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常见的加密算法

奇舞精选 · 公众号 · · 2024-08-13 18:00

正文

本文作者系360奇舞团前端开发工程师

前言

密码学是一门研究信息加密和解密技术的科学，通过数学方法设计和分析加密算法和协议，以确保数据在传输和存储过程中的 保密性、完整性、真实性 和 不可否认性 。在前后端的各种重要交互场景中（登录，支付）往往都会用到一种或者多种加密算法，来保护用户的信息安全。

古代密码学

凯撒密码

凯撒密码是一种替换加密方法，将字母表中的每个字母替换为其后固定位置的另一个字母。

阴符和阴书

阴符是一种秘密符号或隐秘标记，用于传递重要信息。阴符通常只有发送者和接收者知道其具体含义和解码方式。阴符的具体形式和使用方式可以因时代和地域不同而有所变化。比如就是事先制作一些长度不同的竹片，然后约定好每个长度的竹片代表的内容：

大胜克敌之符，长一尺；破军擒将之符，长九寸；

阴书是中国古代一种加密通信的方法，具体方法是将书信拆分成三部分，并分派三人发出，每人拿一部分，只有这三部分合在一起才能读懂信的内容，从而实现了机密的传递，敌人即使得到其中一部分也无法获知真实内容

现代密码学

现代密码学是保护信息安全的科学和技术，主要通过数学算法和计算机技术来实现数据的加密和解密。现代密码学广泛应用于电子商务、银行交易、网络通信、数据存储等领域。以下是现代密码学的主要内容和分类。

散列函数

散列函数 （one-way hash function）是指对不同的输入值，通过单向散列函数进行计算，得到固定长度的输出值。这个输入值称为 原始值 （message），输出值称为 散列值 （hash value）。

MD5算法

MD5（Message Digest Algorithm 5）是一种广泛使用的加密散列函数，主要用于生成数据的唯一标识符或“指纹”。它的本质在于将任意长度的数据（消息）映射为固定长度的128位（16字节）的散列值。这个过程被称为散列（hashing），MD5的散列值通常以32个十六进制数字表示。

填充：首先将输入数据填充至长度为448模512的比特数。填充的方式是将一个比特值1添加到数据末尾，然后添加0比特，直到数据长度为448比特。接着，再添加64比特来表示原始数据的长度，填充后的数据长度是512的倍数。

初始化 ：使用四个32位的常量初始化四个缓冲区变量（A、B、C、D）。这些变量将用来存储最终的散列值。

处理每一块数据 ：将填充后的数据分成若干个512比特的块，对每个块进行处理。每块数据通过16轮迭代计算，更新四个缓冲区变量的值。

输出结果 ：将处理后的缓冲区变量值连接起来，生成128位的散列值。

下面这个图片，就是对 MD5运算过程的具体解释

const crypto = require('crypto');
function md5Hash(data) {
    return crypto.createHash('md5')
        .update(data, 'utf8')  // 使用utf8编码进行更新
        .digest('hex');        // 输出为十六进制字符串
}
// 使用示例
const input = 'Hello, World!';
const hash = md5Hash(input);

SHA256算法

SHA-256是由国家安全局（NSA）设计的加密散列函数，广泛用于数据完整性验证和密码学应用。

填充：和前面提到的 MD5算法填充过程一样

初始化 ：SHA-256算法使用8个32位的变量，初始化为特定的常数值。

处理每一块数据 ：将填充后的数据分成若干个512比特的块，对每个块进行处理。每块数据通过16轮迭代计算，更新四个缓冲区变量的值。

输出结果 ：将处理后的缓冲区变量值连接起来，生成128位的散列值。

应用

1.用户密码保护

用户在设置密码时，不记录密码本身，只记录密码的散列值，只有用户自己知道密码的明文。校验密码时，只要输入的密码正确，得到的散列值一定是一样的，表示校验正确。

2.接口参数校验

发送者与接收者要有一个 共享秘钥 。当发送者向接收者发送请求时，参数中附加上签名（签名由 共享秘钥 * +* 业务参数 ，进行单向散列函数加密生成）。接收者收到后，使用相同的方式生成签名，再与收到的签名进行比对，如果一致，验签成功

对称加密

对称加密是一种加密方法，其中加密和解密过程使用 相同的密钥 。这意味着加密数据时使用的密钥与解密数据时使用的密钥相同，从而确保只有持有该密钥的人能够访问原始数据。对称加密算法的主要特点是 速度快、效率高 ，但密钥管理是一个关键问题，因为密钥需要安全地分发和存储。

AES算法

分别解释下，上图中，所提到的相关概念

SubBytes ：

过程：使用S盒（Substitution box）对数据块中的每个字节进行替换。S盒是一个固定的替换表，将每个字节替换为另一字节，增加非线性特性。

ShiftRows ：

过程：对数据块的每一行进行循环移位。第一行不变，第二行左移1个字节，第三行左移2个字节，第四行左移3个字节。这增加了数据的混淆。

MixColumns ：

过程：对数据块的每一列进行混合。通过线性变换，使每列数据变成列的加权和，提高数据的扩散性（在最后一轮中省略此步骤）。

AddRoundKey ：

过程：将处理后的数据块与当前轮密钥进行异或操作。每轮使用不同的轮密钥，更新数据块。

轮密钥 :

根据轮数的不同，根据单个原始的密钥行成一个密钥表，每一轮调用不同的密钥

应用

因为对称加密最大的优势是加密速度快，所以常用于我们 HTTPS 中大量数据的加解密，或者视频等实时通信中。

非对称加密

非对称加密算法，也被称作公钥加密算法，是一种加密机制，它依赖于一对密钥：一个是公开的密钥（public key），简称公钥；另一个是保密的密钥（private key），简称私钥。这种算法之所以被称为非对称，是因为加密和解密过程分别使用这对密钥中的不同成员。公钥可以广泛分享，用于加密信息或验证由私钥生成的数字签名；而私钥则必须严格保密，用于解密接收到的信息或创建数字签名。

RSA 算法

RSA加密算法是目前最有影响力的 公钥加密算法 ，并且被普遍认为是目前 最优秀的公钥方案 之一。RSA 是第一个能同时用于加密和 数字签名 的算法，它能够抵抗到目前为止已知的 所有密码攻击 。