加密算法分對(duì)稱加密和非對(duì)稱算法，其中對(duì)稱加密算法的加密與解密密鑰相同，非對(duì)稱加密算法的加密密鑰與解密密鑰不同，此外，還有一類不需要密鑰的散列算法。

常見的對(duì)稱加密算法主要有DES、3DES、AES等，常見的非對(duì)稱算法主要有RSA、DSA等，散列算法主要有SHA-1、MD5等。

對(duì)稱算法又可分為兩類。一次只對(duì)明文中的單個(gè)位(有時(shí)對(duì)字節(jié))運(yùn)算的算法稱為序列算法或序列密碼。另一類算法是對(duì)明文的一組位進(jìn)行運(yùn)算(即運(yùn)算之前將明文分為若干組，然后分別對(duì)每一組進(jìn)行運(yùn)算，這些位組稱為分組)，相應(yīng)的算法稱為分組算法或分組密碼。

DES加密算法

DES加密算法是一種分組密碼，以64位為分組對(duì)數(shù)據(jù)加密，它的密鑰長度是56位，加密解密用同一算法。DES加密算法是對(duì)密鑰進(jìn)行保密，而公開算法，包括加密和解密算法。這樣，只有掌握了和發(fā)送方相同密鑰的人才能解讀由DES加密算法加密的密文數(shù)據(jù)。因此，破譯DES加密算法實(shí)際上就是搜索密鑰的編碼。對(duì)于56位長度的密鑰來說，如果用窮舉法來進(jìn)行搜索的話，其運(yùn)算次數(shù)為2的56次方。

3DES(Triple DES)

是基于DES的對(duì)稱算法，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;

AES加密算法

AES加密算法是密碼學(xué)中的高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，該加密算法采用對(duì)稱分組密碼體制，密鑰長度的最少支持為128、192、256，分組長度128位，算法應(yīng)易于各種硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。這種加密算法是美國聯(lián)邦政府采用的區(qū)塊加密標(biāo)準(zhǔn)，AES標(biāo)準(zhǔn)用來替代原先的DES，已經(jīng)被多方分析且廣為全世界所使用。

RSA加密算法

RSA加密算法是目前最有影響力的公鑰加密算法，并且被普遍認(rèn)為是目前最優(yōu)秀的公鑰方案之一。RSA是第一個(gè)能同時(shí)用于加密和數(shù)字簽名的算法，它能夠抵抗到目前為止已知的所有密碼攻擊，已被ISO推薦為公鑰數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)。RSA加密算法基于一個(gè)十分簡單的數(shù)論事實(shí)：將兩個(gè)大素?cái)?shù)相乘十分容易，但想要對(duì)其乘積進(jìn)行因式分解卻極其困難，因此可以將乘積公開作為加密密鑰。

DSA加密算法

DSA是基于整數(shù)有限域離散對(duì)數(shù)難題的，DSA的一個(gè)重要特點(diǎn)是兩個(gè)素?cái)?shù)公開，這樣，當(dāng)使用別人的p和q時(shí)，即使不知道私鑰，你也能確認(rèn)它們是否是隨機(jī)產(chǎn)生的，還是作了手腳。這一點(diǎn)，RSA算法做不到。

相比于RSA，DSA 只用于簽名，而 RSA 可用于簽名和加密。

Base64加密算法

Base64加密算法是網(wǎng)絡(luò)上最常見的用于傳輸8bit字節(jié)代碼的編碼方式之一，Base64編碼可用于在HTTP環(huán)境下傳遞較長的標(biāo)識(shí)信息。

MD5加密算法

MD5為計(jì)算機(jī)安全領(lǐng)域廣泛使用的一種散列函數(shù)，用以提供消息的完整性保護(hù)。

MD5被廣泛用于各種軟件的密碼認(rèn)證和鑰匙識(shí)別上。MD5用的是哈希函數(shù)，它的典型應(yīng)用是對(duì)一段信息產(chǎn)生信息摘要，以防止被篡改。MD5的典型應(yīng)用是對(duì)一段Message產(chǎn)生fingerprin指紋，以防止被“篡改”。如果再有—個(gè)第三方的認(rèn)證機(jī)構(gòu)，用MD5還可以防止文件作者的“抵賴”，這就是所謂的數(shù)字簽名應(yīng)用。MD5還廣泛用于操作系統(tǒng)的登陸認(rèn)證上，如UNIX、各類BSD系統(tǒng)登錄密碼、數(shù)字簽名等諸多方。

