常用加密技术的原理及其算法解析
一、对称加密技术
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1、原理
- 对称加密技术使用相同的密钥进行加密和解密操作，发送方使用密钥对明文进行加密，将密文发送给接收方，接收方再使用相同的密钥对密文进行解密得到明文，这种加密方式的关键在于密钥的保密性，因为一旦密钥泄露，加密信息就可以被轻易解密。
2、算法 - DES（Data Encryption Standard）
- DES是一种经典的对称加密算法，它将明文数据按照64位的分组进行处理。
- 密钥长度为56位（另有8位用于奇偶校验），在加密过程中，通过一系列复杂的置换、替代和轮函数操作，初始置换将64位的明文数据打乱顺序，然后进行16轮的Feistel结构运算，每一轮都包括扩展置换、密钥混合、S - box替换和P - 置换等操作，这些操作的目的是将明文数据与密钥充分混合，使得密文看起来是随机的。
- 随着计算机技术的发展，DES的56位密钥长度已经不足以保证安全性，因为可以通过暴力破解的方式在较短时间内找到密钥。
3、算法 - AES（Advanced Encryption Standard）
- AES是为了替代DES而被提出的，它支持128位、192位和256位的密钥长度。
- 以128位密钥为例，AES将明文数据分成128位的块（在某些模式下也可以处理不同长度的明文），加密过程基于字节替代、行移位、列混合和轮密钥加等操作，它采用的是SPN（Substitution - Permutation Network）结构。
- 在字节替代操作中，每个字节根据一个固定的S - box表进行替换，行移位操作对矩阵中的行进行循环移位，列混合操作对矩阵中的列进行线性变换，轮密钥加操作将每一轮的子密钥与中间结果进行异或操作，AES由于其密钥长度较长、加密算法高效且安全性高，被广泛应用于各种加密场景，如网络通信、文件加密等。
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二、非对称加密技术
1、原理
- 非对称加密技术使用一对密钥，即公钥和私钥，公钥可以公开，任何人都可以获取；私钥则由所有者秘密保存，当发送方要发送消息给接收方时，发送方使用接收方的公钥对消息进行加密，接收方收到密文后，使用自己的私钥进行解密，反之，接收方也可以使用自己的私钥对消息进行签名，发送方使用接收方的公钥对签名进行验证。
2、算法 - RSA（Rivest - Shamir - Adleman）
- RSA算法基于数论中的大数分解问题，选择两个大质数p和q，计算n = p * q，然后计算欧拉函数φ(n)=(p - 1)*(q - 1)，选择一个整数e，使得1 < e < φ(n)且e与φ(n)互质，计算d，使得e * d≡1 (mod φ(n))，这里，(n, e)就是公钥，(n, d)就是私钥。
- 在加密时，对于明文m（m < n），密文c = m^e mod n；在解密时，明文m = c^d mod n，RSA的安全性基于大数分解的困难性，即如果要从公钥(n, e)推导出私钥(n, d)，就需要分解n得到p和q，而对于足够大的n，大数分解是非常困难的。
3、算法 - ECC（Elliptic Curve Cryptography）
- ECC基于椭圆曲线离散对数问题，椭圆曲线是由方程y²=x³+ax + b定义的曲线（在有限域上）。
- 在ECC中，选择椭圆曲线上的一个基点G，私钥是一个随机数d，公钥是Q = d * G，其中乘法是椭圆曲线上的点乘运算，加密时，使用接收方的公钥对消息进行加密，解密时使用私钥进行解密，ECC与RSA相比，在相同的安全强度下，ECC使用的密钥长度更短，这使得它在资源受限的设备（如移动设备）上具有很大的优势。
三、哈希算法
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1、原理
- 哈希算法将任意长度的数据映射为固定长度的哈希值（也称为消息摘要），哈希函数具有单向性，即从哈希值很难反推出原始数据，好的哈希函数还具有抗碰撞性，即很难找到两个不同的数据，它们的哈希值相同。
2、算法 - MD5（Message - Digest Algorithm 5）
- MD5将输入的消息按照512位的分组进行处理，它通过一系列的初始化操作和四轮循环运算，每轮循环包含16个操作步骤。
- 随着密码分析技术的发展，MD5的安全性已经受到严重挑战，已经发现了可以构造出具有相同MD5哈希值的不同消息的方法，所以现在不建议用于安全性要求较高的场景。
3、算法 - SHA - 256（Secure Hash Algorithm 256 - bit）
- SHA - 256是SHA - 2系列哈希算法中的一种，它对输入消息进行预处理后，按照512位的块进行处理。
- 通过一系列复杂的逻辑函数和位运算，将消息逐步压缩成256位的哈希值，SHA - 256具有较高的安全性，被广泛应用于数字签名、数据完整性验证等场景。
加密技术在保护信息安全方面起着至关重要的作用，不同的加密技术和算法适用于不同的应用场景，随着技术的不断发展，加密技术也在不断演进以应对新的安全挑战。
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