常用加密算法探寻

在开发过程中，常常用到各种加密方法和算法，本文总结了几种常用加密方法的原理。

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对称加密

原理：

加密和解密数据使用同一个密钥，适合对大量数据进行加解密

安全性：

关键是密钥的保存方式，加密或是解密的任何一方泄漏密钥，都会导致信息泄漏

代表算法：

DES、3DES、Blowfish、IDEA、RC4、RC5、RC6、AES等

对称密码常用的数学运算：

• 移位和循环移位

　　移位就是将一段数码按照规定的位数整体性地左移或右移。循环右移就是当右移时，把数码的最后的位移到数码的最前头，循环左移正相反。例如，对十进制数码12345678循环右移1位（十进制位）的结果为81234567，而循环左移1位的结果则为23456781。

• 置换

　　就是将数码中的某一位的值根据置换表的规定，用另一位代替。它不像移位操作那样整齐有序，看上去杂乱无章。这正是加密所需,被经常应用。

• 扩展

　　就是将一段数码扩展成比原来位数更长的数码。扩展方法有多种,例如,可以用置换的方法，以扩展置换表来规定扩展后的数码每一位的替代值。

• 压缩

　　就是将一段数码压缩成比原来位数更短的数码。压缩方法有多种，例如，也可以用置换的方法，以表来规定压缩后的数码每一位的替代值。

• 异或

　　这是一种二进制布尔代数运算。异或的数学符号为⊕ ，它的运算法则如下：
1⊕1 = 0
0⊕0 = 0
1⊕0 = 1
0⊕1 = 1
　　也可以简单地理解为，参与异或运算的两数位如相等，则结果为0，不等则为1。

• 迭代

　　迭代就是多次重复相同的运算，这在密码算法中经常使用，以使得形成的密文更加难以破解。

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非对称加密

原理：

非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密

安全性：

公钥可以被任何人知道，但是私钥被泄漏就会导致信息泄漏

应用场景：

数字签名，私钥拥有者对信息进行加密，接受者使用公钥解密成功，就可以确定发送者的身份

密钥长度：

通常是1024，2048等。密钥长度增长一倍，公钥操作所需时间增加约4倍，私钥操作所需时间增加约8倍，公私钥生成时间约增长16倍

加密的明文长度：

加密的明文长度不能超过RSA密钥的长度减去11byte，比如密钥长度是1024位的，1024位=1024bit=128byte，128-11=117byte，所以明文长度不能超过117byte，如果长度超过该值将会抛出异常。加密后密文的长度为密钥的长度，如密钥长度为1024bit(128Byte)，最后生成的密文固定为 1024bit(128Byte)

代表算法：

DES、3DES、Blowfish、IDEA、RC4、RC5、RC6、AES等

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哈希散列算法

原理：

采用某种散列函数，输入不同长度的明文，得到相同的长度的密文，明文的微小变化都能引起密文的巨大变化。其实哈希散列算法不算是真正的加密，而是生成对应明文的指纹信息，用来校验数据的完整性。

安全性：

不能通过密文反推明文，通常作为数据的完整性校验

应用场景1：

生成信息摘要，验证信息的完整性

应用场景2：

不用明文存储用户密码，比如使用md5(md5(用户密码)+salt)来存储密码和验证密码，防止攻击者用彩虹表攻击

代表算法：

MD2、MD4、MD5、PANAMA、SHA-0、SHA-1、SHA-256、SHA-512等

常用算法对比

名称	密钥长度	运算速度	安全性	资源消耗	加密类型
DES	56位	较快	低	中	对称
3DES	168位	慢	中	高	对称
IDEA	128位	较慢	中	高	对称
AES	128、192、256位	快	高	低	对称
RSA	1024、2048、3072、4096	慢	高	高	非对称
DSA	1024、2048、3072、4096	慢	高	低	非对称
ECC	256	快	高	低	非对称
SHA-1		慢	高	低	散列
MD5		快	中	低	散列

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参考：

• DES加密算法原理
• DES算法实例详解
• AES对称加密算法扫盲
• DES，3DES,AES这三种对称密钥的区别与联系
• 数字签名算法介绍和区别
• HOTP和TOTP算法图解