以AES一般和RSA一起使用。
因为RSA不用传递秘钥，加密速度慢，所以一般使用RSA加密AES中锁使用的秘钥后，再传递秘钥，保证秘钥的安全。秘钥安全传递成功后，一直使用AES对会话中的信息进行加密，以此来解决AES和RSA的缺点并完美发挥两者的优点，其中相对经典的例子就是HTTPS加密，后文会专门研究。
本文针对ECB模式下的AES算法进行大概讲解，针对每一步的详细算法不再该文讨论范围内。
128位的明文被分成16个字节的明文矩阵，然后将明文矩阵转化成状态矩阵，以“abcdefghijklmnop”的明文为例：
同样的，128位密钥被分成16组的状态矩阵。与明文不同的是，密文会以列为单位，生成最初的4x8x4=128的秘钥，也就是一个组中有4个元素，每个元素由每列中的4个秘钥叠加而成，其中矩阵中的每个秘钥为1个字节也就是8位。
生成初始的w[0]、w[1]、w[2]、w[3]原始密钥之后，通过密钥编排函数，该密钥矩阵被扩展成一个44个组成的序列W[0],W[1], … ,W[43]。该序列的前4个元素W[0],W[1],W[2],W[3]是原始密钥，用于加密运算中的初始密钥加，后面40个字分为10组，每组4个32位的字段组成，总共为128位，分别用于10轮加密运算中的轮密钥加密，如下图所示：
之所以把这一步单独提出来，是因为ECB和CBC模式中主要的区别就在这一步。
ECB模式中，初始秘钥扩展后生成秘钥组后(w0-w43)，明文根据当前轮数取出w[i,i+3]进行加密操作。
CBC模式中，则使用前一轮的密文(明文加密之后的值)和当前的明文进行异或操作之后再进行加密操作。如图所示：
根据不同位数分组，官方推荐的加密轮数：
轮操作加密的第1轮到第9轮的轮函数一样，包括4个操作：字节代换、行位移、列混合和轮密钥加。最后一轮迭代不执行列混合。
当第一组加密完成时，后面的组循环进行加密操作知道所有的组都完成加密操作。
一般会将结果转化成base64位，此时在iOS中应该使用base64编码的方式进行解码操作，而不是UTF-8。
base64是一种编码方式，常用语传输8bit字节码。其编码原理如下所示：
将原数据按照3个字节取为一组，即为3x8=24位
将3x8=24的数据分为4x6=24的数据，也就是分为了4组
将4个组中的数据分别在高位补上2个0，也就成了8x4=32，所以原数据增大了三分之一。
根据base64编码表对数据进行转换，如果要编码的二进制数据不是3的倍数，最后会剩下1个或2个字节怎么办，Base64用x00字节在末尾补足后，再在编码的末尾加上1个或2个=号，表示补了多少字节，解码的时候，会自动去掉。
举个栗子：Man最后的结果就是TWFu。
计算机中所有的数据都是以0和1的二进制来存储，而所有的文字都是通过ascii表转化而来进而显示成对应的语言。但是ascii表中存在许多不可见字符，这些不可见字符在数据传输时，有可能经过不同硬件上各种类型的路由，在转义时容易发生错误，所以规定了64个可见字符（a-z、A-Z、0-9、+、/）,通过base64转码之后，所有的二进制数据都是可见的。
ECB和CBC是两种加密工作模式。其相同点都是在开始轮加密之前，将明文和密文按照128/192/256进行分组。以128位为例，明文和密文都分为16组，每组1个字节为8位。
ECB工作模式中，每一组的明文和密文相互独立，每一组的明文通过对应该组的密文加密后生成密文，不影响其他组。
CBC工作模式中，后一组的明文在加密之前先使用前一组的密文进行异或运算后再和对应该组的密文进行加密操作生成密文。
为简单的分组加密。将明文和密文分成若干组后，使用密文对明文进行加密生成密文
CBC
加密：
解密：
② AES加密算法怎样进行改进
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加密算法主要步骤
1.1 AES算法整体描述
