加密算法：PBEncrypt（hash消息摘要：MD5、SHA；对称加密：DES、AES；非对称加密：RSA）
- 上一篇：一文搞懂 Base64 ， 简单！
- 简析多种编码方式（Hex, Base64, UTF-8）
MD5 算法
参考：Java 安全加密算法 - MD5，SHA256，SHA512，PBKDF2，BCrypt，SCrypt
消息摘要算法（Message-Digest Algorithm 5 ，MD5）是一种 密码散列函数
返回一个128 bit（16 bytes）的 散列值
消息（message）：要编码的密码 就称为消息。摘要（digest）： 生成的散列值称为消息摘要。
openssl 示例
它非常简单直接的基本思想是：
将 可变长度 的 数据集 映射到 数据集的 固定长度 的。
# 特点
- 数字指纹：输入任意长度的信息，经过处理，输出为128位的信息
- 唯一性：不同的输入得到的不同的结果
- 不可逆：无法通过密文得到明文
- 不抗冲突：这意味着不同的密码最终会导致相同的哈希
# MD5 用途
-
防止被篡改：
用一个文档生成一个MD5结果，之后如果文档被修改，再次生成的MD5结果必然与之前的不同。
如：Git、SVN等版本控制器 -
密码的存储：
由于不可逆性，不法分子拿到数据库中的MD5加密有的用户密码，不法分子也无法解析得到密码明文。
相反，通过唯一性，用户输入明文，服务器将明文进行MD5加密，然后跟数据库中的密文对比，能判断用户输入的明文是否正确。 -
防止抵赖（数字签名）
跟防止篡改一个道理。
第三方机构，通过 记录 文档的MD5 加密后数据和作者（或一些别的东西），形成映射关系。
当要追究文档责任时，能溯源找回作者（或一些别额东西）
# 安全性
- 当加密内容过于简单或者有规律可循时，可以破解。（如生日，纯数字，身份证、电话号码等）
如：- 字典攻击：https://www.cmd5.com/default.aspx，这个网站就是通过存储一些常见加密结果和原文的映射，来进行密码破解的。
（彩虹表：https://blog.csdn.net/davidhuang2017/article/details/80285366）
- 字典攻击：https://www.cmd5.com/default.aspx，这个网站就是通过存储一些常见加密结果和原文的映射，来进行密码破解的。
- 当加密内容复杂时，（内容范围包含数字、字母大小写和其他字符，并且超过一定长度，如7时）普遍认为是安全的。
# 简单 JAVA 示例
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
public class Enctypt {
public static void main(String[] args) {
// 密码
final String password = "123456";
// openssl算出来的 123456 的 MD5 加密结果
String passwordGenerated = "e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e";
System.out.println(passwordGenerated.equals(Enctypt.MD5(password)));
}
public static String MD5(String message) {
String result = null;
try {
// Create MessageDigest instance for MD5
MessageDigest encoder = MessageDigest.getInstance("MD5");
// Add password bytes to digest
byte[] digest = encoder.digest(message.getBytes());
// This bytes[] has bytes in decimal format;
// Convert it to hexadecimal format
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (byte b : digest) {
sb.append(Integer.toString((b & 0xff) + 0x100, 16).substring(1));
}
//Get complete hashed password in hex format
result = sb.toString();
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
return result;
}
}
# 为 MD5 添加 salt 示例
考虑在安全性中添加一些 盐（salt）
维基百科将