SHA1加密算法

SHA1是和MD5一樣流行的消息摘要算法。SHA加密算法模仿MD4加密算法。

SHA1主要適用于數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)里面定義的數(shù)字簽名算法。對(duì)于長度小于2“64位的消息，SHA1會(huì)產(chǎn)生一個(gè)160位的消息摘要。當(dāng)接收到消息的時(shí)候，這個(gè)消息摘要可以用來驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性。在傳輸?shù)倪^程中，數(shù)據(jù)很可能會(huì)發(fā)生變化，那么這時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生不同的消息摘要。SHA1不可以從消息摘要中復(fù)原信息，而且兩個(gè)不同的消息不會(huì)產(chǎn)生同樣的消息摘要。這樣，SHA1就可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性，所以說SHA1是為了保證文件完整性的技術(shù)。

SHA1是一種比MD5的安全性強(qiáng)的算法，理論上，凡是采取“消息摘要”方式的數(shù)字驗(yàn)證算法都是有“碰撞”的——也就是兩個(gè)不同的東西算出的消息摘要相同，互通作弊圖就是如此。但是安全性高的算法要找到指定數(shù)據(jù)的“碰撞”很困難，而利用公式來計(jì)算“碰撞”就更困難一目前為止通用安全算法中僅有MD5被破解。

加密算法的分類

加密算法可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，比如根據(jù)密鑰的使用方式、加密和解密過程是否可逆等。以下是一些主要的分類方式：

1. 對(duì)稱加密與非對(duì)稱加密

對(duì)稱加密(Symmetric Encryption)：加密和解密使用相同的密鑰。這種加密方式運(yùn)算速度快，但密鑰的分發(fā)和管理比較困難。常見的對(duì)稱加密算法有AES、DES、3DES等。

非對(duì)稱加密(Asymmetric Encryption)：使用一對(duì)密鑰，即公鑰和私鑰。公鑰用于加密數(shù)據(jù)，私鑰用于解密數(shù)據(jù)。非對(duì)稱加密安全性更高，但加密和解密速度相對(duì)較慢。常見的非對(duì)稱加密算法有RSA、ECC(橢圓曲線加密)等。

2. 塊加密與流加密

塊加密(Block Cipher)：將明文分成固定大小的塊，每個(gè)塊獨(dú)立加密。塊加密算法適合加密大量數(shù)據(jù)，常見的塊加密算法有AES、DES等。

流加密(Stream Cipher)：逐字節(jié)或逐位地加密明文。流加密算法適合加密流式數(shù)據(jù)，如實(shí)時(shí)通信。常見的流加密算法有RC4等。

3. 可逆加密與不可逆加密

可逆加密(Reversible Encryption)：加密后的密文可以通過解密算法還原成原始明文。對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密都屬于可逆加密。

不可逆加密(Irreversible Encryption)：加密后的密文無法(或極難)通過解密算法還原成原始明文。常見的不可逆加密算法有MD5、SHA系列等，它們通常用于數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)和密碼存儲(chǔ)。

常見加密算法

1. AES(Advanced Encryption Standard)

AES加密算法是一種廣泛使用的對(duì)稱加密算法，它提供了128位、192位和256位三種密鑰長度選項(xiàng)，以適應(yīng)不同的安全需求。AES在加密過程中，將明文分成固定大小的塊，并使用密鑰對(duì)每個(gè)塊進(jìn)行加密。由于AES算法具有高效、安全、靈活等優(yōu)點(diǎn)，它已被廣泛應(yīng)用于各種安全場景，如網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。

在Java中，可以使用javax.crypto.Cipher類來實(shí)現(xiàn)AES加密和解密。你需要指定加密算法、工作模式、填充方式等參數(shù)，并提供密鑰和初始化向量(IV)來進(jìn)行加密和解密操作。

2. RSA(Rivest-Shamir-Adleman)

RSA是一種經(jīng)典的非對(duì)稱加密算法，它基于大數(shù)分解問題的困難性來實(shí)現(xiàn)安全性。在RSA加密算法中，公鑰用于加密數(shù)據(jù)，私鑰用于解密數(shù)據(jù)。由于公鑰和私鑰之間存在數(shù)學(xué)關(guān)系，使得只有私鑰才能解密由公鑰加密的數(shù)據(jù)，反之亦然。因此，RSA算法具有很高的安全性。

3. ECC(Elliptic Curve Cryptography)

ECC是一種基于橢圓曲線數(shù)學(xué)的公鑰加密技術(shù)。與RSA相比，ECC在提供相同安全性能的情況下，所需的密鑰長度更短，因此加密和解密速度更快。這使得ECC更適合于移動(dòng)設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)等資源受限的環(huán)境。

在Java中，可以使用Bouncy Castle等第三方庫來支持ECC加密算法。這些庫提供了豐富的API和工具類，使得在Java中實(shí)現(xiàn)ECC加密和解密變得相對(duì)簡單。