l 给定一个明文x，将State初始化为x，并进行AddRoundKey操作，将RoundKey与State异或。
l 对前Nr-1轮中的每一轮，用S盒对进行一次代换操作，称为SubBytes；对State做一置换ShiftRows；再对State做一次操作MixColumns；然后进行AddRoundKey操作。
l 依次进行SubBytes、ShiftRows和AddRoundKey操作。
l 将State定义为密文y。
1.2 伪代码
Cipher(byte in[4*Nb], byte out[4*Nb], word w[Nb*(Nr+1)])
begin
byte state[4,Nb]
state = in
AddRoundKey(state, w[0, Nb-1])
for round = 1 step 1 to Nr-1
SubBytes(state)
ShiftRows(state)
MixColumns(state)
AddRoundKey(state, w[round*Nb, (round+1)*Nb-1])
end for
SubBytes(state)
ShiftRows(state)
AddRoundKey(state, w[Nr*Nb, (Nr+1)*Nb-1])
out = state
end
2 KeyExpansion()实现
2.1要求
将128 bit的密钥扩展至加密过程中的9轮循环，再上初始及最后2轮，需构造11轮密钥。每一轮密钥由4个字组成。每个字由4个byte组成。
2.2 算法设计
输入：byte[] key, byte[] w //key为密钥 w为扩展的密钥
输出：byte[] w //扩展密钥 长度为4 * 4 * 11
处理：
1）建立一个4 byte的一维数组，存放一个字。Byte[] temp;
2）将密钥key[0..15]送至w[0..15];//已赋值4个字给w。
3) for I = 4 to 43
//以下每次处理一个字(32 bit)
temp = w[I-1];
if (I = 0 mod 4) //处理一个字 then
for j = 1 to 4 //字的4 byte处理
在此循环中取temp数组下标的次序为1,2,3,0 //RotWord 操作
如果是字的首byte，取Rcon常数Rcon(I/4);
temp[j] = Sbox(temp[ (j + 1) /4]^Rcon常数
end for
temp = SubWord(RotWord(temp))⊕Rcon[i/4]
end if
w[I] = w[I-4]⊕temp;
end for
4) 输出w
3多项式乘法mod GF(28)运算
3.1要求
将两个byte在有限域GF(28)按多项式乘法，并mod 不可约多项式m(x)=x8+x4+x3+x+1。
3.2 算法设计
输入：byte a ,byte b
输出：byte r
数学基础：
GF(28)有限域性质：两个元素的加法与两个字节按位模2加是一致的；乘法满足结合律；
考虑多项式中的一项aixi（i∈0-7），用一次x乘以多项式：
b(x) = b7x7 + b6x6 + b5x5 + b4x4 + b3x3 + b2x2 + b1x + b0,
得到
b7x8 + b6x7 + b5x6 + b4x5 + b3x4 + b2x3 + b1x2 + b0x (式1)
将结果模m(x)求余得到x*b(x)。
如果b7 = 0，则式1就是x*b(x)。
如果b7 不等于0，则必须从式1中减去m(x)后结果为x*b(x)。用x乘一个多项式简称x乘。
由此得出，aixi 乘以b(x)，可以作i次x乘。x(十六进制表示为0x02)乘可以用字节内左移一位和紧接着的一个与0x1b的按位模2加来实现，该运算暂记为xtime()。X的更高次的乘法可以通过重复应用xtime()来实现。通过将中间结果相加，任意乘法都可以利用xtime()来实现。例如：
