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AES+RSA加密算法详解

2023-04-19 15:16:50   26  举报

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AI智能生成

对称加密和非对称加密详解

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加密算法

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大纲/内容

对称加密算法

概念：

对称加密也叫私钥加密，指加解密使用相同秘钥的加密算法。     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。     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。因此对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都可以对他们发送或接收的消息解密，所以密钥的保密性对通信的安全性至关重要。

特点

优点：

算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。

缺点：

交易双方都使用同样钥匙，安全性得不到保证。

应用场景

一般用于对效率有要求的实时数据加密通信。比如在使用 VPN 或者代理进行加密通信时，**既要保证数据的保密性，又要保证不能有高的延迟，所以通常会使用对称加密算法。

常用的对称加密算法

AES

密钥

支持三种密钥长度：128位、192位、256位，大家经常说的AES128、AES256就是指不同的密钥长度。

不同的密钥长度意味着AES加密的轮数不同，1287位加密10轮，192位加密12轮，256位加密14轮，从安全性角度来讲，256位安全性最高，但是128位因为加密轮数少，所以性能更好一些。

填充

NoPadding

不进行填充，要求原始加密串大小必须是 128bit 的整数倍

PKCS5Padding

假设块大小8字节，如果这个块跟8字节还差n个字节，那么就在原始块填充n，直到满8字节。例：块{1,2,3}，跟8字节差了5个字节，那么补全后的结果{1,2,3,5,5,5,5,5}后面是五个5，块{1,2,3,4,5,6,7}跟8字节差了1个字节，那么补全后就是{1,2,3,4,5,6,7,1}，就是补了一个1。 如果恰好8字节又选择了PKCS5Padding填充方式呢？块{1,2,3…8}填充后变成{1,2,3…8,8…8}，原串后面被补了8个8，这样做的原因是方便解密，只需要看最后一位就能算出原块的大小是多少。

PKCS7Padding

跟PKCS5Padding的填充方式一样，不同的是，PKCS5Padding只是对8字节的进行填充，PKCS7Padding可以对1~256字节大小的block进行填充。

模式

ECB模式

最简单的一种加密模式，每个块进行独立加密，块与块之间加密互不影响，这样就能并行，效率高。虽然这样加密很简单，但是不安全，如果两个块的明文一模一样，那么加密出来的东西也一模一样。

CBC模式

CBC模式中引入了一个新的概念，初始向量iv。iv的作用就是为了防止同样的明文块被加密成同样的内容。原理是第一个明文块跟初始向量做异或后加密，第二个块跟第一个密文块做异或再加密，依次类推，避免了同样的块被加密成同样的内容。

灵魂三问

1.AES用的什么模式？

2.AES的填充方式是什么？有的第三方不用标准的填充方式，令人费解，所以一定要问清楚

3.设置的初始向量是什么？(如果对方说他们用cbc)

结论

1) AES加密的时间与被加密文件的大小正线性增长，加密1G的文件大概需要4分多钟，加密速度还是很快的

2) 加密后的文件大小是原始文件大小的两倍

3) 解密文件所需时间是加密时间的两倍（这个应该是加密文件是原始文件大小两倍造成的）

PBE

综合了消息摘要算法和对称加密算法，最常见的是PBEWithMD5AndDES 工作模式只有CBC（已丧失安全性，不推荐使用），所以PBE也不推荐使用了

IDEA

常用的电子邮件加密算法工作模式只有ECB 密钥长度128位

DESede（三重DES）

早于AES出现来替代DES 计算密钥时间太长、加密效率不高，所以也基本上不用密钥长度112/168（JDK）、128/192（BC）

DES

已破解，不再安全，基本没有企业在用了是对称加密算法的基石，具有学习价值密钥长度56（JDK）、56/64（BC）

非对称加密算法

概念

非对称加密需要两个密钥：公钥 (publickey) 和私钥 (privatekey)。公钥和私钥是一对，如果用公钥对数据加密，那么只能用对应的私钥解密。如果用私钥对数据加密，只能用对应的公钥进行解密。因为加密和解密用的是不同的密钥，所以称为非对称加密。

特点

优点：

算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥

缺点：

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

应用场景

信息加密

收信者是唯一能够解开加密信息的人，因此收信者手里的必须是私钥。发信者手里的是公钥，其它人知道公钥没有关系，因为其它人发来的信息对收信者没有意义。

登录认证

客户端需要将认证标识传送给服务器，此认证标识 (可能是一个随机数) 其它客户端可以知道，因此需要用私钥加密，客户端保存的是私钥。服务器端保存的是公钥，其它服务器知道公钥没有关系，因为客户端不需要登录其它服务器