salt定义为 随机数据 ，用作哈希密码或密码短语的单向函数的附加输入。
更简单的说，salt是一些随机生成的文本，在获取哈希值之前会附加到密码中。
salting 的最初意图主要是打败预先计算的彩虹表攻击，否则可以用来大大提高破解密码数据库的效率。现在更大的好处是减慢并行操作，将一次密码猜测的哈希值与多个密码哈希值进行比较。
生成 salt
只要是随机数即可：
- UUID
- SHA1PRNG
Java 示例
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.UUID;
public class Enctypt {
public static void main(String[] args) {
// 密码
final String password = "123456";
// openssl算出来的 123456 的 MD5 加密结果(无salt)
final String passwordGenerated = "e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e";
System.out.println("no salt:" + Enctypt.MD5(password));
// 利用 UUID 生成 salt
String salt = UUID.randomUUID().toString();
System.out.println("salt:" + salt);
System.out.println("add salt:" + Enctypt.MD5(password, salt));
}
public static String MD5(String message) {
return MD5(message, null);
}
public static String MD5(String message, String salt) {
String result = null;
try {
// Create MessageDigest instance for MD5
MessageDigest encoder = MessageDigest.getInstance("MD5");
// Add salt bytes to digest
if (salt != null && !"".equals(salt)) {
encoder.update(salt.getBytes());
}
// Add password bytes to digest
byte[] digest = encoder.digest(message.getBytes());
result = parseToString(digest);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
return result;
}
private static String parseToString(byte[] digest) {
// This bytes[] has bytes in decimal format;
// Convert it to hexadecimal format
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (byte b : digest) {
sb.append(Integer.toString((b & 0xff) + 0x100, 16).substring(1));
}
//Get complete hashed password in hex format
return sb.toString();
}
}
注意：如果加了 salt，必须把 salt 和 密文 存储在一起。否则，明文无法再次生成相同的密文
SHA 算法
安全散列算法（Secure Hash Algorithm，SHA）是 加密散列函数 族。
相同：
与MD5一样，两者均由MD4导出，SHA-1和MD5彼此很相似。
相应的，他们的强度和其他特性也是相似：
结果唯一、不抗冲突不可逆不同：
有以下几点不同：
- 对强行攻击的
安全性：最显著和最重要的区别是SHA-1摘要比MD5摘要长32 位。使用强行技术，产生任何一个报文使其摘要等于给定报摘要的难度对MD5是2^128数量级的操作，而对SHA-1则是2^160数量级的操作。这样，SHA-1对强行攻击有更大的强度。速度：在相同的硬件上，SHA-1的运行速度比MD5慢。
Java有4种SHA算法实现。与MD5（128位散列）相比，它们生成以下长度哈希值：
- SHA-1（160位哈希 - 最简单的一个 ）
- SHA-256（256位散列 - 强于SHA-1）
- SHA-384（384位哈希 - 强于SHA-256）
- SHA-512（512位散列 - 强于SHA-384）
