加密算法之安全hash算法、RSA非对称加密算法分析_rsa hash

作者：天景科技苑 | 2024-07-22 23:02:32

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rsa hash

前言

数据加密的基本过程就是对原来为明文的文件或数据按某种算法进行处理，使其成为不可读的一段代码为“密文”，使其只能在输入相应的密钥之后才能显示出原容，本篇会介绍各种加密算法。

加密介绍

第一类（SHA算法）：根据明文签名进行加密得到密文，而密文不能被反推出来，而这种在银行用得很多，例如下图

SHA hash独有得算法，算法可以有多种，根据每个人来算出来

第二类（DES AES）：明文得到密文，通过密文；然后服务端得到密文进行反推出来，一把钥匙

第三类(RSA)：叫做RSA算法加密，公钥和私钥，例如git等等得应用；一把锁，但有两把钥匙可以上锁，一种钥匙可以上锁也可以打开这叫私钥，另一种只能上锁，不能打开叫做公钥，所有得网络公司都用这种

SHA算法

是一个密码散列函数家族，是FIPS所认证的安全散列算法。能计算出一个数字消息所对应到的，长度固定的字符串（又称消息摘要）的算法。且若输入的消息不同，它们对应到不同字符串的机率很高。

注意

只要是哈希函数，就存在碰撞，所谓碰撞的意思是，有两个不同的数据，他们的哈希值相同（SHA1值相同）但是很少得，达到千万分之一

实现方式

以“abc”字符串来说明问题，因为 'a'=97 'b'=98 'c'=99 所以将其转换为位串后为：01100001 01100010 01100011；
对转换后的位字符串进行补位操作

Sha-1算法标准规定，必须对消息摘要进行补位操作，即将输入的数据进行填充，使得数据长度对512求余的结果为448 ，填充比特位的最高位补一个1，其余的位补0，如果在补位之前已经满足对512取模余数为448，也要进行补位，在其后补一位1即可。总之，补位是至少补一位，最多补512位，我们依然以“abc”为例，其补位过程如下：
初始的信息摘要：01100001 01100010 01100011
第一步补位： 01100001 01100010 01100011 1
..... ......
补位最后一位： 01100001 01100010 01100011 10.......0(后面补了423个0)
而后我们将补位操作后的信息摘要转换为十六进制，如下所示：
61626380 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000

附加长度值，后面存放字符长度一旦超过长度，则分为几块进行加密

在信息摘要后面附加64bit的信息，用来表示原始信息摘要的长度，在这步操作之后，信息报文便是512bit的倍数。通常来说用一个64位的数据表示原始消息的长度，如果消息长度不大于2^64，那么前32bit就为0，在进行附加长度值操作后，其“abc”数据报文即变成如下形式：
61626380 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000018
因为“abc”占3个字节，即24位，换算为十六进制即为0x18，

初始化缓存，采用大端存储模式

一个160位MD缓冲区用以保存中间和最终散列函数的结果。它可以表示为5个32位的寄存器(H0,H1,H2,H3,H4)。初始化为：
H0 = 0x67452301
H1 = 0xEFCDAB89
H2 = 0x98BADCFE
H3 = 0x10325476
H4 = 0xC3D2E1F0
大端存储模式：高位数据放在低地址，低位数据放在高地址

计算消息摘要（密文）

S函数
循环左移操作符Sn(x),x是一个字，也就是32bit大小的变量，n是一个整数且0<=n<=32。Sn(X) = (X<<n)OR(X>>32-n)
常量字k(0)、k(1)、...k(79)
Kt = 0x5A827999 (0 <= t <= 19)
Kt = 0x6ED9EBA1 (20 <= t <= 39)
Kt = 0x8F1BBCDC (40 <= t <= 59)
Kt = 0xCA62C1D6 (60 <= t <= 79)
非线性函数
所要用到的一系列函数
Ft(b,c,d) ((b&c)|((~b)&d)) (0 <= t <= 19)
Ft(b,c,d) (b^c^d) (20 <= t <= 39)
Ft(b,c,d) ((b&c)|(b&d)|(c&d)) (40 <= t <= 59)
Ft(b,c,d) (b^c^d) (60 <= t <= 79)
根据结果无法反推
开始计算摘要
计算需要一个缓冲区，由5个32位的字组成，还需要一个80个32位字的缓冲区。第一个5个字的缓冲区被标识为A，B，C，D，E。80个字的缓冲区被标识为W0, W1,..., W79
另外还需要一个一个字的TEMP缓冲区。
为了产生消息摘要，在补好位的数据中前16个字的数据块M1, M2,..., Mn
会依次进行处理，处理每个数据块Mi 包含80个步骤。
现在开始处理M1, M2, ... , Mn。为了处理 Mi,需要进行下面的步骤
(1). 将 Mi 分成 16 个字 W0, W1, ... , W15, W0 是最左边的字
(2). 对于 t = 16 到 79 令 Wt = S1(Wt-3 XOR Wt-8 XOR Wt- 14 XOR Wt-16).
(3). 令 A = H0, B = H1, C = H2, D = H3, E = H4.
(4) 对于 t = 0 到 79，执行下面的循环
TEMP = S5(A) + ft(B,C,D) + E + Wt + Kt;
E = D; D = C; C = S30(B); B = A; A = TEMP;
(5). 令 H0 = H0 + A, H1 = H1 + B, H2 = H2 + C, H3 = H3 + D, H4 = H4 + E.
在处理完所有的 Mn, 后，消息摘要是一个160位的字符串，以下面的顺序标识
H0 H1 H2 H3 H4.

进行循环位数；

不断得变加工，计算，最后得到得摘要就为千万分之一，并且不是线性得。散列函数，不断调用得。

RSA非对称加密算法

什么是RSA公钥加密算法

RSA公钥加密算法是1977年由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。1987年7月首次在美国公布，当他们三人都在美国麻省理工学院工作实习，RSA就是他们三人姓氏得开头字母一起拼在一起得。

RSA是目前最有影响力和最常用得公钥加密算法，他能够抵抗到目前为止已知得绝大数密码攻击，已被iso推荐为公钥数据加密的标准。

今天只有短的RSA钥匙才可能被强力方式解破。到2008年为止，世界上还没有任何可靠的攻击RSA算法的方式。只要其钥匙的长度足够长，用RSA加密的信息实际上是不能被解破的。
但在分布式计算和量子计算机理论日趋成熟的今天，RSA加密安全性受到了挑战和质疑。

算法思想

1970年以前，密码学一直使用的是对称密钥，如果一个人需要和多人分享信息，比如银行需要存放所有人的密码，来进行信息交换，必然需要管理所有的密钥，能否有一种更简单的方法

1970年一个英国工程师和数学家James H.Ellis 在研究一个非秘密的加密想法,基于一个简单又聪明的想法，上锁和解锁是相反的操作
他可以把锁打开，交给对方后，由对方上好锁，再还给他，由他自己开锁
这样他可以大量发出他的信息，而只需要保留单个钥匙
当然他给出了工作原理，但不知如何用数学方法解决也就是