57 * 13 = fe ，这是因为：
57 * 02 = xtime(57) = ae
57 * 04 = xtime(ae) = 47
57 * 08 = xtime(47) = 8e
57 * 10 = xtime(8e) = 07
所以
57 * 13 = 57 * ( 01⊕ 02 ⊕10 )
= 57⊕ ae⊕ 07
= fe
4 Sbox生成
4.1要求
一个字节byte看作为一个在有限域GF(28)的多项式，求出它关于模m(x)的乘法逆，之后将该乘法逆在GF(2)上作仿射变换。
4.2 算法设计
输入：byte a
输出：byte[] S
数学逻辑：
由有限域GF(28)性质。某个生成元（也是本原元）a，其a^(28-1) ≡ 1 mod m(x)。或a255 ≡ 1 mod m(x)。另外，a的从1到28-1的幂的值是构成了有限域GF(28)。
由乘法逆的性质b * b -1 ≡ 1。求乘法逆可简化如下
设 x = am ，设y是x的乘法逆，则y = a255-m
处理：
建立三个一组数组，分别为：byte S[255],byte L[255],byte E[255]。
取本原元为a = 0x03，
将a的0,1,2…255次方mod m(x)分另送至数组L中。a的运算参考前面的多项式乘法运算。如下伪码：
For i = 0 to 255
L[i] = ai (式2)
End for
为方便计算乘法逆的指数，数组E存放ai的幂指数i。将式2中ai值为数组E的下标，而将ai在数组L中的下标i作为数组E中对应的值。对应（式2）每一项有E[ai] = i。
由上面两个数组L，E，可得到GF(28)域中的任一byte的乘法逆。
设字节c它由ai生成的。其中a是GF(28)域中的生成元。欲求c的乘法逆。只需要找到a255-i即可。在数组E中可以由c查出生成元a的幂指数i。c-1的幂指数255-i。所以c-1 = L[255-i]。
对每一个字节byte根据以上内容得到乘法逆，作仿射变换得到数组S。即为Sbox
③ 2019-06-10 对称加密 和非对称加密
一、对称加密
AES加密
AES加密是一种高级加密标准，是一种区块加密标准。它是一个对称密码，就是说加密和解密用相同的密钥。WPA/WPA2经常用的加密方式就是AES加密算法。
二、非对称加密
RSA加密算法是一种非对称加密算法，非对称加密算法需要两个密钥：公共密钥和私有密钥。公钥和私钥是配对的，用公钥加密的数据只有配对的私钥才能解密。
RSA对加密数据的长度有限制，一般为密钥的长度值-11，要加密较长的数据，可以采用数据截取的方法，分段加密。
使用场景：
文件或数据在本地使用公钥或私钥加密，加密后的数据传送到服务器，服务器使用同一套密钥中的私钥或者公钥进行解密。
一、Https是什么？
1.HTTPS概念
HTTPS并不是一个单独的协议，而是对工作在一加密连接（SSL/TLS）上的常规HTTP协议。通过在TCP和HTTP之间加入TLS来加密。
2.SSL/TLS协议
SSL协议，是一种安全传输的协议，TLS是SSL v3.0的升级版。
4.HTTPS传输速度
1）通信慢
2）SSL必须进行加密处理，比HTTP消耗更多资源
二、TLS/SSL握手
1.密码学原理
1）对称加密
加密数据用的秘钥和解密数据用的密钥是一样的。
2）不对称加密
私有密钥：一方保管
共有密钥：双方公有
RSA算法。
2.数字证书
1）就是互联网通讯中标志通讯各方身份信息的一串数字，也是一个文件。
2）为什么有数字证书？
3）数字证书的颁发过程？
3.SSL与TLS握手的过程？
使用非对称加密，随机数不能被随便破解
Https双向认证的流程：
a. 客户端向服务端发送SSL版本等信息
b. 服务端给客户端返回SSL版本，同时也返回服务器端的证书
c. 客户端使用服务的返回的信息验证服务器的合法性，
