加密解密原理

什么是加密技术 ?

• 加密技术是对信息进行编码和解码的技术，编码是把原来可读信息（又称明文）译成代码形式（又称密文），其逆过程就是解码（解密）。

加密算法	对称加密	不对称加密	不可逆加密
加密原理	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。	不对称加密算法使用两把完全不同但又是完全匹配的一对钥匙—公钥和私钥。在使用不对称加密算法加密文件时，只有使用匹配的一对公钥和私钥，才能完成对明文的加密和解密过程。加密明文时采用公钥加密，解密密文时使用私钥才能完成，而且发信方（加密者）知道收信方的公钥，只有收信方（解密者）才是唯一知道自己私钥的人。不对称加密算法的基本原理是，如果发信方想发送只有收信方才能解读的加密信息，发信方必须首先知道收信方的公钥，然后利用收信方的公钥来加密原文；收信方收到加密密文后，使用自己的私钥才能解密密文。	不可逆加密算法的特征是加密过程中不需要使用密钥，输入明文后由系统直接经过加密算法处理成密文，这种加密后的数据是无法被解密的，只有重新输入明文，并再次经过同样不可逆的加密算法处理，得到相同的加密密文并被系统重新识别后，才能真正解密。显然，在这类加密过程中，加密是自己，解密还得是自己，而所谓解密，实际上就是重新加一次密，所应用的“密码”也就是输入的明文。
优缺点分析	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。对称加密算法的特点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。不足之处是，交易双方都使用同样钥匙，安全性得不到保证。此外，每对用户每次使用对称加密算法时，都需要使用其他人不知道的惟一钥匙，这会使得发收信双方所拥有的钥匙数量成几何级数增长，密钥管理成为用户的负担。对称加密算法在分布式网络系统上使用较为困难，主要是因为密钥管理困难，使用成本较高。	采用不对称加密算法，收发信双方在通信之前，收信方必须将自己早已随机生成的公钥送给发信方，而自己保留私钥。由于不对称算法拥有两个密钥，因而特别适用于分布式系统中的数据加密。	在这类加密过程中，加密是自己，解密还得是自己，而所谓解密，实际上就是重新加一次密，所应用的“密码”也就是输入的明文。不可逆加密算法不存在密钥保管和分发问题，非常适合在分布式网络系统上使用，但因加密计算复杂，工作量相当繁重，通常只在数据量有限的情形下使用，如广泛应用在计算机系统中的口令加密，利用的就是不可逆加密算法。

几种常见的加密方法

|名称| MD5 |
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| 简介 | MD5（单向散列算法）的全称是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），经MD2、MD3和MD4发展而来。MD5算法的使用不需要支付任何版权费用。
|MD5功能 | 输入任意长度的信息，经过处理，输出为128位的信息（数字指纹）；不同的输入得到的不同的结果（唯一性）；根据128位的输出结果不可能反推出输入的信息（不可逆）；
|MD5用途| 1、防止被篡改： </br>1）比如发送一个电子文档，发送前，我先得到MD5的输出结果a。然后在对方收到电子文档后，对方也得到一个MD5的输出结果b。如果a与b一样就代表中途未被篡改。</br>2）比如我提供文件下载，为了防止不法分子在安装程序中添加木马，我可以在网站上公布由安装文件得到的MD5输出结果。</br>3）SVN在检测文件是否在CheckOut后被修改过，也是用到了MD5.</br>2、防止直接看到明文 </br>2、防止直接看到明文 现在很多网站在数据库存储用户的密码的时候都是存储用户密码的MD5值。这样就算不法分子得到数据库的用户密码的MD5值，也无法知道用户的密码(其实这样是不安全的，后面我会提到)。（比如在UNIX系统中用户的密码就是以MD5（或其它类似的算法）经加密后存储在文件系统中。当用户登录的时候，系统把用户输入的密码计算成MD5值，然后再去和保存在文件系统中的MD5值进行比较，进而确定输入的密码是否正确。通过这样的步骤，系统在并不知道用户密码的明码的情况下就可以确定用户登录系统的合法性。这不但可以避免用户的密码被具有系统管理员权限的用户知道，而且还在一定程度上增加了密码被破解的难度</br></br>3、防止抵赖（数字签名）：这需要一个第三方认证机构。例如A写了一个文件，认证机构对此文件用MD5算法产生摘要信息并做好记录。若以后A说这文件不是他写的，权威机构只需对此文件重新产生摘要信息，然后跟记录在册的摘要信息进行比对，相同的话，就证明是A写的了。这就是所谓的“数字签名”
|算法过程| </br>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N512+448(bit)；</br> </br>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N512+448+64=(N+1)*512位。 </br></br>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）。</br> </br> 第四步、四轮循环运算：循环的次数是分组的个数（N+1） |

