下文主要從加密算法的特征、常用加密算法和加密工具等方面惕它，梳理和比較對(duì)稱加密怕午、單向加密和公鑰加密的概念及其之間的聯(lián)系。
1. 對(duì)稱加密
采用單鑰密碼的加密方法淹魄，同一個(gè)密鑰可以同時(shí)用來加密和解密郁惜，這種加密方法稱為對(duì)稱加密，也稱為單密鑰加密甲锡。常用的單向加密算法：
- DES（Data Encryption Standard）：數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)兆蕉，速度較快，適用于加密大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合缤沦；
- 3DES（Triple DES）：是基于DES恨樟，對(duì)一塊數(shù)據(jù)用三個(gè)不同的密鑰進(jìn)行三次加密，強(qiáng)度更高疚俱；
- AES（Advanced Encryption Standard）：高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)劝术，是下一代的加密算法標(biāo)準(zhǔn)，速度快呆奕，安全級(jí)別高养晋，支持128、192梁钾、256绳泉、512位密鑰的加密；
- Blowfish
算法特征：
- 1姆泻、加密方和解密方使用同一個(gè)密鑰零酪；
- 2、加密解密的速度比較快拇勃，適合數(shù)據(jù)比較長(zhǎng)時(shí)的使用四苇；
- 3、密鑰傳輸?shù)倪^程不安全方咆，且容易被破解月腋，密鑰管理也比較麻煩；
加密工具：
- openssl瓣赂，它使用了libcrypto加密庫(kù)榆骚、libssl庫(kù)即TLS/SSL協(xié)議的實(shí)現(xiàn)庫(kù)等。TLS/SSL是基于會(huì)話的煌集、實(shí)現(xiàn)了身份認(rèn)證妓肢、數(shù)據(jù)機(jī)密性和會(huì)話完整性的TLS/SSL庫(kù)。openssl官網(wǎng)苫纤。
- gpg
2. 單向散列加密
單向加密又稱為不可逆加密算法碉钠，其密鑰是由加密散列函數(shù)生成的纲缓。單向散列函數(shù)一般用于產(chǎn)生消息摘要，密鑰加密等放钦，常見的有：
- 1、MD5（Message Digest Algorithm 5）：是RSA數(shù)據(jù)安全公司開發(fā)的一種單向散列算法恭金，非可逆操禀，相同的明文產(chǎn)生相同的密文；
- 2横腿、SHA（Secure Hash Algorithm）：可以對(duì)任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)運(yùn)算生成一個(gè)160位的數(shù)值颓屑。其變種由SHA192，SHA256耿焊，SHA384等揪惦；
- 3、CRC-32罗侯，主要用于提供校驗(yàn)功能器腋；
算法特征：
- ① 輸入一樣，輸出必然相同钩杰；
- ② 雪崩效應(yīng)纫塌，輸入的微小改變，將會(huì)引起結(jié)果的巨大變化讲弄；
- ③ 定長(zhǎng)輸出措左，無論原始數(shù)據(jù)多大，結(jié)果大小都是相同的避除；
- ④ 不可逆怎披，無法根據(jù)特征碼還原原來的數(shù)據(jù)；
下圖展示了sha1算法的雪崩效應(yīng)瓶摆，微小的改變凉逛，引起結(jié)果的巨大變化。
加密工具：
- md5sum
- sha1sum
- openssl dgst
3. 非對(duì)稱加密
非對(duì)稱密鑰加密也稱為公鑰加密群井，由一對(duì)公鑰和私鑰組成鱼炒。公鑰是從私鑰提取出來的◎蚪瑁可以用公鑰加密昔瞧，再用私鑰解密，這種情形一般用于公鑰加密菩佑；也可以用私鑰加密自晰，用公鑰解密，常用于數(shù)字簽名稍坯，因此非對(duì)稱加密的主要功能就是加密和數(shù)字簽名酬荞。
特征：
- 秘鑰對(duì)搓劫，公鑰(public key)和私鑰(secret key)
- 主要功能：加密和簽名
- 發(fā)送方用對(duì)方的公鑰加密，可以保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性（公鑰加密）混巧；
- 發(fā)送方用自己的私鑰加密潮改，可以實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證（數(shù)字簽名）兵钮；
圖解非對(duì)稱加密的主要功能：加密解密和數(shù)字簽名
公鑰加密算法很少用來加密數(shù)據(jù)，速度太慢，通常用來實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證雳锋；事實(shí)上拧篮，非對(duì)稱加密的主要作用也就是身份驗(yàn)證;
基于非對(duì)稱加密的特性蠢壹，又產(chǎn)生了以下兩個(gè)問題区匠。
問題1：如何確認(rèn)通信方證書的合法性呢？
借助于第三方機(jī)構(gòu)：CA(Certificate Authority)蛙埂。CA為每個(gè)使用公開密鑰的用戶簽發(fā)一個(gè)含CA簽名的證書倦畅，該證書的作用是證明證書中的用戶合法擁有證書中的公開密鑰，CA機(jī)構(gòu)的數(shù)字簽名使得攻擊者不能偽造和篡改證書绣的。
CA自身也擁有一個(gè)證書和私鑰叠赐。任何人都可以得到CA的證書，并用該證書驗(yàn)證它所簽發(fā)證書有效性屡江。
假設(shè)機(jī)構(gòu)A向CA發(fā)出一個(gè)證書簽發(fā)請(qǐng)求：(證書簽發(fā)流程)
