对称密码（对称秘钥加密）
在对称密码体系中，相同的密码用来加密(encrypt)和解密(decrypt)报文，因此无论对发送者还是接受者，他们都知道秘钥。加密和解密的过程如下图所示
M-明文，即原始报文
K-秘钥
C-密文
E-加密函数
D-解密函数
对称密码可以分为两种：分组密码和序列密码
哈希加密
哈希加密是独立与对称密码和对称加密体系的，因为它不需要解密。密码学上的哈希函数有下面几个特征：
1.输入可以是任意长度
2.输出是固定长度
3.给出任意的输入（报文）可以很容易的计算出哈希值H(x)
4.哈希函数是不可逆的，即给定,不能根据Y推算得到x
5.不存在碰撞，即不存在,使
哈希函数算法
MD4
MD4(RFC 1320）是 MIT 的Ronald L. Rivest在 1990 年设计的，MD 是 Message Digest 的缩写。它适用在32位字长的处理器上用高速软件实现–它是基于 32位操作数的位操作来实现的。
MD5
MD5(RFC 1321）是 Rivest 于1991年对MD4的改进版本。它对输入仍以512位分组，其输出是4个32位字的级联，与 MD4 相同。MD5比MD4来得复杂，并且速度较之要慢一点，但更安全，在抗分析和抗差分方面表现更好
>>import hashlib
>>hashlib.md5('这是一段报文'.encode('utf8')).hexdigest()
'fff9cb83fd8a96f71f87e25441d67087'
>>hashlib.md5().hexdigest()
'd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e'
SHA-1
1995年发布，SHA1是由NIST NSA设计为同DSA一起使用的，它对长度小于2^64位的输入，产生长度为160bit的散列值，因此抗穷举（brute-force）性更好。SHA-1 设计时基于和MD4相同原理，并且模仿了该算法。
SHA-1在许多安全协议中广为使用，包括TLS和SSL、PGP、SSH、S/MIME和IPsec，曾被视为是MD5（更早之前被广为使用的散列函数）的后继者。但SHA-1的安全性在2000年以后已经不被大多数的加密场景所接受。2017年荷兰密码学研究小组CWI和Google正式宣布攻破了SHA-1
>>import hashlib
>>hashlib.sha1('这是一段报文'.encode('utf8')).hexdigest()
'1c28ec6278a42f81e853a170ef808566a541ec81'
>>hashlib.sha1(b'\xe8\xbf\x99\xe6\x98\xaf\xe4\xb8\x80\xe6\xae\xb5\xe6\x8a\xa5\xe6\x96\x87').hexdigest()
'1c28ec6278a42f81e853a170ef808566a541ec81'
SHA-2
2001年发布，包括SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。虽然至今尚未出现对SHA-2有效的攻击，它的算法跟SHA-1基本上仍然相似；因此有些人开始发展其他替代的散列算法。
>>import hashlib
>>hashlib.sha256('我是报文'.encode()).hexdigest()
'62b6cd47e997023f6da68a1eb7bc041200dc6759dd1e593bb1438d1eabda23e1'
SHA-3
2015年正式发布，SHA-3并不是要取代SHA-2，因为SHA-2当前并没有出现明显的弱点。由于对MD5出现成功的破解，以及对SHA-0和SHA-1出现理论上破解的方法，NIST感觉需要一个与之前算法不同的，可替换的加密散列算法，也就是现在的SHA-3。
使用场景
文件校验
MD5 Hash算法的”数字指纹”特性，使它成为目前应用最广泛的一种文件完整性校验和（Checksum）算法
数字签名
由于非对称算法的运算速度较慢，所以在数字签名协议中，单向散列函数扮演了一个重要的角色。对 Hash 值，又称”数字摘要”进行数字签名，在统计上可以认为与对文件本身进行数字签名是等效的。而且这样的协议还有其他的优点。
非对称密码（非对称秘钥加密）
在对称加密的体系中，加密和解密使用同一个秘钥，如果在秘钥分发的过程中秘钥被盗取，加密就形同虚设。而且秘钥的管理也非常繁琐，如果要n个人要互相交流，每个人必须保存n-1份秘钥，如图