更长的哈希更难以打破。这是核心理念。
openssl示例
# JAVA 示例
将上面代码的获取实例部分修改即可：
MessageDigest.getInstance("SHA-1");
MessageDigest.getInstance("SHA-256");
... 384
... 512
概念：对称加密算法
参考：常见对称加密算法
看到这里，你应该要知道 对称加密算法 的概念。
在 对称加密算法 中：
- 数据发信方将
明文（原始数据）和加密密钥（mi yue）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。
特点
- 有三样东西：
明文、密钥、加密&解密算法 - 密钥只有一个（发收双方持有相同密钥）
- 解密方需要事先知道
解密算法
优缺点
- 优点：算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。
- 缺点：
1、使用同样钥匙，安全性得不到保证。
2、密钥管理困难（随通信次数，钥匙数量呈几何倍数增长，分布式情况尤为严重！）
五种对称加密算法
- DES：已破解，不再安全，基本没有企业在用了
但是对称加密算法的基石，具有学习价值，马上讲- DESede（三重DES）
- AES：最常用的对称加密算法
下面下面第二个讲- IDEA：常用的电子邮件加密算法
- PBE：综合了消息摘要算法和对称加密算法，最常见的是
PBEWithMD5AndDES
DES 算法
参考：视频【⭐️⭐️⭐️】 - DES加密算法-《信息安全技术》课程微课设计
数据加密算法（Data Encryption Standard，DES），它是IBM公司于1975年研究成功并公开发表的。
DES详解（Java实现）
DES 算法（理论部分）
因为这是对称加密的典型案例，所以必要介绍一些理论知识。
# 密码学基础
从本质上来说，DES的安全性依赖于虚假表象，从密码学的术语来讲就是依赖于“混乱和扩散”的原则。
- 混乱：目的是为隐藏任何明文同密文、或者密钥之间的关系
- 扩散：目的是使明文中的有效位和密钥一起组成尽可能多的密文。
两者结合到一起就使得安全性变得相对较高。
## Feistel结构
DES详解
# DES 算法基础
- 分组：DES是一种分组加密算法，该算法每次处理固定长度的数据段，称之为分组。
- 填充：DES分组的大小是64位，如果加密的数据长度不是64位的倍数，可以按照某种具体的规则来填充位。
- 置换：对每个分组
# 一般结构图
其中，
- 扩展置换（P盒置换）的作用是
扩散（Diffusion）。 使明文和密钥产生更多的密文 - S盒压缩（Substitution-box ）的作用是
混乱。隐藏明文和密文的关系
## 初始置换IP（initial permulation）和终止置换IP（final permulation）
初始置换IP（Initial Permutation）的作用在于将64位数据打乱重排，并分成左右两半，供后面的迭代使用。
-
置换，即对照置换表，一位一位的对数据分组进行置换
-
初始置换的结果（下图）
-
终止置换
终止置换的置换表和初始置换表示互逆的。
即，通过初始置换和终止置换，各分组的排序不变
## 扩展置换
- 经过初始置换的64位数据被分为左右32位数据（下图）
- 其中一边的32位数据进行扩展置换得到48位数据
- 具体填充过程如下
（其实，就是等分成8块，各自的首尾位置进行了添位操作）
## S盒压缩处理
上面进行了扩展，这里进行压缩
在经过扩展的48位明文和48密钥进行异或运算后，就会使用8个S盒压缩处理，得到32位数据
和扩展过程一样，等分成八份（每份6位），每份压缩为4位
以一份为例，演示压缩过程
AES 算法
参考：AES 加密算法的原理详解
AES详解（Java实现）
高级加密标准(AES,Advanced Encryption Standard)为最常见的对称加密算法标准
Rijndael是该标准下的具体算法
(微信小程序加密传输就是用这个加密算法的)
# 与 DES 的异同
-
名字上看
Advanced Encryption Standard和Data Encryption Standard就差第一个单词，就知道他们关系不简单。
可以理解：AES就是DES的升级版。相同点：
- 均是分块加密（也均是对称加密）
- 均需要扩展密钥
- 均需要特定的表对明文进行转换
-
历史上看
DES早被破解了（不能对抗差分和线性密码分析），是不安全的。于是出了个三重DES。
三重DES保证了安全性，但效率低。
于是，才出现了RSA，既保证安全性、又保证了效率 -
分组长度
DES分组比较短。
AES标准支持可变分组长度，分组长度可设定为32比特的任意倍数，最小值为128比特，最大值为256比特。
另外，RSA很好的抵抗差分密码分析及线性密码分析的能力。
# 加密流程（简述）
加密解密结构（下图）
