AES,DES,3DES加密方式的特点

SUMMARY

DES：Data Encryption Standard（数据加密标准，又美国国密局，选中的IBM的方案，密钥长度为56，标准提出是要使用64位长的密钥，注意: 实际中DES算法只用了64位中的56位密钥)

3DES：trip DES（3级DES,是DES的升级版，主要是为了应对快速发展的计算机能力，能够在24小时内暴力破解传统的56位长度密钥的DES,而3DES相当于对统一数据块采用3次DES,3次DES使用的密钥如果完全不同，则密钥长度可以达到168位 56*3，大大延长了被暴力破解的时间）

AES：Advanced Encryption Standard（高级数据加密标准，是美国国密局为下一代加密算法，挑选的标准）

以上三种都是对称加密算法，且是国际算法，因为都是美国佬搞的，而我国国密局也制定了自己的对称加密算法，叫国密算法，SM1（相当于AES）,和SM4(相当于3DES)。

DES

1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES Data Encryption Standard) 。

目前在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。

DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。

其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；

Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；

Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。

DES算法是这样工作的：

如Mode为加密，则用Key 去把数据Data进行加密， 生成Data的密文形式（64位）作为DES的输出结果；

如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明文形式（64位）作为DES的输出结果。

在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。

通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。

3DES

3DES是DES加密算法的一种模式，它使用3条64位的密钥对数据进行三次加密。数据加密标准（DES）是美国的一种由来已久的加密标准，它使用对称密钥加密法。

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），是DES的一个更安全的变形，可以理解为DES的升级版。它以DES为基本模块，通过组合分组方法设计出分组加密算法。

设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，Kn代表DES算法使用的密钥，P代表明文，C代表密表，这样，

3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1§))

3DES解密过程为：P=Dk1((EK2(Dk3©))

K1、K2、K3决定了算法的安全性，若三个密钥互不相同，本质上就相当于用一个长为168位的密钥进行加密。多年来，它在对付强力攻击时是比较安全的。若数据对安全性要求不那么高，K1可以等于K3。在这种情况下，密钥的有效长度为112位。

AES

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。

用AES加密2000年10月，NIST（美国国家标准和技术协会）宣布通过从15种候选算法中选出的一项新的密匙加密标准。Rijndael被选中成为将来的 AES。Rijndael是在1999年下半年，由研究员Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 创建的。AES正日益成为加密各种形式的电子数据的实际标准。

美国标准与技术研究院（NIST）（想当于美国的国密局）于2002年5月26日制定了新的高级加密标准（AES）规范。

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。

PS

Initialization vector (IV)
“初始化向量"或稱"起始變數”，它的用途主要在於避免相同的資料加密多次都產生相同的密文(Cipher Text)。因此，使用上必須要注意的是，相同的一把金鑰(secret key)在加密的時候，不可以使用相同的 IV，否則就破壞了AES的安全性。此外 IV 本身並不需要保護，它是可以被公開的。而IV的最大長度必須是 16 bytes，而且產生IV的方式必須是無法預測的，也就是隨機產生即可。

以下是關於幾種常見的IV類型：
(1) Fixed IV
　　顧名思義就是，在使用同一把金鑰(secret key)在加密的時候，所使用的IV都是固定的。這會造成兩個相同的 plain-text 的區塊，產生的 cipher-text 區塊是相同的。

(2) Counter IV
　　是指在使用同一把金鑰(secret key)在加密的時候，每次加密一個訊息時，都將 IV 累加 1。

(3) Random IV
　　是指隨機產生一個亂數當作 IV。建議的作法是將第一個 IV 當作密文的第一個 cipher-text 區塊。從第二個 cipher-text 區塊才是真正的加密資料。

(4) Nonce-Generated IV
　　是指使用相同的一把金鑰(secret key)在加密的時候，用一個 nonce 來產生 IV 。nonce 是指 number used once 的意思，主要的精神在於同一把金鑰(secret key)不可以使用相同的 nonce。例如：假設選擇 nonce = 0 開始後，使用相同的一把金鑰(secret key)在加密的時候，不可以出現使用 nonce = 0 第 2 次。
Padding
由於AES加密過程，是針對每個固定大小的區塊(16 bytes)，進行多次的交互置換和XOR運算，因此當需要被加密的資料小於矩陣區塊16 bytes 的時候，或是資料的size 不是 16 bytes的倍數時，為了讓加密能夠順利進行，必須將資料的 size 補齊到能夠被 16 bytes 整除的大小。舉例來說，假設需要保護的資料總長度只有 5 bytes，那在進行AES加密之前，必須補齊資料長度達到16 bytes。

加密步骤

首先AES加密会把明文按128位16个字节，切成一段一段的数据，如果数据的最后一段不够16个字节，会用Padding来填充。

然后把明文块0与初始向量IV做异或操作，再用密钥加密，得到密文块0，同时密文块0也会被用作明文块1的加密向量。

然后明文块1与密文块0进行异或操作，再用密钥加密，得到密文块1。（当然这里只是假设数据只有两段，如果数据不止两段，依次类推，就可以得到很多段密文块。）最后把密文块拼接起来就能得到最终的密文。

与公共密钥加密使用密钥对不同(非对称加密算法)，对称加密算法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。

Block cipher mode
ECB (Electronic codebook，ECB)
ECB是對於每一個資料區塊都用同一把金鑰(secret key)去加密，而且沒有使用 IV。缺點是在於相同的資料區塊，加密後的密文(Cipher Text)會是相同的。優點是每個區塊都可以獨立進行加密，因此可同時對每個區塊進行加密。

CBC (Cipher-block chaining)
CBC是一種串鏈的加密方式，第一個資料區塊必須加入IV和金鑰(secret key)進行加密，之後將加密後的密文(Cipher Text)作為第二個資料區塊的IV再加上金鑰進行加密，以此類推下去，直到所有區塊都被加密完成。這種方式在加密過程當中，下一個區塊必須依賴這個區塊加密後的結果才能夠得到IV，因此無法同時進行。但是在解密的時候，可以同時對所有區塊進行解密，因為前後兩個密文(Cipher Text)區塊，後面的密文區塊要解密時候所需要的IV就是前一個密文區塊。