常见加密算法

Posted 2020-09-03 朝阳

七种算法：BASE64、MD5、SHA、HMAC、RSA 、AES、ECC

 

MD5、SHA、HMAC、RSA这四种加密算法，可谓是非可逆加密，就是不可解密的加密方法，我们称之为单向加密算法。

 

一、BASE64 

按照RFC2045的定义，Base64被定义为：Base64内容传送编码被设计用来把任意序列的8位字节描述为一种不易被人直接识别的形式。（The Base64 Content-Transfer-Encoding is designed to represent arbitrary sequences of octets in a form that need not be humanly readable.） 

常见于邮件、http加密，截取http信息，你就会发现登录操作的用户名、密码字段通过BASE64加密的。

 

主要就是BASE64Encoder、BASE64Decoder两个类，我们只需要知道使用对应的方法即可。另，BASE加密后产生的字节位数是8的倍数，如果不够位数以=符号填充。

 

二、MD5

MD5 -- message-digest algorithm 5 （信息-摘要算法）缩写，广泛用于加密和解密技术，常用于文件校验。校验？不管文件多大，经过MD5后都能生成唯一的MD5值。好比现在的ISO校验，都是MD5校验。怎么用？当然是把ISO经过MD5后产生MD5的值。一般下载linux-ISO的朋友都见过下载链接旁边放着MD5的串。就是用来验证文件是否一致的。

 

通常我们不直接使用上述MD5加密。通常将MD5产生的字节数组交给BASE64再加密一把，得到相应的字符串。

 

三、SHA

SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法），数字签名等密码学应用中重要的工具，被广泛地应用于电子商务等信息安全领域。虽然，SHA与MD5通过碰撞法都被破解了， 但是SHA仍然是公认的安全加密算法，较之MD5更为安全。 

 

四、HMAC

HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鉴别码，基于密钥的Hash算法的认证协议。消息鉴别码实现鉴别的原理是，用公开函数和密钥产生一个固定长度的值作为认证标识，用这个标识鉴别消息的完整性。使用一个密钥生成一个固定大小的小数据块，即MAC，并将其加入到消息中，然后传输。接收方利用与发送方共享的密钥进行鉴别认证等。

 

五.RSA加密

RSA非对称加密算法

非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）

公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密

特点：

非对称密码体制的特点：算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂，而使得加密解密速度没有对称加密解密的速度快

对称密码体制中只有一种密钥，并且是非公开的，如果要解密就得让对方知道密钥。所以保证其安全性就是保证密钥的安全，而非对称密钥体制有两种密钥，其中一个是公开的，这样就可以不需要像对称密码那样传输对方的密钥了

基本加密原理：

(1)找出两个“很大”的质数：P & Q

(2)N = P * Q

(3)M = (P – 1) * (Q – 1)

(4)找出整数E，E与M互质，即除了1之外，没有其他公约数

(5)找出整数D，使得E*D除以M余1，即 (E * D) % M = 1

经过上述准备工作之后，可以得到：

E是公钥，负责加密

D是私钥，负责解密

N负责公钥和私钥之间的联系

加密算法，假定对X进行加密

(X ^ E) % N = Y

n根据费尔马小定义，根据以下公式可以完成解密操作

(Y ^ D) % N = X

 

但是RSA加密算法效率较差，对大型数据加密时间很长，一般用于小数据。

常用场景：

分部要给总部发一段报文，先对报文整个进行MD5得到一个报文摘要，再对这个报文摘要用公钥加密。然后把报文和这个RSA密文一起发过去。

总部接收到报文之后要先确定报文是否在中途被人篡改，就先把这个密文用私钥解密得到报文摘要，再和整个报文MD5一下得到的报文摘要进行对比 如果一样就是没被改过。

 

六、AES

AES是开发中常用的加密算法之一。然而由于前后端开发使用的语言不统一，导致经常出现前端加密而后端不能解密的情况出现。然而无论什么语言系统，AES的算法总是相同的， 因此导致结果不一致的原因在于 加密设置的参数不一致 。于是先来看看在两个平台使用AES加密时需要统一的几个参数。

密钥长度（Key Size） 加密模式（Cipher Mode） 填充方式（Padding） 初始向量（Initialization Vector）

密钥长度

AES算法下，key的长度有三种：128、192和256 bits。由于历史原因，JDK默认只支持不大于128 bits的密钥，而128 bits的key已能够满足商用安全需求。因此本例先使用AES-128。（Java使用大于128 bits的key方法在文末提及）