a) 包括：证书是否过期，发型服务器证书的CA是否可靠，返回的公钥能正确解开返回证书中的数字签名，服务器证书上帝域名是否和服务器的实际域名想匹配
b) 验证通过后，将进行通信，否则终止通信
d. 客户端将自己的证书和公钥发送给服务端
e. 验证客户端的证书，通过验证后，会获得客户端的公钥
f. 客户端向服务端发送自己可以支持的对称加密方案给服务端，让服务端进行选择
g. 服务端在客户端提供的加密方案中选择加密程度高的加密方式
h. 将加密方案通过使用之前获取到的公钥进行加密，返回给客户端
i. 客户端收到服务端返回的加密方案后，使用自己的私钥进行解密，获取具体的加密方式，最后，产生加密方式的随机码，用作过程中的密钥，使用之前从客户端证书中获取到的公钥进行加密后，发送嘿服务端
j. 服务端收到客户端发来的消息后，使用私钥对加密信息进行加密，获得对称加密的密钥
k. 对称加密，确保通信安全
总结：https实际上就是在TCP层与http层之间加入了SSL/TLS来为上层的安全保驾护航，主要用到了对称加密，非对称加密，证书等技术进行客户端与服务器的数据加密传输，最终达到保证整个通信的安全性。
④ des和aes 加解密算法具体步骤有例子最好
随着计算机网络和计算机通讯技术的发展，计算机密码学得到前所未有的重视并迅速普及和发展起来。由于密码系统的各种性能主要由密码算法所决定，不同的算法决定了不同的密码体制，而不同的密码体制又有着不同的优缺点：有的密码算法高速简便，但加解密密钥相同，密钥管理困难；有的密码算法密钥管理方便安全，但计算开销大、处理速度慢。基于此，本文针对两种典型的密码算法DES和RSA的特点进行讨论分析，并提出一种以这两种密码体制为基础的混合密码系统，来实现优势互补。
1 密码系统简介
1.1 密码系统分类
密码系统从原理上可分为两大类，即单密钥系统和双密钥系统。单密钥系统又称为对称密码系统，其加密密钥和解密密钥或者相同，或者实质上相同，即易于从一个密钥得出另一个，如图1所示。双密钥系统又称为公开密钥密码系统，它有两个密钥，一个是公开的，用K1表示，谁都可以使用；另一个是私人密钥，用K2表示，只由采用此系统的人掌握。从公开的密钥推不出私人密钥，如图2所示。
1.2 两种密码系统分析
1.2.1 对称密码系统（单钥密码系统）
对称密码系统中加密和解密均采用同一把密钥，而且通信双方必须都要获得这把密钥。这就带来了一系列问题。首先，密钥本身的发送就存在着风险，如果在发送中丢失，接受方就不可能重新得到密文的内容；其次，多人通信时密钥的组合的数量会出现爆炸性的膨胀，N个人两两通信，需要N*(N-1)/2把密钥，增加了分发密钥的代价和难度；最后，由于通信双方必须事先统一密钥，才能发送保密的信息，这样，陌生人之间就无法发送密文了。
1.2.2 公开密钥密码系统（双钥密码系统）
公开密钥密码系统中，收信人生成两把数学上关联但又不同的公钥和私钥，私钥自己保存，把公钥公布出去，发信人使用收信人的公钥对通信文件进行加密，收信人收到密文后用私钥解密。公开密钥密码系统的优势在于，首先，用户可以把用于加密的钥匙公开地发给任何人，并且除了持有私有密钥的收信人之外，无人能解开密文；其次，用户可以把公开钥匙发表或刊登出来，使得陌生人之间可以互发保密的通信；最后，公开密钥密码系统提供了数字签字的公开鉴定系统，而这是对称密码系统不具备的。
1.3 典型算法
对称密码系统的算法有DES，AES，RC系列，DEA等，公开密钥密码系统的算法有RSA，Diffie-Hellman， Merkle-Hellman等。
2 DES算法
