对称加密 & 非对称加密

2019 - 04 - 26

Posted by voyagelab

可逆加密

对称加密

常见加密算法：DES，3DES，AES，PBE
加、解密使用的同是一串密钥，所以被称做对称加密。对称加密只有一个密钥作为私钥。
优缺点：对称加密相比非对称加密算法来说，加解密的效率要高得多、加密速度快。但是缺陷在于对于密钥的管理和分发上比较困难，不是非常安全，密钥管理负担很重。
加盐：对称加密很大的一个安全缺陷就是加密解密使用相同的密钥，这种密钥的不变性给密钥的安全传输和储存造成了很大的问题。解决这个问题的办法就是给密钥加“盐”。这里的“盐”可以是随机数、用户ID、位置地理信息等等。“盐”最重要的作用就是对密钥的扰乱，使黑客无法确定真实的密钥，只要通信双方约定“盐”的形式，并且不泄漏，就能保证加密的安全性。比如说，在加密时，PBE并不是使用口令直接加密，而是使用算法中的KDF函数通过“盐”对口令进行扰乱生成准密钥，然后使用一种散列函数多次迭代生成最终的密钥，密钥生成后，PBE在选用对称加密算法对数据进行加密。

非对称加密

常见加密算法：RSA，DSA，ECC
加、解密使用不同的密钥，一把作为公开的公钥，另一把作为私钥。公钥加密的信息，只有私钥才能解密。反之，私钥加密的信息，只有公钥才能解密。
举个例子，你向某公司服务器请求公钥，服务器将公钥发给你，你使用公钥对消息加密，那么只有私钥的持有人才能对你的消息解密。与对称加密不同的是，公司服务器不需要将私钥通过网络发送出去，因此安全性大大提高。
优缺点：安全性更高，公钥是公开的，密钥是自己保存的，不需要将私钥给别人。缺点：加密和解密花费时间长、速度慢，只适合对少量数据进行加密。

分组密码工作模式

ECB (电子密码本模式)

整个明文分成若干段相同的小段，然后对每一小段进行加密。优点：用同个密钥加密的单独消息，其结果是没有错误传播。实际上，每一个分组可被看作是用同一个密钥加密的单独消息。密文中数据出了错，解密时，会使得相对应的整个明文分组解密错误，但它不会影响其他明文。然而，如果密文中偶尔丢失或添加一些数据位，那么整个密文序列将不能正确的解密。除非有某帧结构能够重新排列分组的边界。
缺点：在于同样的明文块会被加密成相同的密文块，因此，它不能很好的隐藏数据模式。
-w392

CBC（分组连接模式）

先将明文切分成若干块，然后每个明文块先与前一个密文块进行异或后，再进行加密。优点：在这种方法中，每个密文块都依赖于它前面的所有明文块。同时，为了保证每条消息的唯一性，在第一个块中需要使用初始化向量.
缺点：会出现误差传播(Error Propagation). 密文中任一位发生变化会涉及后面一些密文组. 但CBC模式的错误传播不大, 一个传输错误至多影响两个消息组的接收结果，错误传播最多持续2个分组

CTR（计算器模式）

在此模式中，有一个自增的算子，这个算子用密钥加密之后的输出和明文异或的结果得到密文，相当于一次一密。这种加密方式简单快速，安全可靠，而且可以并行加密，但是在计算器不能维持很长的情况下，密钥只能使用一次。

CFB（密码反馈模式）

采用密文反馈的模式增强密文之间的相关性。若待加密的消息必须按字符比特处理时，可采用CFB。每次加密s bit 明文。（1<= s<= 原来的固有长度）
优点：CFB 模式除有CBC 模式的优点外, 其自身独特的优点是它特别适用于用户数据格式的需要。
缺点：一是对信道错误较敏感且会造成误差传播。CFB由于采用的是密文反馈，故若某个密文分组在传输中出现一位或多位的错误，将会引起当前分组和后续部分分组的解密错误。二是数据加密的速率降低。但这种模式多用于数据网中较低层次, 其数据速率都不太高。

OFB (输出反馈模式)

克服了CBC和CFB模式带来的错误传播问题，但对密文被篡改难于进行检测

不可逆加密（单向加密）

常见加密算法：MD5，SHA，HMAC
单向加密的结果是不可以被解密的，因此，单向加密的主要用途并不是传统意义上的加解密工作，而是对明文数据的保密和摘要提取。
优缺点

压缩性：任意长度的数据，单向加密后长度都是固定的。
抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的结果都有很大区别。
弱抗碰撞性：已知原数据和其单向加密结果，想找到一个具有相同结果的数据（即伪造数据）是非常困难的。
强抗碰撞性：想找到两个不同的数据，使它们具有相同的单向加密结果，是非常困难的。
简单高效：对数据进行单向加密处理速度是很快的。

MD5

MD5是应用最广泛的一种单向加密算法，其在数据加密、安全访问认证和文件完整性验证等方面都有应用。MD5加密输出是一个128位的十六进制数字串。

SHA

SHA实际上是一组加密算法的合称，包括SHA-1，SHA-256，SHA-384，SHA-512。其中应用最广的是SHA-1，HTTPS中使用的HASH散列函数多使用SHA-1。相比较于MD5，SHA族有更高的安全性，到目前为止还没有人能破译其加密结果，但其加密速度比MD5慢，是以速度换取了安全性。另一方面，SHA对加密的数据有一定的长度限制。

HMAC

HMAC不同于上面的传统单向加密算法，它的加密形式与可逆加密相同，加密过程需要一个密钥和一个消息为输入，生成一个消息摘要作为输出。定义HMAC需要一个加密用散列函数（表示为H，可以是MD5或者SHA-1）和一个密钥K。我们用B来表示数据块的字节数。（以上所提到的散列函数的分割数据块字长B=64），用L来表示散列函数的输出数据字节数（MD5中L=16,SHA-1中L=20）。鉴别密钥的长度可以是小于等于数据块字长的任何正整数值。应用程序中使用的密钥长度若是比B大，则首先用使用散列函数H作用于它，然后用H输出的L长度字符串作为在HMAC中实际使用的密钥。一般情况下，推荐的最小密钥K长度是L个字节。

总结

对称加密速度快但相对安全性低，非对称加密安全性高但速度相对慢，我们使用对称加密对大量的数据明文做加密，然后使用非对称加密对对称加密密钥进行加密，这样就兼顾了速度与安全的问题。