推薦對稱加密演算法

1. 安卓常見的一些加密（（對稱加密DES，AES），非對稱加密（RSA），MD5）

DES是一種對稱加密演算法，所謂對稱加密演算法即：加密和解密使用相同密鑰的演算法。DES加密演算法出自IBM的研究，
後來被美國政府正式採用，之後開始廣泛流傳，但是近些年使用越來越少，因為DES使用56位密鑰，以現代計算能力，
24小時內即可被破解

調用過程

最近做微信小程序獲取用戶綁定的手機號信息解密，試了很多方法。最終雖然沒有完全解決，但是也達到我的極限了。有時會報錯：javax.crypto.BadPaddingException: pad block corrupted。

出現錯誤的詳細描述
每次剛進入小程序登陸獲取手機號時，會出現第一次解密失敗，再試一次就成功的問題。如果連續登出，登入，就不會再出現揭秘失敗的問題。但是如果停止操作過一會，登出後登入，又會出現第一次揭秘失敗，再試一次就成功的問題。
網上說的，官方文檔上注意點我都排除了。獲取的加密密文是在前端調取wx.login（）方法後，調用我後端的微信授權介面，獲取用戶的sessionkey，openId.然後才是前端調用的獲取sessionkey加密的用戶手機號介面，所以我可以保證每次sessionkey是最新的。不會過期。
並且我通過日誌發現在sessionkey不變的情況下，第一次失敗，第二次解密成功。

加密演算法，RSA是繞不開的話題，因為RSA演算法是目前最流行的公開密鑰演算法，既能用於加密，也能用戶數字簽名。不僅在加密貨幣領域使用，在傳統互聯網領域的應用也很廣泛。從被提出到現在20多年，經歷了各種考驗，被普遍認為是目前最優秀的公鑰方案之一

非對稱加密演算法的特點就是加密秘鑰和解密秘鑰不同，秘鑰分為公鑰和私鑰，用私鑰加密的明文，只能用公鑰解密；用公鑰加密的明文，只能用私鑰解密。

一、 什麼是「素數」？
素數是這樣的整數，它除了能表示為它自己和1的乘積以外，不能表示為任何其它兩個整數的乘積
二、什麼是「互質數」（或「互素數」）？
小學數學教材對互質數是這樣定義的：「公約數只有1的兩個數，叫做互質數
（1）兩個質數一定是互質數。例如，2與7、13與19。
（2）一個質數如果不能整除另一個合數，這兩個數為互質數。例如，3與10、5與 26。
（3）1不是質數也不是合數，它和任何一個自然數在一起都是互質數。如1和9908。
（4）相鄰的兩個自然數是互質數。如 15與 16。
（5）相鄰的兩個奇數是互質數。如 49與 51。
（6）大數是質數的兩個數是互質數。如97與88。
（7）小數是質數，大數不是小數的倍數的兩個數是互質數。如 7和 16。
（8）兩個數都是合數（二數差又較大），小數所有的質因數，都不是大數的約數，這兩個數是互質數。如357與715，357=3×7×17，而3、7和17都不是715的約數，這兩個數為互質數。等等。
三、什麼是模指數運算？
指數運算誰都懂，不必說了，先說說模運算。模運算是整數運算，有一個整數m，以n為模做模運算，即m mod n。怎樣做呢？讓m去被n整除，只取所得的余數作為結果，就叫做模運算。例如，10 mod 3=1；26 mod 6=2；28 mod 2 =0等等。
模指數運算就是先做指數運算，取其結果再做模運算。如(5^3) mod 7 = (125 mod 7) = 6。

其中，符號^表示數學上的指數運算；mod表示模運算，即相除取余數。具體演算法步驟如下：
（1）選擇一對不同的、足夠大的素數p，q。
（2）計算n=p q。
（3）計算f(n)=(p-1) (q-1)，同時對p, q嚴加保密，不讓任何人知道。
（4）找一個與f(n)互質的數e作為公鑰指數，且1<e<f(n)。
（5）計算私鑰指數d，使得d滿足(d*e) mod f(n) = 1
（6）公鑰KU=(e,n)，私鑰KR=(d,n)。
（7）加密時，先將明文變換成0至n-1的一個整數M。若明文較長，可先分割成適當的組，然後再進行交換。設密文為C，則加密過程為：C=M^e mod n。
（8）解密過程為：M=C^d mod n。

