加密算法、非对称加密算法和 Hash 算法

2019-07-29 14:44:36 Albin Wong 2396

### 对称加密（Symmetric Cryptography），又称私钥加密
对称加密是最快速、最简单的一种加密方式，加密（encryption）与解密（decryption）用的是同样的密钥（secret key）,这种方法在密码学中叫做对称加密算法。对称加密有很多种算法，由于它效率很高，所以被广泛使用在很多加密协议的核心当中。对称加密通常使用的是相对较小的密钥，一般小于256 bit。因为密钥越大，加密越强，但加密与解密的过程越慢。如果你只用1 bit来做这个密钥，那黑客们可以先试着用0来解密，不行的话就再用1解；但如果你的密钥有1 MB，黑客们可能永远也无法破解，但加密和解密的过程要花费很长的时间。密钥的大小既要照顾到安全性，也要照顾到效率，是一个trade-off。
> 常见的对称加密算法：DES、3DES、DESX、Blowfish、IDEA、RC4、RC5、RC6 和 AES

### 非对称加密（Asymmetric Cryptography），又称公钥加密
1976年，美国学者Dime和Henman为解决信息公开传送和密钥管理问题，提出一种新的密钥交换协议，允许在不安全的媒体上的通讯双方交换信息，安全地达成一致的密钥，这就是“公开密钥系统”。相对于“对称加密算法”这种方法也叫做“非对称加密算法”。非对称加密为数据的加密与解密提供了一个非常安全的方法，它使用了一对密钥，公钥（public key）和私钥（private key）。私钥只能由一方安全保管，不能外泄，而公钥则可以发给任何请求它的人。非对称加密使用这对密钥中的一个进行加密，而解密则需要另一个密钥。比如，你向银行请求公钥，银行将公钥发给你，你使用公钥对消息加密，那么只有私钥的持有人--银行才能对你的消息解密。与对称加密不同的是，银行不需要将私钥通过网络发送出去，因此安全性大大提高。
> 常见的非对称加密算法：RSA、ECC （移动设备用）、Diffie-Hellman、El Gamal、DSA （数字签名用）

### 对称加密和非堆成加密的使用
对称密钥加密我们从定义中应该就可以明白，它是信息的发送方和接收方都用同一个秘钥去加密和解密数据。这样做它的最大优势是加/解密速度快，适合于对大数据量进行密，但密钥管理困难。

非对称密钥加密，它需要使用“一对”密钥来分别完成加密和解密操作，一个公开发布，即公开密钥，另一个由用户自己秘密保存，即私用密钥。信息发送者用公开密钥去加密，而信息接收者则用私用密钥去解密。公钥机制灵活，但加密和解密速度却比对称密钥加密慢得多。
非对称密钥加密的使用过程：
1. A要向B发送信息，A和B都要产生一对用于加密和解密的公钥和私钥。
2. A的私钥保密，A的公钥告诉B；B的私钥保密，B的公钥告诉A。
3. A要给B发送信息时，A用B的公钥加密信息，因为A知道B的公钥。
4. A将这个消息发给B（已经用B的公钥加密消息）。
5. B收到这个消息后，B用自己的私钥解密A的消息，其他所有收到这个报文的人都无法解密，因为只有B才有B的私钥。
6. 反过来，B向A发送消息也是一样。

从上面大家应该可以看出对称加密和非对称加密的区别，下面稍微进行一下总结：
（1） 对称加密加密与解密使用的是同样的密钥，所以速度快，但由于需要将密钥在网络传输，所以安全性不高。
（2） 非对称加密使用了一对密钥，公钥与私钥，所以安全性高，但加密与解密速度慢。
（3） 解决的办法是将对称加密的密钥使用非对称加密的公钥进行加密，然后发送出去，接收方使用私钥进行解密得到对称加密的密钥，然后双方可以使用对称加密来进行沟通。

### Hash 算法
Hash 算法特别的地方在于它是一种单向算法，用户可以通过 Hash 算法对目标信息生成一段特定长度的唯一的 Hash 值，却不能通过这个 Hash 值重新获得目标信息。因此 Hash 算法常用在不可还原的密码存储、信息完整性校验等。

> 常见的 Hash 算法：MD2、MD4、MD5、HAVAL、SHA、SHA-1、HMAC、HMAC-MD5、HMAC-SHA1

加密算法的效能通常可以按照算法本身的复杂程度、密钥长度（密钥越长越安全）、加解密速度等来衡量。上述的算法中，除了 DES 密钥长度不够、MD2 速度较慢已逐渐被淘汰外，其他算法仍在目前的加密系统产品中使用。

### 加密算法的选择
由于非对称加密算法的运行速度比对称加密算法的速度慢很多，当我们需要加密大量的数据时，建议采用对称加密算法，提高加解密速度。
对称加密算法不能实现签名，因此签名只能非对称算法。
由于对称加密算法的密钥管理是一个复杂的过程，密钥的管理直接决定着他的安全性，因此当数据量很小时，我们可以考虑采用非对称加密算法。
在实际的操作过程中，通常采用的方式是：采用非对称加密算法管理对称算法的密钥，然后用对称加密算法加密数据，这样我们就集成了两类加密算法的优点，既实现了加密速度快的优点，又实现了安全方便管理密钥的优点。
如果在选定了加密算法后，那采用多少位的密钥呢？一般来说，密钥越长，运行的速度就越慢，应该根据的我们实际需要的安全级别来选择，一般来说，RSA 建议采用 1024 位的数字，ECC 建议采用 160 位，AES 采用 128 为即可。

