常用密码技术-对称加密

先上一张图，后续讲解

对称加密

"对称加密: 也称为对称密码, 是指在加密和解码时使用同一秘钥的加密方式

DES

DES是一种将64比特的明文加密成64比特的密文的对称密码算法， 它的密钥长度是56比特 。尽管从规格上来说，DES的密钥长度是64比特，但由于每隔7比特会设置一个用于错误检查的比特，因此实质上其密钥长度是56比特。
DES是以64比特的明文（比特序列）为一个单位来进行加密的，这个64比特的单位称为分组。一般来说，以分组为单位进行处理的密码算法称为分组密码（blockcipher），DES就是分组密码的一种。
DES每次只能加密64比特的数据，如果要加密的明文比较长，就需要对DES加密进行迭代（反复），而迭代的具体方式就称为模式（mode）。

DES加密图例

3DES

三重DES（triple-DES）是为了增加DES的强度， 将DES重复3次所得到的一种密码算法 ，通常缩写为3DES。
三重DES的加解密机制如图所示：

三重DES并不是进行三次DES加密（加密-->加密-->加密），而是加密-->解密-->加密的过程。解密反之。

AES

AES（Advanced Encryption Standard）是取代其前任标准（DES）而成为新标准的一种对称密码算法。全世界的企业和密码学家提交了多个对称密码算法作为AES的候选，最终在2000年从这些候选算法中选出了一种名为Rijndael 的对称密码算法，并将其确定为了AES。 Rijndael是由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen设汁的分组密码算法，今后会有越来越多的密码软件支持这种算法。
Rijndael的分组长度为128比特 ，密钥长度可以以32比特为单位在128比特到256比特的范围内进行选择（不过在AES的规格中，密钥长度只有128、192和256比特三种 ）。
加密图示
解密图示

应选择哪种对称加密

前面我们介绍了DES、三重DES和AES等对称密码，那么我们到底应该使用哪一种对称密码算法呢？

1. 今后最好不要将DES用于新的用途，因为随着计算机技术的进步，现在用暴力破解法已经能够在现实的时
   间内完成对DES的破译。但是，在某些情况下也需要保持与旧版本软件的兼容性。
2. 出于兼容性的因素三重DES在今后还会使用一段时间，但会逐渐被AES所取代。
3. 今后大家应该使用的算法是AES（Rijndael），因为它安全、快速，而且能够在各种平台上工作。此外，
   由于全世界的密码学家都在对AES进行不断的验证，因此即便万一发现它有什么缺陷，也会立刻告知全世
   界并修复这些缺陷。
   一般来说，我们不应该使用任何自制的密码算法，而是应该使用AES。因为AES在其选定过程中，经过了全世界
   密码学家所进行的高品质的验证工作，而对于自制的密码算法则很难进行这样的验证。

分组密码的模

分组密码

分组密码（blockcipher）是每次只能处理特定长度的一块数据的一类密码算法，这里的一块"就称为分组（block）。此外，一个分组的比特数就称为分组长度（blocklength）。
例如，DES和三重DES的分组长度都是64比特。这些密码算法一次只能加密64比特的明文．并生成64比特的密文。
AES的分组长度可以从128比特、192比特和256比特中进行选择。当选择128比特的分组长度时，AES一次可加密128比特的明文，并生成128比特的密文。

模式

• ECB模式：Electronic Code Book mode（电子密码本模式）
• CBC模式：Cipher Block Chaining mode（密码分组链接模式）
• CFB模式：Cipher FeedBack mode（密文反馈模式）
• OFB模式：Output FeedBack mode（输出反馈模式）
• CTR模式：CounTeR mode（计数器模式）

明文分组和密文分组

明文分组: 是指分组密码算法中作为加密对象的明文。明文分组的长度与分组密码算法的分组长度是相等的。
密文分组:是指使用分组密码算法将明文分组加密之后所生成的密文。