数字签名

数字签名是为了表明信息没有受到伪造，确实是信息拥有者发出来的，附在信息原文的后面。就像手写的签名一样，具有不可抵赖性和简洁性。

简洁性：对信息原文做哈希运算，得到消息摘要，信息越短加密的耗时越少。

不可抵赖性：信息拥有者要保证签名的唯一性，必须是唯一能够加密消息摘要的人，因此必须用私钥加密 (就像字迹他人无法学会一样)，得到签名。如果用公钥，那每个人都可以伪造签名了。

数字证书

问题起源：对1和3，发信者怎么知道从网上获取的公钥就是真的？没有遭受中间人攻击？ 这样就需要第三方机构来保证公钥的合法性，这个第三方机构就是 CA (Certificate Authority)，证书中心。 CA 用自己的私钥对信息原文所有者发布的公钥和相关信息进行加密，得出的内容就是数字证书。 信息原文的所有者以后发布信息时，除了带上自己的签名，还带上数字证书，就可以保证信息不被篡改了。信息的接收者先用 CA给的公钥解出信息所有者的公钥，这样可以保证信息所有者的公钥是真正的公钥，然后就能通过该公钥证明数字签名是否真实了。

常用非对称加密算法

DSA算法

这是一种更高级的验证方式，用作数字签名。不单单只有公钥、私钥，还有数字签名。私钥加密生成数字签名，公钥验证数据及签名，如果数据和签名不匹配则认为验证失败。数字签名的作用就是校验数据在传输过程中不被修改，数字签名，是单向加密的升级。

ECC算法

ECC 的主要优势是在某些情况下它比其他的方法使用更小的密钥 (比如 RSA)，提供相当的或更高等级的安全。ECC 的另一个优势是可以定义群之间的双线性映射，基于 Weil 对或是 Tate 对；双线性映射已经在密码学中发现了大量的应用，例如基于身份的加密。不过一个缺点是加密和解密操作的实现比其他机制花费的时间长。

DH算法

由公开密钥密码体制的奠基人 Diffie 和 Hellman 所提出的一种思想。简单的说就是允许两名用户在公开媒体上交换信息以生成"一致"的、可以共享的密钥。也就是由甲方产出一对密钥 (公钥、私钥)，乙方依照甲方公钥产生乙方密钥对 (公钥、私钥)。 以此为基线，作为数据传输保密基础，同时双方使用同一种对称加密算法构建本地密钥 (SecretKey) 对数据加密。这样，在互通了本地密钥 (SecretKey) 算法后，甲乙双方公开自己的公钥，使用对方的公钥和刚才产生的私钥加密数据，同时可以使用对方的公钥和自己的私钥对数据解密。不单单是甲乙双方两方，可以扩展为多方共享数据通讯，这样就完成了网络交互数据的安全通讯。

RSA

简介：

RSA 是目前最有影响力的公钥加密算法，该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，即公钥，而两个大素数组合成私钥。公钥是可发布的供任何人使用，私钥则为自己所有，供解密之用。

工作流程：

A 要把信息发给 B 为例，确定角色：A 为加密者，B 为解密者。首先由 B 随机确定一个 KEY，称之为私钥，将这个 KEY 始终保存在机器 B 中而不发出来；然后，由这个 KEY 计算出另一个 KEY，称之为公钥。这个公钥的特性是几乎不可能通过它自身计算出生成它的私钥。接下来通过网络把这个公钥传给 A，A 收到公钥后，利用公钥对信息加密，并把密文通过网络发送到 B，最后 B 利用已知的私钥，就能对密文进行解码了。以上就是 RSA 算法的工作流程。

运算速度：

由于进行的都是大数计算，使得 RSA 最快的情况也比 DES 慢上好几倍，无论是软件还是硬件实现。速度一直是 RSA 的缺陷。一般来说只用于少量数据加密。RSA 的速度是对应同样安全级别的对称密码算法的1/1000左右

公钥传递安全：

和其它加密过程一样，对 RSA 来说分配公钥的过程是非常重要的。分配公钥的过程必须能够抵挡中间人攻击。假设 A 交给 B 一个公钥，并使 B 相信这是A 的公钥，并且 C 可以截下 A 和 B 之间的信息传递，那么 C 可以将自己的公钥传给 B，B 以为这是 A 的公钥。C 可以将所有 B 传递给 A 的消息截下来，将这个消息用自己的密钥解密，读这个消息，然后将这个消息再用 A 的公钥加密后传给 A。理论上 A 和 B 都不会发现 C 在偷听它们的消息，今天人们一般用数字认证来防止这样的攻击。

攻击：

基于大数因数分解

秀尔算法

结论

1) RSA加密算法加密时间很短，基本可以忽略不计。但是，在解密时，RSA显的比较匹配，解密时间与解密文件的大小呈现线性增长趋势。加密1M的文件大概需要5秒，但是解密却需要4分钟

2) 加密后的文件与原始文件的大小基本相同

3) 解密的效率远低于加密效率，按照这个时间去计算，加密1G的文件需要1分钟，但是解密却需要65小时