加密模式

AES属于块加密（Block Cipher），块加密中有CBC、ECB、CTR、OFB、CFB等几种工作模式。本例统一使用CBC模式。

填充方式

由于块加密只能对特定长度的数据块进行加密，因此CBC、ECB模式需要在最后一数据块加密前进行数据填充。（CFB，OFB和CTR模式由于与key进行加密操作的是上一块加密后的密文，因此不需要对最后一段明文进行填充）

在iOS SDK中提供了PKCS7Padding，而JDK则提供了PKCS5Padding。原则上PKCS5Padding限制了填充的Block Size为8 bytes，而Java实际上当块大于该值时，其PKCS5Padding与PKCS7Padding是相等的：每需要填充χ个字节，填充的值就是χ。 

初始向量

使用除ECB以外的其他加密模式均需要传入一个初始向量，其大小与Block Size相等（AES的Block Size为128 bits），而两个平台的API文档均指明当不传入初始向量时，系统将默认使用一个全0的初始向量。

有了上述的基础之后，可以开始分别在两个平台进行实现了。

ios实现

先定义一个初始向量的值。

NSString *const kInitVector = @"16-Bytes--String";

确定密钥长度，这里选择 AES-128。

size_t const kKeySize = kCCKeySizeAES128;

 

七、ECC

ECC是EllipticCurves Cryptography的缩写，意为椭圆曲线密码编码学。和RSA算法一样，ECC算法也属于公开密钥算法。最初由Koblitz和Miller两人于1985年提出，其数学基础是利用椭圆曲线上的有理点构成Abel加法群上椭圆离散对数的计算困难性。

ECC算法的数学理论非常深奥和复杂，在工程应用中比较难于实现，但它的单位安全强度相对较高，它的破译或求解难度基本上是指数级的，黑客很难用通常使用的暴力破解的方法来破解。RSA算法的特点之一是数学原理相对简单，在工程应用中比较易于实现，但它的单位安全强度相对较低。因此，ECC算法的可以用较少的计算能力提供比RSA加密算法更高的安全强度，有效地解决了“提高安全强度必须增加密钥长度”的工程实现问题。

 

与RSA算法相比，ECC算法拥有突出优势：

1、更适合于移动互联网：ECC加密算法的密钥长度很短(256位)，意味着占用更少的存储空间，更低的CPU开销和占用更少的带宽。随着越来越多的用户使用移动设备来完成各种网上活动，ECC加密算法为移动互联网安全提供更好的客户体验。

2、更好的安全性：ECC加密算法提供更强的保护，比目前的其他加密算法能更好的防止攻击，使你的网站和基础设施比用传统的加密方法更安全，为移动互联网安全提供更好的保障。

3、更好的性能： ECC加密算法需要较短的密钥长度来提供更好的安全，例如，256位的ECC密钥加密强度等同于3072位RSA密钥的水平(目前普通使用的RSA密钥长度是2048位)。其结果是你以更低的计算能力代价得到了更高的安全性。经国外有关权威机构测试，在Apache和IIS服务器采用ECC算法，Web服务器响应时间比RSA快十几倍。

4、更大的IT投资回报：ECC可帮助保护您的基础设施的投资，提供更高的安全性，并快速处理爆炸增长的移动设备的安全连接。 ECC的密钥长度增加速度比其他的加密方法都慢(一般按128位增长，而 RSA则是倍数增长，如：1024 –2048--4096)，将延长您现有硬件的使用寿命，让您的投资带来更大的回报。

 

ECC加密算法的通用性不断增强

ECC加密算法自1985年提出，因其工程应用中难度较高，到2005年才在各种操作系统中获得广泛支持，在全球安全市场需求的刺激下，ECC算法将逐步取代RSA算法，成为主流加密算法。目前，全球各大CA都已经陆续开始为用户签发采用ECC加密算法的各种证书，沃通全球率先支持中文。经沃通大量测试，ECC加密算法以后支持所有操作系统、所有浏览器和各种移动终端，主要有：

Mozilla NSS 3.11以上版本支持

OpenSSL 1.0以上版本支持

微软CryptoAPI Vista/Win7/Win8都支持

BouncyCastle 1.32以上版本支持

JSSE 6 以上版本支持

BSAFE 4.0 以上版本支持

各种版本的IE浏览器、火狐浏览器、谷歌浏览器和苹果浏览器都支持

安卓系统(2.1以上版本)、苹果iOS(5.0以上版本) 、WindowPhone(各种版本)都支持

也就是说：沃通签发的采用ECC加密算法的各种数字证书（SSL证书、代码签名证书及客户端证书），无论是PC终端还是各种移动设备都能很好地支持。