DES (Data Encryption Standard，数据加密标准)是一个分组加密算法，它以64 bit位(8 byte)为分组对数据加密，其中有8 bit奇偶校验，有效密钥长度为56 bit。64 位一组的明文从算法的一端输入，64 位的密文从另一端输出。DES算法的加密和解密用的是同一算法，它的安全性依赖于所用的密钥。DES 对64位的明文分组进行操作，通过一个初始置换，将明文分组成左半部分和右半部分，各32位长。然后进行16轮完全相同的运算，这些运算被称为函数f，在运算过程中数据与密钥结合。经过16轮后，左、右半部分合在一起经过一个末置换(初始置换的逆置换)，完成算法。在每一轮中，密钥位移位，然后再从密钥的56位中选出48位。通过一个扩展置换将数据的右半部分扩展成48位，并通过一个异或操作与48位密钥结合，通过8个s盒将这48位替代成新的32位数据，再将其置换一次。这些运算构成了函数f。然后，通过另一个异或运算，函数f输出与左半部分结合，其结果即成为新的右半部分， 原来的右半部分成为新的左半部分。将该操作重复16次，实现DES的16轮运算。
3 RSA算法
RSA算法使用两个密钥，一个公共密钥，一个私有密钥。如用其中一个加密，则可用另一个解密。密钥长度从40到2048 bit可变。加密时把明文分成块，块的大小可变，但不能超过密钥的长度，RSA算法把每一块明文转化为与密钥长度相同的密文块。密钥越长，加密效果越好，但加密解密的开销也大，所以要在安全与性能之间折衷考虑，一般64位是较合适的。RSA算法利用了陷门单向函数的一种可逆模指数运算，描述如下：(1)选择两个大素数p和q；(2)计算乘积n=pq和φ(n)=(p-1)(q-1)；(3)选择大于1小于φ(n)的随机整数e，使得
gcd(e，φ(n))=1；(4)计算d使得de=1modφ(n)；(5)对每一个密钥k=(n，p，q，d，e)，定义加密变换为Ek(x)=xemodn，解密变换为Dk(y)=ydmodn，这里x，y∈Zn；(6)以{e，n}为公开密钥，{p，q，d}为私有密钥。
4 基于DES和RSA的混合密码系统
4.1 概述
混合密码系统充分利用了公钥密码和对称密码算法的优点，克服其缺点，解决了每次传送更新密钥的问题。发送者自动生成对称密钥，用对称密钥按照DES算法加密发送的信息，将生成的密文连同用接受方的公钥按照RSA算法加密后的对称密钥一起传送出去。收信者用其密钥按照RSA算法解密被加密的密钥来得到对称密钥，并用它来按照DES算法解密密文。
4.2 具体实现步骤
（1）发信方选择对称密钥K（一般为64位，目前可以达到192位）
（2）发信方加密消息：对明文按64位分组进行操作，通过一个初始置换，将明文分组成左半部分和右半部分。然后进行16轮完全相同的运算，最后，左、右半部分合在一起经过一个末置换(初始置换的逆置换)，完成算法。在每一轮中，密钥位移位，然后再从密钥的56位中选出48位。通过一个扩展置换将数据的右半部分扩展成48位，并通过一个异或操作与48位密钥结合，通过8个S盒将这48位替代成新的32位数据，再将其置换一次。然后通过另一个异或运算，输出结果与左半部分结合，其结果即成为新的右半部分，原来的右半部分成为新的左半部分。如图3所示。
（3）收信方产生两个足够大的强质数p、q，计算n=p×q和z=(p-1)×(q-1)，然后再选取一个与z互素的奇数e，从这个e值找出另一个值d，使之满足e×d=1 mod (z)条件。以两组数(n，e) 和 (n，d)分别作为公钥和私钥。收信方将公钥对外公开，从而收信方可以利用收信方的公钥对 （1）中产生的对称密钥的每一位x进行加密变换Ek(x)=xemodn；
（4）发信方将步骤（2）和（3）中得到的消息的密文和对称密钥的密文一起发送给收信方；
（5）收信方用（3）中得到的私钥来对对称密钥的每一位y进行解密变换Dk(y)=ydmodn，从而得到（1）中的K；
（6）收信方用对称密钥K和DES算法的逆步骤来对消息进行解密，具体步骤和（2）中恰好相反，也是有16轮迭代。
（7）既可以由收信方保留对称密钥K来进行下一次数据通信，也可以由收信方产生新的对称密钥，从而使K作废。
4.3 两点说明
4.3.1 用公钥算法加密密钥
