对称与非对称加密算法总结

总结整理自微信公众号：程序员小灰

1.对称加密与非对称加密

对称密钥示意图

非对称密钥示意图

**对称加密：**加密和解密使用的密钥是同一个
优点：计算量小，算法速度快，加密效率高 缺点：密钥容易泄漏。不同的会话需要不同的密钥，管理起来很费劲，
常用算法：DES，3DES，IDEA，CR4，CR5，CR6，AES
**非对称加密：**需要公钥和私钥，公钥用来加密，私钥用来解密
优点：安全，不怕泄漏 缺点：速度慢、性能较差，无法应用于长期的通信
常用算法：RSA，ECC，DSA

2.MD5加密

MD5算不算加密算法：
认为不属于的人是因为他们觉得不能从密文（散列值）反过来得到原文，即没有解密算法，所以这部分人认为MD5只能属于算法，不能称为加密算法；
认为属于的人是因为他们觉得经过MD5处理后看不到原文，即已经将原文加密，所以认为MD5属于加密算法；

MD5算法过程

对MD5算法简要的叙述可以为：MD5以512位分组来处理输入的信息，且每一分组又被划分为16个32位子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由四个32位分组组成，将这四个32位分组级联后将生成一个128位散列值。

第一步、填充：如果输入信息的长度(bit)对512求余的结果不等于448，就需要填充使得对512求余的结果等于448。填充的方法是填充一个1和n个0。填充完后，信息的长度就为N*512+448(bit)；

第二步、记录信息长度：用64位来存储填充前信息长度。这64位加在第一步结果的后面，这样信息长度就变为N*512+448+64=(N+1)*512位。

第三步、装入标准的幻数（四个整数）：标准的幻数（物理顺序）是（A=(01234567)16，B=(89ABCDEF)16，C=(FEDCBA98)16，D=(76543210)16）。如果在程序中定义应该是:
（A=0X67452301L，B=0XEFCDAB89L，C=0X98BADCFEL，D=0X10325476L）。有点晕哈，其实想一想就明白了。

第四步、四轮循环运算：循环的次数是分组的个数（N+1）

1）将每一512字节细分成16个小组，每个小组64位（8个字节）

2）先认识四个线性函数(&是与,|是或,~是非,^是异或)

3）设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），<<

4）四轮运算

5）每轮循环后，将A，B，C，D分别加上a，b，c，d，然后进入下一循环。

MD5算法的原理可简要的叙述为：MD5码以512位分组来处理输入的信息，且每一分组又被划分为16个32位子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由四个32位分组组成，将这四个32位分组级联后将生成一个128位散列值。

3.彩虹表破解MD5

先来了解两个函数
H（X）：生成信息摘要的哈希函数，比如MD5，比如SHA256。

R（X）：从信息摘要转换成另一个字符串的衰减函数（Reduce）。其中R（X）的定义域是H（X）的值域，R（X）的值域是H（X）的定义域。但要注意的是，R（X）并非H（X）的反函数。

通过交替运算H和R若干次，可以形成一个原文和哈希值的链条。假设原文是aaaaaa，哈希值长度32bit，那么哈希链表就是下面的样子：

这个链条有多长呢？假设H（X）和R（X）的交替重复K次，那么链条长度就是2K+1。同时，我们只需把链表的首段和末端存入哈希表中：

给定信息摘要：920ECF10

如何得到原文呢？只需进行R（X）运算：

R（920ECF10） = kiebgt

查询哈希表可以找到末端kiebgt对应的首端是aaaaaa，因此摘要920ECF10的原文“极有可能”在aaaaaa到kiebgt的这个链条当中。

接下来从aaaaaa开始，重新交替运算R（X）与H（X），看一看摘要值920ECF10是否是其中一次H（X）的结果。从链条看来，答案是肯定的，因此920ECF10的原文就是920ECF10的前置节点sgfnyd。
需要补充的是，如果给定的摘要值经过一次R（X）运算，结果在哈希表中找不到，可以继续交替H（X）R（X）直到第K次为止。

给定信息摘要：FB107E70

经过多次R（X），H（X）运算，得到结果kiebgt

通过哈希表查找末端kiebgt，可以找出首端aaaaaa

但是，FB107E70并不在aaaaaa到kiebgt的哈希链条当中，这就是R（X）的碰撞造成的。

这个问题看似没什么影响，既然找不到就重新生成一组首尾映射即可。但是想象一下，当K值较大的时候，哈希链很长，一旦两条不同的哈希链在某个节点出现碰撞，后面所有的明文和哈希值全都变成了一毛一样的值。

这样造成的后果就是冗余存储。原本两条哈希链可以存储 2K个映射，由于重复，真正存储的映射数量不足2K。

虽然都说MD5加密一下密码比较好，但是如果密码过于简单，比如123456，经过MD5加密之后还是不安全，因为别有用心的人可以使用彩虹表来撞库得到密码。因此为了加大破解难度，需要给MD5算法加盐，盐值就是在密码hash过程中添加的额外的随机值，这个值是由系统随机生成的，并且只有系统知道。即便两个用户使用了同一个密码，由于系统为它们生成的salt值不同，散列值也是不同的。

4.SHA加密

SHA-1 与 MD5的主要区别是什么呢？

1.摘要长度不同。
MD5的摘要的长度尽128bit，SHA-1摘要长度160bit。多出32bit意味着什么呢？不同明文的碰撞几率降低了2^32 = 324294967296倍。

2.性能略有差别
SHA-1生成摘要的性能比MD5略低。

SHA-256：可以生成长度256bit的信息摘要。

5.AES对称加密

在这里我们重新梳理一下：

1.把明文按照128bit拆分成若干个明文块。

2.按照选择的填充方式来填充最后一个明文块。

3.每一个明文块利用AES加密器和密钥，加密成密文块。

4.拼接所有的密文块，成为最终的密文结果。

6.关于HTTP和HTTPS的加密

SSL的加密过程：客户端发送https请求，服务器持有机构的公钥和密钥，先将公钥发送给客户端，客户端使用该公钥加密自己的生成的会话密钥，发送给服务器，服务器拿到后，使用私钥解密公钥获得会话密钥，客户端使用会话密钥开始信息传输，SSL的加密过程是非对称的，而https信息传输是对称的。

7.对称加密与非对称加密的区别

1、加密和解密过程不同

对称加密过程和解密过程使用的同一个密钥，加密过程相当于用原文+密钥可以传输出密文，同时解密过程用密文-密钥可以推导出原文。但非对称加密采用了两个密钥，一般使用公钥进行加密，使用私钥进行解密。

2、加密解密速度不同

对称加密解密的速度比较快，适合数据比较长时的使用。非对称加密和解密花费的时间长、速度相对较慢，只适合对少量数据的使用。

3、传输的安全性不同

对称加密的过程中无法确保密钥被安全传递，密文在传输过程中是可能被第三方截获的，如果密码本也被第三方截获，则传输的密码信息将被第三方破获，安全性相对较低。

非对称加密算法中私钥是基于不同的算法生成不同的随机数，私钥通过一定的加密算法推导出公钥，但私钥到公钥的推导过程是单向的，也就是说公钥无法反推导出私钥。所以安全性较高。