Part 01 什么是加密算法
加密算法是一種密碼學(xué)算法，就是指將信息變成密文的加密技術(shù)，加密算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)所屬方的隱私保護(hù)，并在保護(hù)隱私的前提下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匿蹤共享。通過(guò)加密算法可以達(dá)到：數(shù)據(jù)保密性,防止用戶(hù)數(shù)據(jù)被竊取或泄露; 數(shù)據(jù)完整性,防止用戶(hù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被篡改;通信雙方身份確認(rèn),確保數(shù)據(jù)來(lái)源合法的功能。
常見(jiàn)加密算法分為不可逆算法和可逆算法，其中可逆算法分為對(duì)稱(chēng)加密和非對(duì)稱(chēng)加密算法，整體加密算法分類(lèi)如圖1所示。
Part 02 不可逆算法
不可逆算法的加密是不可逆的，加密后的密文是無(wú)法被還原成原文。其中散列算法，就是一種不可逆算法。
散列算法是指明文通過(guò)散列算法生成散列值，散列值是長(zhǎng)度固定的數(shù)據(jù)，和明文長(zhǎng)度無(wú)關(guān),算法過(guò)程如圖2所示。常見(jiàn)散列算法的具體實(shí)現(xiàn)有很多種，例如MD5、SHA1、SHA-224、SHA-256等等。散列算法是不需要密鑰的，當(dāng)然也存在一些其他不可逆算法是需要密鑰的，例如Hmac算法。
圖 2
1、MD5，全稱(chēng)為“Message-Digest Algorithm 5”，翻譯過(guò)來(lái)叫“信息摘要算法”。它可以將任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)通過(guò)散列算法，生成一個(gè)固定長(zhǎng)度的散列值。MD5算法的輸出長(zhǎng)度為128位，通常用32個(gè)16進(jìn)制數(shù)表示。MD5有一些優(yōu)點(diǎn)，比如計(jì)算速度快、輸出長(zhǎng)度固定、應(yīng)用廣泛等等。但是作為一個(gè)加密算法，它有一個(gè)天大的缺點(diǎn)，那就是不安全。目前MD5算法已經(jīng)被攻破，而且MD5算法的輸出長(zhǎng)度有限，攻擊者可以通過(guò)暴力破解或彩虹表攻擊等方式，找到與原始數(shù)據(jù)相同的散列值，從而破解數(shù)據(jù)。雖然可以通過(guò)加鹽，也就是對(duì)在原文里再加上一些不固定的字符串來(lái)緩解，但是完全可以用更安全的SHA系列算法替代。
2、SHA（Secure Hash Algorithm）系列算法是一組密碼散列函數(shù)，用于將任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)映射為固定長(zhǎng)度的散列值。SHA系列算法由美國(guó)國(guó)家安全局（NSA）于1993年設(shè)計(jì)，目前共有SHA-1、SHA-2、SHA-3三種版本。其中SHA-1系列存在缺陷，已經(jīng)不再被推薦使用。SHA-2算法包括SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512四種散列函數(shù)，分別將任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)映射為224位、256位、384位和512位的散列值。
3、上述兩種算法，SHA-2算法比MD5強(qiáng)，主要有兩個(gè)原因：
（1）散列值長(zhǎng)度更長(zhǎng)：例如SHA-256算法的散列值長(zhǎng)度為256位，而MD5算法的散列值長(zhǎng)度為128位，這就提高了攻擊者暴力破解或者彩虹表攻擊的難度。
（2）更強(qiáng)的碰撞抗性：SHA算法采用了更復(fù)雜的運(yùn)算過(guò)程和更多的輪次，使得攻擊者更難以通過(guò)預(yù)計(jì)算或巧合找到碰撞。
Part 03 可逆算法
可逆算法分為對(duì)稱(chēng)加密算法和非對(duì)稱(chēng)加密算法兩種。
對(duì)稱(chēng)加密算法
對(duì)稱(chēng)加密算法的加密和解密過(guò)程使用的是相同的密鑰，因此密鑰的安全性至關(guān)重要。如果密鑰泄露，攻擊者可以輕易地破解加密數(shù)據(jù)。
對(duì)稱(chēng)加密的原理如圖3所示，通信的雙方約定好使用統(tǒng)一的加密解密算法，以及一個(gè)salt鹽作為唯一標(biāo)識(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)前先試用加密算法和salt經(jīng)過(guò)加密函數(shù)處理得到密文，接受方收到密文后使用解密算法+salt對(duì)密文解密得到明文再處理。
常見(jiàn)的對(duì)稱(chēng)加密算法包括DES、3DES、AES等。其中，AES算法是目前使用最廣泛的對(duì)稱(chēng)加密算法之一，具有比較高的安全性和加密效率。
（1）AES（Advanced Encryption Standard）即高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，是一種對(duì)稱(chēng)加密算法，被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)加密和保護(hù)領(lǐng)域。AES算法使用的密鑰長(zhǎng)度為128位、192位或256位，比DES算法的密鑰長(zhǎng)度更長(zhǎng)，安全性更高。AES算法采用的密鑰長(zhǎng)度更長(zhǎng)，密鑰空間更大，安全性更高，能夠有效地抵抗暴力破解攻擊。當(dāng)然，因?yàn)槊荑€長(zhǎng)度較長(zhǎng)，需要的存儲(chǔ)也更多。
（2）DES（Data Encryption Standard）算法是最早的一種廣泛應(yīng)用的對(duì)稱(chēng)加密算法之一。DES算法使用56位密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，加密過(guò)程中使用了置換、替換、異或等運(yùn)算，具有較高的安全性。速度較快，但是在安全性上面并不是最優(yōu)選擇，因?yàn)镈ES算法的密鑰長(zhǎng)度比較短，被暴力破解和差分攻擊的風(fēng)險(xiǎn)比較高，一般推薦用一些更安全的對(duì)稱(chēng)加密算法，比如3DES、AES等。
非對(duì)稱(chēng)加密算法
非對(duì)稱(chēng)加密算法需要兩個(gè)密鑰，這兩個(gè)密鑰互不相同，但是相互匹配，一個(gè)稱(chēng)為公鑰，另一個(gè)稱(chēng)為私鑰。使用其中的一個(gè)加密，則使用另一個(gè)進(jìn)行解密。具有如下特點(diǎn)：
（1）使用公鑰加密的數(shù)據(jù)只有私鑰才能解密，公鑰自己是解密不了的。
（2）使用私鑰加密的數(shù)據(jù)只有公鑰才能解密，私鑰自己是解密不了的。
（3）服務(wù)端同時(shí)持有公鑰和私鑰(不會(huì)給任何人)。
（4）服務(wù)端要跟誰(shuí)通信就把自己的公鑰給它。
RSA算法是是目前應(yīng)用最廣泛的非對(duì)稱(chēng)加密算法，該算法的優(yōu)點(diǎn)是安全性高，公鑰可以公開(kāi)，私鑰必須保密，保證了數(shù)據(jù)的安全性；可用于數(shù)字簽名、密鑰協(xié)商等多種應(yīng)用場(chǎng)景。缺點(diǎn)是加密、解密速度較慢，密鑰長(zhǎng)度越長(zhǎng)，加密、解密時(shí)間越長(zhǎng)；密鑰長(zhǎng)度過(guò)短容易被暴力破解，密鑰長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)則會(huì)增加計(jì)算量和存儲(chǔ)空間的開(kāi)銷(xiāo)。