EBC模式

ECB(Electronic Code Book, 电子密码本)模式是最简单的加密模式，明文消息被分成固定大小的块（分组），并且每个块被单独加密。每个块的加密和解密都是独立的，且使用相同的方法进行加密，所以可以进行并行计算，但是这种方法一旦有一个块被破解，使用相同的方法可以解密所有的明文数据，安全性比较差。 适用于数据较少的情形，加密前需要把明文数据填充到块大小的整倍数。

CBC模式

• 先了解下XOR

为了让大家理解比特序列运算的概念，我们来介绍一下XOR运算。XOR的全称是exclusive or，在中文里叫作异或。尽管名字看起来很复杂，但这种运算本身一点都不难。

先看1个比特之间的XOR运算

通过上述场景，大家应该能够理解这样一个规律，即两个相同的数进行XOR运算的结果一定为0。

长比特序列之间的运算

由于两个相同的数进行XOR运算的结果一定为0，因此如果将A⊕B的结果再与B进行XOR运算，则结果会变回A。也就是说，两个公式中的B会相互抵消。

CBC(Cipher Block Chaining, 密码块链)模式中每一个分组要先和前一个分组加密后的数据进行XOR异或操作，然后再进行加密。 这样每个密文块依赖该块之前的所有明文块，为了保持每条消息都具有唯一性，第一个数据块进行加密之前需要用初始化向量IV进行异或操作。 CBC模式是一种最常用的加密模式，它主要缺点是加密是连续的，不能并行处理，并且与ECB一样消息块必须填充到块大小的整倍数。

CFB模式

CFB模式的全称是Cipher FeedBack模式（密文反馈模式）。在CFB模式中，前一个分组的密文加密后和当前分组的明文XOR异或操作生成当前分组的密文。
所谓反馈，这里指的就是返回输人端的意思，即前一个密文分组会被送回到密码算法的输入端。
CFB模式的解密和CBC模式的加密在流程上其实是非常相似的。

OFB 模式

OFB式的全称是Output-Feedback模式（输出反馈模式）。在OFB模式中，密码算法的输出会反馈到密码算法的输入中， 即上一个分组密码算法的输出是当前分组密码算法的输入（下图）。
OFB模式并不是通过密码算法对明文直接进行加密的，而是通过将 “明文分组" 和 “密码算法的输出” 进行XOR来
产生 “密文分组” 的，在这一点上OFB模式和CFB模式非常相似。

CFB模式和OFB模式对比
OFB模式和CFB模式的区别仅仅在于密码算法的输入。
CFB式中，密码算法的输人是前一个密文分组，也就是将密文分组反馈到密算法中，因此就有了“密文反馈模式”这个名字。
相对地，OFB模式中，密码算法的输入则是密码算法的前一个输出，也就是将输出反馈给密码算法，因此就有了“输出反馈模式"这个名字。
如果将一个分组抽出来对CFB模式和OFB模式进行一个对比．就可以很容易看出它们之间的差异（下图）。

CTR 模式

CTR模式的全称是CounTeR模式（计数器模式）。CTR摸式是一种通过将逐次累加的计数器进行加密来生成密钥流的流密码（下图）。
CTR模式中，每个分组对应一个逐次累加的计数器，并通过对计数器进行加密来生成密钥流。也就是说，最终的密文分组是通过将计数器加密得到的比特序列，与明文分组进行XOR而得到的

CTR模式的特点

CTR模式的加密和解密使用了完全相同的结构，因此在程序实现上比较容易。这一特点和同为流密码的OFB模式是一样的。
此外，CTR模式中可以以任意顺序对分组进行加密和解密，因此在加密和解密时需要用到的“计数器"的值可以由nonce和分组序号直接计算出来。这一性质是OFB模式所不具备的。
能够以任意顺序处理分组，就意味着能够实现并行计算。在支持并行计算的系统中，CTR模式的速度是非常快的。

总结