在混合密码系统中，公开密钥算法不用来加密消息，而用来加密密钥，这样做有两个理由：第一，公钥算法比对称算法慢，对称算法一般比公钥算法快一千倍。计算机在大约15年后运行公开密钥密码算法的速度才能比得上现在计算机运行对称密码的速度。并且，随着带宽需求的增加，比公开密钥密码处理更快的加密数据要求越来越多。第二，公开密钥密码系统对选择明文攻击是脆弱的。密码分析者只需要加密所有可能的明文，将得到的所有密文与要破解的密文比较，这样，虽然它不可能恢复解密密钥，但它能够确定当前密文所对应的明文。
4.3.2 安全性分析
如果攻击者无论得到多少密文，都没有足够的信息去恢复明文，那么该密码系统就是无条件安全的。在理论上，只有一次一密的系统才能真正实现这一点。而在本文所讨论的混合密码系统中，发信方每次可以自由选择对称密钥来加密消息，然后用公钥算法来加密对称密钥，即用户可以采用一次一密的方式来进行数据通信，达到上述的无条件安全。
5 小结
基于DES和RSA的混合密码系统结合了公钥密码体制易于密钥分配的特点和对称密码体制易于计算、速度快的特点，为信息的安全传输提供了良好的、快捷的途径，使数据传输的密文被破解的几率大大降低，从而对数据传输的安全性形成更有力的保障，并且发信方和收信方对密钥的操作自由度得到了很大的发挥。
⑤ 1、对称加密算法
指加密和解密使用相同密钥的加密算法。对称加密算法用来对敏感数据等信息进顷弊指行加密，常用的算法包括RC4、DES、3DES、AES、DESX、Blowfish、ChaCha20、RC5、RC6。前3种算法被认为是不安全的，通常禁止使用。
国内:SM1、SM4、ZUC
国际:DES、3DES、AES
说明:SM1的128位保密强度和性能与AES相当,SM4的128位已升级为国际标准
块密码算法:DES、3DES、AES
流密码算法:RC4
SM1：对称加密算法，加密强度为128位，采用硬件实现； 算法不公开 ，只能通过相关安全产品进行使用。
SM4：对称算法，随WAPI标准一起公布，可使用软件实现，加密强度为128位。
SM4分组密码算法是我国自主设计的分组对称密码算法，用于实现数据的加密/解密运算，以保证数据和信息的机密性。要保证一个对称密码算法的安全性的基本条件是其具备足够的密钥长度，SM4算法与AES算法具有相同的密钥长度分组长度128比特，因此在安全性上高于3DES算法。
DES（Data Encryption Standard） ：数据加密标准，速度较快，适用于加密 大量数据 的场合。
3DES（Triple DES） ：是基于DES，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高。
AES（Advanced Encryption Standard） ：高级加密标准，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高；
ECB(Electronic Codebook)、特点:运算快速,支持并行处理,需要填充、说明:不推荐使用
CBC (Cipher Block Chaining)、特点:支持并行处理,需要填充、说明:推荐使用
CFB(Cipher Feedback)、特点:支持并行处理,不需要填充、说明:不推荐使用
OFB(Output Feedback)、特点:迭代运算使用流密码模式,不需要填充、说明:不推荐使用
CTR (Counter)、特点:迭代运算使用流密码模式,支持并行处理,不需要填充、说明:推荐使用
XTS(XEX-based tweaked-codebook)、特点:不需要填充、说明:用于本地硬盘存储解决方案中
填充标准:明文长度必须是分组长度的倍数,如雀配卜哗不是倍数,则必须有填充机制
PKCS#7填充:可处理的分组长度是1到255个字节
AES算法使用标准,比如:AES-128-CBC-PKCS#7,其中秘钥长度128,分组模式CBC,填充标准PKCS#7,AES算法默认分组128bit