- CA首先生成一對(duì)公鑰和私鑰燎悍，并自簽署一個(gè)CA證書certificate；
- A向CA提供自己的基本信息和自己的公鑰盼理；
- CA先對(duì)A的基本信息和公鑰計(jì)算一個(gè)特征碼谈山，然后再使用自己的私鑰對(duì)特征碼進(jìn)行加密，加密生成的字符串（數(shù)字簽名）宏怔、A的公鑰奏路、A的基本信息共同組成了CA簽發(fā)的數(shù)字證書；
有了CA簽發(fā)的數(shù)字證書臊诊，就可以通過CA來確認(rèn)證書擁有者的身份鸽粉，也就解決了通信中身份確認(rèn)的問題。那身份確認(rèn)完之后抓艳，如何保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性呢触机？
問題2：通過CA實(shí)現(xiàn)了身份驗(yàn)證，那如何保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性呢玷或？
保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性儡首，無非就是給數(shù)據(jù)加密，非對(duì)稱加密的加密速度慢偏友，不適合對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密蔬胯，而在實(shí)際通信過程中，身份確認(rèn)完畢之后位他，通常使用對(duì)稱加密方式來加密數(shù)據(jù)氛濒。那如何協(xié)商對(duì)稱加密的秘鑰呢产场？通常有以下兩種方法。
方法1：秘鑰交換(Internet Key Exchange, IKE)算法
Diffie-Hellman算法秘鑰協(xié)商流程舞竿，假設(shè)A/B雙發(fā)進(jìn)行通信京景，
- ① A/B通信前，先生成p,g兩個(gè)大素?cái)?shù)骗奖，作為生成數(shù)
- ② A選定一個(gè)數(shù)x确徙，B選定一個(gè)數(shù)y
- ③ A/B加密結(jié)果如下：
- A加密之后傳遞給B的內(nèi)容: g^x%p --> B
- B加密之后傳遞給A的內(nèi)容: g^y%p --> A
- 注意：互聯(lián)網(wǎng)上的用戶可以看到：p,g,gx%p,gy%p
- ④ A/B獲得到數(shù)據(jù)之后解密得到相同的結(jié)果
- A: (gx%p)x=g^xy%p
- B: (gy%p)y=g^xy%p
圖解秘鑰交換
這樣A/B就協(xié)商出了一個(gè)共同的秘鑰g^xy%p，A/B雙方使用非對(duì)稱加密確認(rèn)完身份之后重归，就可以是用該秘鑰加密通信數(shù)據(jù)了米愿。
方法2：公鑰加密的方式協(xié)商秘鑰
① A隨機(jī)生成一個(gè)字符串STR作為秘鑰厦凤，A先使用自己的私鑰加密STR得到STR1鼻吮，A再使用B的公鑰加密得到STR2，A將STR2發(fā)送給B较鼓；
② B接收到STR2椎木，先使用B的公鑰私鑰解密，再使用A的公鑰解密博烂，最后得到秘鑰STR香椎；
這樣A、B就完成了秘鑰的協(xié)商禽篱，協(xié)商的秘鑰為隨機(jī)字符串STR。
常用的非對(duì)稱加密算法
- RSA：由 RSA公司發(fā)明躺率，是一個(gè)支持變長(zhǎng)密鑰的公共密鑰算法玛界，需要加密的文件塊的長(zhǎng)度也是可變的；既可以實(shí)現(xiàn)加密慎框，又可以實(shí)現(xiàn)簽名
- DSA（Digital Signature Algorithm）：數(shù)字簽名算法，是一種標(biāo)準(zhǔn)的 DSS（數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)）后添；
- ECC（Elliptic Curves Cryptography）：橢圓曲線密碼編碼笨枯；
ECC和RAS對(duì)比遇西。ECC和RSA相比，在許多方面都有對(duì)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)粱檀，主要體現(xiàn)在以下方面：
① 抗攻擊性強(qiáng)硫嘶，相同的密鑰長(zhǎng)度，其抗攻擊性要強(qiáng)很多倍沦疾。
② 計(jì)算量小称近，處理速度快。ECC總的速度比RSA哮塞、DSA要快得多。
③ 存儲(chǔ)空間占用小,ECC的密鑰尺寸和系統(tǒng)參數(shù)與RSA忆畅、DSA相比要小得多衡未，意味著它所占的存貯空間要小得多家凯。這對(duì)于加密算法在IC卡上的應(yīng)用具有特別重要的意義。
④ 帶寬要求低绊诲，當(dāng)對(duì)長(zhǎng)消息進(jìn)行加解密時(shí)送粱，三類密碼系統(tǒng)有相同的帶寬要求，但應(yīng)用于短消息時(shí)ECC帶寬要求卻低得多掂之。帶寬要求低使ECC在無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景抗俄。
Public Key Infrastructure (PKI)
總結(jié)
加密方法通常需要具備機(jī)密性、完整性和身份確認(rèn)的功能世舰。對(duì)稱加密可以保證機(jī)密性且加密速度快动雹，但是不能進(jìn)行身份確認(rèn)；非對(duì)稱加密因其加密速度慢跟压，一般不會(huì)用做加密胰蝠，而是用作為身份驗(yàn)證。通常震蒋，非對(duì)稱加密和對(duì)稱加密茸塞、散列函數(shù)、秘鑰交換等結(jié)合使用喷好，共同完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)加密的過程翔横，如：TLS/SSL。
