常见的加密算法及实现

2020-12-04
216

1. 数字签名

 

数字签名,简单来说就是通过提供 可鉴别 的 数字信息 验证 自身身份 的一种方式。一套 数字签名 通常定义两种 互补 的运算,一个用于 签名,另一个用于 验证。分别由 发送者 持有能够 代表自己身份 的 私钥 (私钥不可泄露),由 接受者 持有与私钥对应的 公钥 ,能够在 接受 到来自发送者信息时用于 验证 其身份。

 

注意:图中 加密过程 有别于 公钥加密,更多 介绍戳这里。签名 最根本的用途是要能够唯一 证明发送方的身份,防止 中间人攻击、CSRF 跨域身份伪造。基于这一点在诸如 设备认证、用户认证、第三方认证 等认证体系中都会使用到 签名算法 (彼此的实现方式可能会有差异)。

 

2. 加密和解密
2.1. 加密
数据加密 的基本过程,就是对原来为 明文 的文件或数据按 某种算法 进行处理,使其成为 不可读 的一段代码,通常称为 “密文”。通过这样的途径,来达到 保护数据 不被 非法人窃取、阅读的目的。

2.2. 解密
加密 的 逆过程 为 解密,即将该 编码信息 转化为其 原来数据 的过程。

3. 对称加密和非对称加密
加密算法分 对称加密 和 非对称加密,其中对称加密算法的加密与解密 密钥相同,非对称加密算法的加密密钥与解密 密钥不同,此外,还有一类 不需要密钥 的 散列算法。

 

3.1. 对称加密
对称加密算法 是应用较早的加密算法,又称为 共享密钥加密算法。在 对称加密算法 中,使用的密钥只有一个,发送 和 接收 双方都使用这个密钥对数据进行 加密 和 解密。这就要求加密和解密方事先都必须知道加密的密钥。

 

数据加密过程:在对称加密算法中,数据发送方 将 明文 (原始数据) 和 加密密钥 一起经过特殊 加密处理,生成复杂的 加密密文 进行发送。
数据解密过程:数据接收方 收到密文后,若想读取原数据,则需要使用 加密使用的密钥 及相同算法的 逆算法 对加密的密文进行解密,才能使其恢复成 可读明文。

3.2. 非对称加密
非对称加密算法,又称为 公开密钥加密算法。它需要两个密钥,一个称为 公开密钥 (public key),即 公钥,另一个称为 私有密钥 (private key),即 私钥。

因为 加密 和 解密 使用的是两个不同的密钥,所以这种算法称为 非对称加密算法。

 

如果使用 公钥 对数据 进行加密,只有用对应的 私钥 才能 进行解密。
如果使用 私钥 对数据 进行加密,只有用对应的 公钥 才能 进行解密。

 

4. 常见的签名加密算法
4.1. MD5算法
MD5 用的是 哈希函数,它的典型应用是对一段信息产生 信息摘要,以 防止被篡改。严格来说,MD5 不是一种 加密算法 而是 摘要算法。无论是多长的输入,MD5 都会输出长度为 128bits 的一个串 (通常用 16 进制 表示为 32 个字符)。

 

4.2. SHA1算法
SHA1 是和 MD5 一样流行的 消息摘要算法,然而 SHA1 比 MD5 的 安全性更强。对于长度小于 2 ^ 64 位的消息,SHA1 会产生一个 160 位的 消息摘要。基于 MD5、SHA1 的信息摘要特性以及 不可逆 (一般而言),可以被应用在检查 文件完整性 以及 数字签名 等场景。

 

4.3. HMAC算法
HMAC 是密钥相关的 哈希运算消息认证码(Hash-based Message Authentication Code),HMAC 运算利用 哈希算法 (MD5、SHA1 等),以 一个密钥 和 一个消息 为输入,生成一个 消息摘要 作为 输出。

HMAC 发送方 和 接收方 都有的 key 进行计算,而没有这把 key 的第三方,则是 无法计算 出正确的 散列值的,这样就可以 防止数据被篡改。

 

 

4.4. AES/DES/3DES算法
AES、DES、3DES 都是 对称 的 块加密算法,加解密 的过程是 可逆的。常用的有 AES128、AES192、AES256 (默认安装的 JDK 尚不支持 AES256,需要安装对应的 jce 补丁进行升级 jce1.7,jce1.8)。

4.4.1. DES算法
DES 加密算法是一种 分组密码,以 64 位为 分组对数据 加密,它的 密钥长度 是 56 位,加密解密 用 同一算法。

DES 加密算法是对 密钥 进行保密,而 公开算法,包括加密和解密算法。这样,只有掌握了和发送方 相同密钥 的人才能解读由 DES加密算法加密的密文数据。因此,破译 DES 加密算法实际上就是 搜索密钥的编码。对于 56 位长度的 密钥 来说,如果用 穷举法 来进行搜索的话,其运算次数为 2 ^ 56 次。

4.4.2. 3DES算法
是基于 DES 的 对称算法,对 一块数据 用 三个不同的密钥 进行 三次加密,强度更高。

4.4.3. AES算法
AES 加密算法是密码学中的 高级加密标准,该加密算法采用 对称分组密码体制,密钥长度的最少支持为 128 位、 192 位、256 位,分组长度 128 位,算法应易于各种硬件和软件实现。这种加密算法是美国联邦政府采用的 区块加密标准。

AES 本身就是为了取代 DES 的,AES 具有更好的 安全性、效率 和 灵活性。

 

4.5. RSA算法
RSA 加密算法是目前最有影响力的 公钥加密算法,并且被普遍认为是目前 最优秀的公钥方案 之一。RSA 是第一个能同时用于 加密 和 数字签名 的算法,它能够 抵抗 到目前为止已知的 所有密码攻击,已被 ISO 推荐为公钥数据加密标准。

 

4.6. ECC算法
ECC 也是一种 非对称加密算法,主要优势是在某些情况下,它比其他的方法使用 更小的密钥,比如 RSA 加密算法,提供 相当的或更高等级 的安全级别。不过一个缺点是 加密和解密操作 的实现比其他机制 时间长 (相比 RSA 算法,该算法对 CPU 消耗严重)。

 

5.1. 对称算法与非对称加密算法
5.1.1. 对称算法
密钥管理:比较难,不适合互联网,一般用于内部系统
安全性:中
加密速度:快好 几个数量级 (软件加解密速度至少快 100 倍,每秒可以加解密数 M 比特 数据),适合大数据量的加解密处理
5.2.2. 非对称算法
密钥管理:密钥容易管理
安全性:高
加密速度:比较慢,适合 小数据量 加解密或数据签名

转载时必须以链接形式注明原始出处及本声明