4. DES(Data Encryption Standard)和3DES

DES是一種較早的對(duì)稱加密算法，它使用56位密鑰對(duì)64位明文進(jìn)行加密。然而，由于DES的密鑰長度較短，容易受到暴力破解攻擊，因此現(xiàn)在已經(jīng)不再安全。為了增強(qiáng)安全性，人們提出了3DES加密算法，它使用三個(gè)不同的密鑰對(duì)明文進(jìn)行三次DES加密操作。這樣可以提高密鑰長度和算法復(fù)雜度，從而增強(qiáng)安全性。

盡管3DES比DES更安全，但由于其加密和解密速度較慢，且密鑰管理較復(fù)雜，因此在一些高性能和安全要求較高的場景中，AES通常是更好的選擇。

5. 哈希算法和消息認(rèn)證碼(MAC)算法

除了對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密算法外，Java還支持哈希算法和消息認(rèn)證碼(MAC)算法。這些算法通常用于數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)和密碼存儲(chǔ)等場景。

5.1. 哈希算法(如MD5、SHA系列)

哈希算法將任意長度的消息映射為固定長度的哈希值。哈希算法具有不可逆性，即無法通過哈希值還原出原始數(shù)據(jù)。這使得哈希算法在密碼存儲(chǔ)和驗(yàn)證等場景中非常有用。常見的哈希算法包括MD5、SHA-1、SHA-256等。然而，需要注意的是，MD5和SHA-1已經(jīng)被證明存在安全漏洞，因此在需要高安全性的場景下應(yīng)使用更安全的哈希算法(如SHA-256或SHA-3)。

在Java中，可以使用java.security.MessageDigest類來計(jì)算哈希值。你需要指定要使用的哈希算法，并提供要計(jì)算哈希值的原始數(shù)據(jù)。然后，MessageDigest類會(huì)計(jì)算出相應(yīng)的哈希值并返回給你。

5.2. 消息認(rèn)證碼(MAC)算法(如HmacMD5、HmacSHA1等)

消息認(rèn)證碼(MAC)算法使用一個(gè)密鑰和一條消息生成一個(gè)固定長度的MAC值。MAC算法通常用于消息的完整性和真實(shí)性驗(yàn)證。與哈希算法不同，MAC算法需要一個(gè)密鑰來生成MAC值。這意味著只有知道密鑰的人才能驗(yàn)證消息的完整性和真實(shí)性。常見的MAC算法包括HmacMD5、HmacSHA1等。這些算法結(jié)合了哈希函數(shù)和密鑰加密技術(shù)來提供更高的安全性。在Java中，可以使用javax.crypto.Mac類來實(shí)現(xiàn)MAC算法的計(jì)算和驗(yàn)證操作。你需要指定要使用的MAC算法、提供密鑰和消息數(shù)據(jù)，并調(diào)用相應(yīng)的方法來生成或驗(yàn)證MAC值。

3??加密算法的選擇

實(shí)際應(yīng)用中，選擇適合的加密算法非常重要。你需要根據(jù)具體的安全需求和性能要求來選擇合適的加密算法和密鑰管理方案。以下是一些建議：

對(duì)于需要加密大量數(shù)據(jù)且對(duì)性能要求較高的場景，可以選擇對(duì)稱加密算法(如AES)。對(duì)稱加密算法加密和解密速度快，適合處理大量數(shù)據(jù)。但是，需要注意密鑰的分發(fā)和管理問題，確保密鑰的安全性。

對(duì)于密鑰分發(fā)和管理較困難的場景，可以選擇非對(duì)稱加密算法(如RSA)。非對(duì)稱加密算法使用公鑰和私鑰進(jìn)行加密和解密操作，公鑰可以公開分發(fā)，私鑰由用戶自己保管。這樣可以降低密鑰泄露的風(fēng)險(xiǎn)。但是，非對(duì)稱加密算法加密和解密速度較慢，不適合處理大量數(shù)據(jù)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，通常將對(duì)稱加密算法和非對(duì)稱加密算法結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)更高的安全性和性能。例如，可以使用非對(duì)稱加密算法來加密對(duì)稱加密算法的密鑰(稱為會(huì)話密鑰)，然后使用對(duì)稱加密算法來加密實(shí)際的數(shù)據(jù)。這樣既可以利用對(duì)稱加密算法的高性能特點(diǎn)，又可以確保密鑰的安全性。

對(duì)于需要驗(yàn)證數(shù)據(jù)完整性和真實(shí)性的場景，可以選擇哈希算法或消息認(rèn)證碼(MAC)算法。哈希算法可以用于生成數(shù)據(jù)的數(shù)字指紋(哈希值)，用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性;MAC算法可以用于生成消息的認(rèn)證碼(MAC值)，用于驗(yàn)證消息的真實(shí)性和完整性。這些算法可以幫助你確保數(shù)據(jù)在傳輸和存儲(chǔ)過程中沒有被篡改或偽造。