|名称| RSA |
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|简介 |RSA公钥加密算法是1977年由Ron Rivest、Adi Shamirh和LenAdleman在（美国麻省理工学院）开发的。RSA取名来自开发他们三者的名字。RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，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。|
|优缺点|1）产生密钥很麻烦，受到素数产生技术的限制，因而难以做到一次一密。 2）安全性，RSA的安全性依赖于大数的因子分解，但并没有从理论上证明破译RSA的难度与大数分解难度等价，而且密码学界多数人士倾向于因子分解不是NPC问题。 3）速度太慢，由于RSA 的分组长度太大，为保证安全性，n 至少也要 600 bitx以上，使运算代价很高，尤其是速度较慢，较对称密码算法慢几个数量级；且随着大数分解技术的发展，这个长度还在增加，不利于数据格式的标准化。 |
|原理|RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。 为提高保密强度，RSA密钥至少为500位长，一般推荐使用1024位。这就使加密的计算量很大。为减少计算量，在传送信息时，常采用传统加密方法与公开密钥加密方法相结合的方式，即信息采用改进的DES或IDEA对话密钥加密，然后使用RSA密钥加密对话密钥和信息摘要。对方收到信息后，用不同的密钥解密并可核对信息摘要。RSA算法是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，也易于理解和操作。 |
|生成密匙步骤|1. 选取两个不同的质数p和q 为了安全考虑，p和q应该随机选取，并且具有相似的数量级。如果p和q仅仅通过几个数字使得长度不同，那么分解因子更加困难2. 计算n = pq n作为公钥和私钥的模数。n的比特数就是密钥的长度.3. 计算n的欧拉函数φ(n) = (p-1)(q-1).4. 选取一个整数e，1 < e < φ(n)，e与φ(n)互质.5. 计算e模φ(n)的逆d. d就是使得ed ≡ 1(mod φ(n)). e一般是一个短比特长度、小海明权重的数，这样使得加密更加有效。e一般选取2^16 + 1 = 65537。如果e比较小（比如3），那么在某些情况显得很不安全。.e作为公钥发布.d作为私钥保存|
|加密过程|1.如果Bob想要发送消息M给Alice 2.他首先把M转换为整数m(0 < m < n)，然后用Alice的公钥e计算密文c，表达式为：3.如果使用平方-乘算法可以使计算非常快，即使是500-bit的整数4.然后Bob把c发送给Alice|
|解密过程|1.Alice用私钥d把密文c恢复为整数m2.然后Alice把整数m恢复为明文M|

|名称| DSA |
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|简介 |DSA(Digital Signature Algorithm):被美国国家标准局用来做DSS数据签名标准(Digital Signature Standard)。DSA是基于整数有限域离散对数难题的，其安全性与RSA相比差不多。|
|特点|DSA的一个重要特点是两个素数公开，这样，当使用别人的p和q时，即使不知道私钥，你也能确认它们是否是随机产生的，还是作了手脚。RSA算法却做不到。DSA只是一种算法，和RSA不同之处在于它不能用作加密和解密，也不能进行密钥交换，只用于签名,它比RSA要快很多.|

|名称| IDEA |
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|简介 |国际数据加密算法：是旅居瑞士中国青年学者来学家和著名密码专家J.Massey于1990年提出的。它在1990年正式公布并在以后得到增强。|
|特点|这种算法是在DES算法的基础上发展出来的，类似于三重DES，和DES一样IDEA也是属于对称密钥算法。发展IDEA也是因为感到DES具有密钥太短等缺点，已经过时。IDEA的密钥为128位，这么长的密钥在今后若干年内应该是安全的。 |

|名称| DEA |
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|简介 |是一种对称加密算法，很可能是使用最广泛的密钥系统，特别是在保护金融数据的安全中，最初开发的DEA是嵌入硬件中的。通常，自动取款机（Automated Teller Machine，ATM）都使用DEA。它出自IBM的研究工作，IBM也曾对它拥有几年的专利权，但是在1983年已到期后，处于公有范围中，允许在特定条件下可以免除专利使用费而使用。1977年被美国政府正式采纳。 |

|名称| DES |
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|简介 |一.安全性比较高的一种算法，目前只有一种方法可以破解该算法，那就是穷举法. 二.采用64位密钥技术，实际只有56位有效|