### 加密算法介绍
1. 对称加密算法
对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密，常用的算法包括：
	- DES （Data Encryption Standard）：数据加密标准，速度较快，适用于加密大量数据的场合；
	- 3DES （Triple DES）：是基于 DES，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高；
	- 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。

2.  非对称算法
- RSA：由 RSA 公司发明，是一个支持变长密钥的公共密钥算法，需要加密的文件块的长度也是可变的；
- DSA （Digital Signature Algorithm）：数字签名算法，是一种标准的 DSS （数字签名标准）；
- ECC （Elliptic Curves Cryptography）：椭圆曲线密码编码学。

ECC 和 RSA 相比，在许多方面都有对绝对的优势，主要体现在以下方面：
- 抗攻击性强。相同的密钥长度，其抗攻击性要强很多倍。
- 计算量小，处理速度快。ECC 总的速度比 RSA、DSA 要快得多。
- 存储空间占用小。ECC 的密钥尺寸和系统参数与 RSA、DSA 相比要小得多，意味着它所占的存贮空间要小得多。这对于加密算法在 IC 卡上的应用具有特别重要的意义。

带宽要求低。当对长消息进行加解密时，三类密码系统有相同的带宽要求，但应用于短消息时 ECC 带宽要求却低得多。带宽要求低使 ECC 在无线网络领域具有广泛的应用前景。

### 散列算法
散列是信息的提炼，通常其长度要比信息小得多，且为一个固定长度。加密性强的散列一定是不可逆的，这就意味着通过散列结果，无法推出任何部分的原始信息。任何输入信息的变化，哪怕仅一位，都将导致散列结果的明显变化，这称之为雪崩效应。散列还应该是防冲突的，即找不出具有相同散列结果的两条信息。具有这些特性的散列结果就可以用于验证信息是否被修改。

单向散列函数一般用于产生消息摘要，密钥加密等，常见的有：
- MD5 （Message Digest Algorithm 5）：是 RSA 数据安全公司开发的一种单向散列算法，非可逆，相同的明文产生相同的密文；
- SHA （Secure Hash Algorithm）：可以对任意长度的数据运算生成一个 160 位的数值。

SHA-1 与 MD5 的比较 :
因为二者均由 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，但还有以下几点不同：

- 对强行供给的安全性：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 2128 数量级的操作，而对 SHA-1 则是 2160 数量级的操作。这样，SHA-1 对强行攻击有更大的强度；
- 对密码分析的安全性：由于 MD5 的设计，易受密码分析的攻击，SHA-1 显得不易受这样的攻击；
- 速度：在相同的硬件上，SHA-1 的运行速度比 MD5 慢。

### 对称与非对称算法比较
以上综述了两种加密方法的原理，总体来说主要有下面几个方面的不同：
- 在管理方面：公钥密码算法只需要较少的资源就可以实现目的，在密钥的分配上，两者之间相差一个指数级别（一个是 n 一个是 n2）。所以私钥密码算法不适应广域网的使用，而且更重要的一点是它不支持数字签名；
- 在安全方面：由于公钥密码算法基于未解决的数学难题，在破解上几乎不可能。对于私钥密码算法，到了 AES 虽说从理论来说是不可能破解的，但从计算机的发展角度来看。公钥更具有优越性；
- 从速度上来看：AES 的软件实现速度已经达到了每秒数兆或数十兆比特。是公钥的 100 倍，如果用硬件来实现的话这个比值将扩大到 1000 倍。

### 加密算法的选择
由于非对称加密算法的运行速度比对称加密算法的速度慢很多，当我们需要加密大量的数据时，建议采用对称加密算法，提高加解密速度。
对称加密算法不能实现签名，因此签名只能非对称算法。
由于对称加密算法的密钥管理是一个复杂的过程，密钥的管理直接决定着他的安全性，因此当数据量很小时，我们可以考虑采用非对称加密算法。
在实际的操作过程中，我们通常采用的方式是：采用非对称加密算法管理对称算法的密钥，然后用对称加密算法加密数据，这样我们就集成了两类加密算法的优点，既实现了加密速度快的优点，又实现了安全方便管理密钥的优点。
那采用多少位的密钥呢？ RSA 建议采用 1024 位的数字，ECC 建议采用 160 位，AES 采用 128 为即可。

(3) Comments

John Doe- Reply

February 26, 2013 at 1:18 pm
- saqib sarwar- Reply
  
  February 26, 2013 at 1:20 pm
  
  Nam liber tempor cum soluta nobis eleifend option congue nihil imperdiet doming id quod mazim placerat facer possim assum. Typi non habent claritatem insitam; est usus legentis in iis qui facit eorum claritatem. Investigationes demonstraverunt lectores legere me lius quod ii legunt saepius. Claritas est etiam processus dynamicus, qui sequitur mutationem consuetudium lectorum. Mirum est notare quam littera gothica, quam nunc putamus parum claram, anteposuerit litterarum formas humanitatis per seacula quarta decima et quinta decima. Eodem modo typi, qui nunc nobis videntur parum clari, fiant sollemnes in futurum.
John Doe- Reply

February 26, 2013 at 1:27 pm

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saqib sarwar- Reply

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