加密函数（单次加密）的结构（下图）
# 现实应用
实际中，一般是
- 通过RSA（下面介绍）加密
AES的密钥，传输到接收方 - 接收方解密得到
AES密钥，然后发送方和接收方用AES密钥来通信。
RSA 算法
参考：李永乐老师11分钟讲RSA加密算法
RSA（ Rivest - Shamir - Adleman ），名字来源算法的三位研发者（美国麻 省理工 学院三 位学者 Ron Rivest 、 Adi Shamir 及 Leonard Adleman ）（左）。
另外，后来资料表明，右边三位大神，最早提出这种算法，但由于工作保密的原因，无法公布。
这个算法的核心，是基于大素数的数学难题。
记住两点：
- 公钥：是大家都能知道的（包括不法分子），用于加密方借助公钥对数据加密
（非对称加密的核心就是：加密用的是公钥，而不再是私钥）- 私钥：让不法分子知道了，数据就泄漏了，因为能用于对数据的解密
1 生成公钥（generate public key ）
公钥是在一定约束内，随便取的
公钥由两部分组成：n和e
-
得到
公钥 n
我们选择两个素数（prime） P 和 Q
通过 PxQ 我们得到公钥 n
-
得到
公钥 e
e 必须是个整数，不能整除公钥 n，同时在一个范围内（ 1 < e < φ ( n ) 1
这个 φ ( n ) \varphi (n) φ(n) “phi of n” 我们下面讲
-
“phi of n” 的计算公式 ： φ ( n ) = ( p − 1 ) ( Q − 1 ) \varphi (n)= (p-1)(Q-1) φ(n)=(p−1)(Q−1)
是不是和 n 很像？
至此，我们得到：
- 公开的 ： e 和 n
- 用于计算的：P、Q、 φ ( n ) = ( p − 1 ) ( Q − 1 ) \varphi (n)= (p-1)(Q-1) φ(n)=(p−1)(Q−1)
2 生成私钥（generate private key）
计算私钥，要用到
公钥 e和 用于计算的 φ ( n ) = ( p − 1 ) ( Q − 1 ) \varphi (n)= (p-1)(Q-1) φ(n)=(p−1)(Q−1)
私钥 d 的计算如下：
对于这个计算过程，我们只需要知道：
由于之前 对公钥的 一些列限值，
这里在计算私钥时，>d 肯定是能算开的（即不存在无限小数）
3 用公钥加密数据（encrypt data with public key）
一堆乱七八糟，各种各样格式的信息，要加密，首先要转成加密方法认可的格式（如数字）
信息加密步骤1：转换
首先，将信息（data）转成（convert）数字形式
【注意，这不叫加密，只是一种方便处理的信息形式转换】
方法移异常多，如： ASCII、base64
这里简单把信息：Hi，转换成：89
信息加密步骤2：加密
计算密文，要用到完整的公钥，即：
公钥 n和公钥 e
通过（下图）公式：（ c = D a t a e m o d n c=Data^{e}\mod n c=Dataemodn）
得到我们的 密文 c （encrypt data）
4 私钥解密数据（decrypt data with private key）
再复杂的加密，都需要能解密
（像MD5那样不可逆的，个人觉得不算完整加密算法，就像你把盒子用锁锁了，同时把钥匙丢海里，你不能说那把锁本身是把好锁，一个道理）
RSA 好在在复杂加密的情况下，有方便的解密过程。
这里要用到的参数：
.
加密数据 c、私钥 d和公钥 n（不需要公钥 e）
通过和加密公式类似的公式：（ c = D a t a d m o d n c=Data^{d}\mod n c=Datadmodn）
和加密公式的区别是，幂次从 公钥 e 变成了 私钥 d 即可
即可进行解密
5 流程梳理
生成钥匙：
- 选取计算因子 P、Q
同时得到 φ ( n ) = ( p − 1 ) ( Q − 1 ) \varphi (n)= (p-1)(Q-1) φ(n)=(p−1)(Q−1) - 发布
计算出的公钥 n
和选取的公钥 e - 保存
计算出的私钥 d
通信：
- 用
公钥 n和公钥 e对数据进行加密 - 用
公钥 n和私钥 d对数据进行解密
# 性能分析：RSA和AES对比
参考：浅析DES与AES、RSA三种典型加密算法的比较
-
速度方面： AES优
从 RSA 加密过程中，需要对数据取模可以看出
（类似具体时间的测试很多） -
安全方面：毋庸置疑，非对称加密方式安全性上优于对称加密。
因此，目前最常用的加密方式采用AES与RSA相结合的应用，使它们的优缺点正好互补
RSA加密速度慢，安全性好，应用于AES 密钥的加密，传输到接收方，可解决DES 密钥分配的问题。AES加密速度快，适合加密较长的报文，可用其加密明文，接收方 通过RSA解密出AES密钥，从而解密出加密数据；
目前这种RSA和AES结合的方法已成为EMAIL保密通信标准。
done~