在選擇加密算法時(shí)，還需要考慮算法的安全性、性能、兼容性等因素。應(yīng)選擇經(jīng)過廣泛驗(yàn)證和認(rèn)可的算法，并避免使用已經(jīng)被證明存在安全漏洞的算法(如MD5、SHA-1等)。同時(shí)，還需要關(guān)注加密算法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和可能的安全漏洞，以確保數(shù)據(jù)的安全性。

最后，需要注意的是，加密算法只是保障數(shù)據(jù)安全的一種手段之一。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要結(jié)合其他安全措施(如訪問控制、身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)備份等)來共同保障數(shù)據(jù)的安全性。

基本原理

3DES通過使用三個(gè)不同的密鑰(K1, K2, K3)進(jìn)行三次加密操作，或者在某些情況下，為了減少密鑰管理的復(fù)雜度，也可以使用兩個(gè)密鑰，其中一個(gè)密鑰被重復(fù)使用兩次(K1, K2=K1, K3)。它提供了兩種操作模式：

三密鑰模式(3-key，也稱作3TDEA)

加密過程：C = E(K3, D(K2, E(K1, P)))解密過程：P = D(K1, E(K2, D(K3, C)))在這種模式下，使用三個(gè)不同的密鑰，提供最大的安全性。

兩密鑰模式(2-key，也稱作2TDEA或EDE)

加密過程：C = E(K2, D(K1, E(K2, P))) 或 C = E(K1, D(K2, E(K1, P)))解密過程與加密過程相反，確保了加密和解密的可逆性。

在這種模式下，K1和K3是相同的，減少了密鑰管理負(fù)擔(dān)，但安全性略低于三密鑰模式。

密鑰長度

原始的DES算法使用56位密鑰，因此3DES在三密鑰模式下提供168位的密鑰長度，但實(shí)際上，由于密鑰之間存在一定的冗余，其有效密鑰長度為112位。在兩密鑰模式下，有效密鑰長度為112位，因?yàn)镵1和K3相同。

安全性與應(yīng)用

3DES最初設(shè)計(jì)來替代安全性受到質(zhì)疑的DES算法。在一段時(shí)間內(nèi)，3DES因其較高的安全性被廣泛應(yīng)用于金融行業(yè)、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。然而，隨著時(shí)間推移和技術(shù)進(jìn)步，特別是隨著AES(Advanced Encryption Standard)的出現(xiàn)，3DES由于其較慢的處理速度和逐漸降低的安全邊際(相比AES-256)，已被許多新系統(tǒng)棄用或計(jì)劃淘汰。

注意事項(xiàng)

性能: 由于執(zhí)行三次加密操作，3DES比單次DES或AES等算法在計(jì)算上更為耗時(shí)。

安全性: 盡管3DES在歷史上被認(rèn)為是安全的，但現(xiàn)代安全標(biāo)準(zhǔn)和建議已經(jīng)開始推薦使用AES等更現(xiàn)代、更快且更安全的算法。

合規(guī)性: 許多安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)已不再推薦或禁止使用3DES，特別是在需要高安全性的應(yīng)用場景中。

綜上所述，雖然3DES在過去是一種可靠的加密選擇，但考慮到當(dāng)前的安全標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算能力的發(fā)展，建議評(píng)估并轉(zhuǎn)向更先進(jìn)的加密算法，如AES。

0x02：AES

AES(Advanced Encryption Standard，高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn))是一種對(duì)稱加密算法，它被廣泛用于各種安全領(lǐng)域，包括網(wǎng)絡(luò)安全、文件加密、磁盤加密等。相比RSA這樣的非對(duì)稱加密算法，AES在加解密速度上有著顯著的優(yōu)勢，特別適合于大量數(shù)據(jù)的快速加密處理。AES的設(shè)計(jì)基于字節(jié)代換、行移位、列混淆和輪密鑰加等操作，其安全性依賴于密鑰長度和算法的復(fù)雜性。

AES的特點(diǎn)

安全性：AES支持128、192和256位密鑰長度，分別對(duì)應(yīng)AES-128、AES-192、AES-196，其中AES-256提供了最高級(jí)別的安全性。

塊大?。篈ES固定使用128位的數(shù)據(jù)塊大小進(jìn)行加密操作。

輪數(shù)：根據(jù)密鑰長度不同，AES的加密輪數(shù)也不同，AES-128有10輪，AES-192有12輪，AES-256有14輪。

對(duì)稱性：AES算法使用相同的密鑰進(jìn)行加密和解密，這要求密鑰在通信雙方之間安全地共享。

加密解密流程

AES加密和解密過程都包括幾個(gè)主要步驟，如AddRoundKey(輪密鑰加)、SubBytes(字節(jié)代換)、ShiftRows(行移位)、MixColumns(列混淆)。解密過程是加密過程的逆運(yùn)算，除了在某些步驟上的順序和操作略有不同(例如，MixColumns在解密時(shí)變?yōu)镮nvMixColumns)。