在非对称加密体系中，加密者拥有私钥，接受者拥有公钥，加密者使用私钥将报文加密成密文传递给接受者，接受者直接使用公钥就可以解密密文，不存在秘钥传递的问题。
RSA加密算法
签名算法
我们有一份文件可以计算出他的Hash值，一旦文件被篡改做产生的Hash值也将变化，Hash函数解决了完整性的问题，然而并没有解决认证的问题，如果攻击者不但把文件给篡改了还把hash值给改了，这样接收者就察觉不到文件已经出了问题。
我们需要一种签名机制，这种签名机制能保证所有人都能对文件的完整性进行认证，同时又能验证这份文件确实是发送者发的，攻击者无法伪造这个签名。
设计原则
数字签名常常和哈希函数在一起使用，给定一段明文M，我们可以计算出明文的哈希值h(M),然后将哈希值进行某种加密S后，附在明文上，结构如下：
在上述结构主要依赖于哈希值不存在对撞，即不同的明文之间不会存在相同的哈希值，实际上每种公钥加密体系都能实现，主要有3种签名算法： Schnorr签名，Digital Signature Algorithm（数字证书签名），RSA签名
DSA签名
原理如下
1.选择一个1024位的素数p,此时有一个群组
2.选择另一个160位的素数q，q除以p-1和q都在群组中，并且群组属于
3.其中要到的哈希算法是SHA-1
秘钥生成：
1.选择p和q,条件就是上面所表达的，换成数学的表达方式就是并且z属于群组
2.选择一个g，使下面的公式成立， 并且
3.在范围1,…..q−1的选择一个随机数x
4.计算出来
5.其中公钥就是,私钥就是
签名过程：
1.在范围1,…..q−1的选择一个随机数r
2.计算出来
3.计算出
4.将签名结果(s,t)附属在消息上。
验签过程：
1.计算出
2.计算出
3.计算签名
4.比较是否与s相同
RSA签名
秘钥生成
1.选择两个大素数，p和q
2.计算出他们的欧拉函数，
3.我们选择一个整数e>1,并使即e要和欧拉函数（非公约的个数），互为素数。
4.我们使,根据欧几里得拓展定理计算出d.
5.然后我们就得到了公钥，然后对外发布公钥
6.私钥就是
签名过程：
我们假设需要加密的信息为M，其中M在1,,,,n−1这个范围内，h为哈希加密函数，则签名的过程如下：
验签过程：
计算出明文的哈希值h(M),比较h(M)是否和相应，如果相同则验签成功。
其他
Base64
Base64是一种用64个字符来表示任意二进制数据的方法。Base64的原理非常简单，对二进制数据进行处理，每3个字节一组，一共是3x8=24bit，划为4组，每组正好6个bit：
这样我们得到4个数字作为索引，然后查表，获得相应的4个字符，就是编码后的字符串。
所以，Base64编码会把3字节的二进制数据编码为4字节的文本数据，长度增加33%，好处是编码后的文本数据可以在邮件正文、网页等直接显示。
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。
>>import base64
>>base64.b64encode(b'binary\x00string')
b'YmluYXJ5AHN0cmluZw==' # (13 + 2) / 3 *4 = 20
>>base64.b64decode(b'YmluYXJ5AHN0cmluZw==')
b'binary\x00string'
>>'我是报文'.encode('utf8')
b'\xe6\x88\x91\xe6\x98\xaf\xe6\x8a\xa5\xe6\x96\x87'
>>base64.b64encode('我是报文'.encode('utf8'))
b'5oiR5piv5oql5paH' # 12 / 3 * 4 = 16
>>str(base64.b64decode(b'5oiR5piv5oql5paH'), encoding='utf8')
'我是报文'
refer：
http://www.ehcoo.com/cryptology.html
http://www.ehcoo.com/cryptology1.html
https://www.liaoxuefeng.com/wiki/001374738125095c955c1e6d8bb493182103fac9270762a000/001399413803339f4bbda5c01fc479cbea98b1387390748000