安全加密方式总结一

一、凯撒加密

1. 概述

凯撒密码作为一种最为古老的对称加密体制,在古罗马的时候都已经很流行,他的基本思想是:通过把字母移动一定的位数来实现加密和解密。明文中的所有字母都在字母表上向后(或向前)按照一个固定数目进行偏移后被替换成密文。例如,当偏移量是3 的时候,所有的字母A 将被替换成D,B 变成E,由此可见,位数就是凯撒密码加密和解密的密钥。

例如:字符串”ABC”的每个字符都右移3 位则变成”DEF”,解密的时候”DEF”的每个字符左移3 位即能还原,如下图所示:

image.png

2、破解凯撒密码:频率分析法

凯撒密码加密强度太低,只需要用频度分析法即可破解。
在任何一种书面语言中,不同的字母或字母组合出现的频率各不相同。而且,对于以这种语言书写的任意一段文本,都具有大致相同的特征字母分布。比如,在英语中,字母E 出现的频率很高,而X 则出现得较少。
通过统计密文中字符出现次数最多的字符,与此种语言中,应出现次数最多的字符比较(应注意空格等特殊字符的影响),计算偏移量,进而将偏移量复位,即可得到原文。

二、对称加密

1、概述

加密和解密都使用同一把秘钥,这种加密方法称为对称加密,也称为单密钥加密。
简单理解为:加密解密都是同一把钥匙。
凯撒密码就属于对称加密,他的字符偏移量即为秘钥。

2、对称加密常用算法

AES、DES、3DES、TDEA、Blowfish、RC2、RC4、RC5、IDEA、SKIPJACK 等。

DES

全称为Data Encryption Standard,即数据加密标准,是一种使用密钥加密的块算法,1976 年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准(FIPS),随后在国际上广泛流传开来。

3DES

也叫Triple DES,是三重数据加密算法(TDEA,Triple Data Encryption Algorithm)块密码的通称。
它相当于是对每个数据块应用三次DES 加密算法。由于计算机运算能力的增强,原版DES 密码的密钥长度变得容易被暴力破解;3DES 即是设计用来提供一种相对简单的方法,即通过增加DES 的密钥长度来避免类似的攻击,而不是设计一种全新的块密码算法。

AES

高级加密标准(英语:Advanced Encryption Standard,缩写:AES),在密码学中又称Rijndael 加密法,是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES,已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程,高级加密标准由美国国家标准与技术研究院(NIST)于2001 年11 月26 日发布于FIPS PUB 197,并在2002 年5 月26 日成为有效的标准。2006 年,高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

3、总结

DES 安全度在现代已经不够高,后来又出现的3DES 算法强度提高了很多,但是其执行效率低下,AES算法加密强度大,执行效率高,使用简单,实际开发中建议选择AES 算法。
在实际开发过程中,对称加密一般与接下来将要讲到的非对称加密配合使用,由于非对称加密使用成本高、解密过程繁琐、耗时长,所以非对称加密一般多用于确认双方身份或传递某些关键信息,而客户端与服务器端传递的主要信息一般都使用对称加密方式加密。

三、非对称加密

1、概述

与对称加密算法不同,非对称加密算法需要两个密钥:公钥(publickey)和私钥(privatekey)。公钥与私钥是一对,如果用公钥对数据进行加密,只有用对应的私钥才能解密;如果用私钥对数据进行加密,那么只有用对应的公钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥,所以这种算法叫作非对称加密算法。

简单理解为:加密和解密是不同的钥匙。

2、常见算法

RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC(椭圆曲线加密算法)等,其中支付宝使用的就是RSA算法

3、RSA算法原理

RSA算法原理

4、 总结

非对称加密一般不会单独拿来使用,它并不是为了取代对称加密而出现的,非对称加密速度比对称加密慢很多,极端情况下会慢1000 倍,所以一般不会用来加密大量数据,通常我们经常会将对称加密和非对称加密两种技术联合起来使用,例如用非对称加密来给称加密里的秘钥进行加密(即秘钥交换)。

四、模拟一个简单的客户端与服务器信息传输流程

上面已经介绍过对称加密与非对称加密,也已经讲过,因为解密效率、耗时等因素,一般非对称加密只用来确认双方身份、传递对称加密的密钥或传递部分关键信息,而主要传递的信息都是通过对称加密方式加密的,为了加深这一过程的理解,我们模拟一个客户端与服务器的交流过程。

“服务器”->“客户”:你好,我是服务器

“客户”->“服务器”:向我证明你就是服务器

//服务器向客户端传递一个通过服务器私钥加密的字符串,因为客户端持有服务器私钥对应的公钥,
//通过公钥解密后,将得到的字符串与服务器传来的字符串相比较,如若相同,便可以证明服务器所持私钥与客户端所持公钥一一对应。
“服务器”->“客户”:你好,我是服务器 {你好,我是服务器}[私钥|RSA]

//客户端确认服务器身份后,将之后通信将要用到的对称加密的密钥用服务器开放的公钥加密,传递给服务器。
“客户”->“服务器”:{我们后面的通信过程,用对称加密来进行,这里是对称加密算法和密钥}[公钥|RSA]   

//之后双方传递的信息都用对称加密方式加密。
“服务器”->“客户”:{OK,收到!}[密钥|对称加密算法]

“客户”->“服务器”:{我的帐号是aaa,密码是123,把我的余额的信息发给我看看}[密钥|对称加密算法]

“服务器”->“客户”:{你的余额是100元}[密钥|对称加密算法]

在上面的通信过程中,“客户”在确认了“服务器”的身份后,“客户”自己选择一个对称加密算法和一个密钥,把这个对称加密算法和密钥一起用公钥加密后发送给“服务器”。注意,由于对称加密算法和密钥是用公钥加密的,就算这个加密后的内容被“黑客”截获了,由于没有私钥,“黑客”也无从知道对称加密算法和密钥的内容。

由于是用公钥加密的,只有私钥能够解密,这样就可以保证只有服务器可以知道对称加密算法和密钥,而其它人不可能知道(这个对称加密算法和密钥是“客户”自己选择的,所以“客户”自己当然知道如何解密加密)。这样“服务器”和“客户”就可以用对称加密算法和密钥来加密通信的内容了。

到这里,“客户”就可以确认“服务器”的身份,并且双方的通信内容可以进行加密,其他人就算截获了通信内容,也无法解密。的确,好像通信的过程是比较安全了。

但是这里还留有一个问题,在最开始我们就说过,“服务器”要对外发布公钥,那“服务器”如何把公钥发送给“客户”呢?这就要引入我们将要讲到的数字签名与数字证书。

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