在RSA密碼應用中，公鑰KU是被公開的，即e和n的數值可以被第三方竊聽者得到。破解RSA密碼的問題就是從已知的e和n的數值（n等於pq），想法求出d的數值，這樣就可以得到私鑰來破解密文。從上文中的公式：(d e) mod ((p-1) (q-1)) = 1，我們可以看出，密碼破解的實質問題是：從p q的數值，去求出(p-1)和(q-1)。換句話說，只要求出p和q的值，我們就能求出d的值而得到私鑰。
當p和q是一個大素數的時候，從它們的積p q去分解因子p和q，這是一個公認的數學難題。比如當p*q大到1024位時，迄今為止還沒有人能夠利用任何計算工具去完成分解因子的任務。因此，RSA從提出到現在已近二十年，經歷了各種攻擊的考驗，逐漸為人們接受，普遍認為是目前最優秀的公鑰方案之一。
缺點1：雖然RSA的安全性依賴於大數的因子分解，但並沒有從理論上證明破譯RSA的難度與大數分解難度等價。即RSA的重大缺陷是無法從理論上把握它的保密性能如何。

在android 開發的很多時候。為了保證用戶的賬戶的安全性，再保存用戶的密碼時，通常會採用MD5加密演算法，這種演算法是不可逆的，具有一定的安全性

MD5不是加密演算法， 因為如果目的是加密，必須滿足的一個條件是加密過後可以解密。但是MD5是無法從結果還原出原始數據的。

MD5隻是一種哈希演算法

2. 密碼學基礎（二）：對稱加密

加密和解密使用相同的秘鑰稱為對稱加密。

DES：已經淘汰
3DES：相對於DES有所加強，但是仍然存在較大風險
AES：全新的對稱加密演算法。

特點決定使用場景，對稱加密擁有如下特點：

速度快，可用於頻率很高的加密場景。

使用同一個秘鑰進行加密和解密。

可選按照128、192、256位為一組的加密方式，加密後的輸出值為所選分組位數的倍數。密鑰的長度不同，推薦加密輪數也不同，加密強度也更強。

例如：
AES加密結果的長度由原字元串長度決定：一個字元為1byte=4bit，一個字元串為n+1byte，因為最後一位為''，所以當字元串長度小於等於15時，AES128得到的16進制結果為32位，也就是32 4=128byte，當長度超過15時，就是64位為128 2byte。

因為對稱加密速度快的特點，對稱加密被廣泛運用在各種加密場所中。但是因為其需要傳遞秘鑰，一旦秘鑰被截獲或者泄露，其加密就會玩完全破解，所以AES一般和RSA一起使用。

因為RSA不用傳遞秘鑰，加密速度慢，所以一般使用RSA加密AES中鎖使用的秘鑰後，再傳遞秘鑰，保證秘鑰的安全。秘鑰安全傳遞成功後，一直使用AES對會話中的信息進行加密，以此來解決AES和RSA的缺點並完美發揮兩者的優點，其中相對經典的例子就是HTTPS加密，後文會專門研究。

本文針對ECB模式下的AES演算法進行大概講解，針對每一步的詳細演算法不再該文討論范圍內。

128位的明文被分成16個位元組的明文矩陣，然後將明文矩陣轉化成狀態矩陣，以「abcdefghijklmnop」的明文為例：

同樣的，128位密鑰被分成16組的狀態矩陣。與明文不同的是，密文會以列為單位，生成最初的4x8x4=128的秘鑰，也就是一個組中有4個元素，每個元素由每列中的4個秘鑰疊加而成，其中矩陣中的每個秘鑰為1個位元組也就是8位。

生成初始的w[0]、w[1]、w[2]、w[3]原始密鑰之後，通過密鑰編排函數，該密鑰矩陣被擴展成一個44個組成的序列W[0],W[1], … ,W[43]。該序列的前4個元素W[0],W[1],W[2],W[3]是原始密鑰，用於加密運算中的初始密鑰加，後面40個字分為10組，每組4個32位的欄位組成，總共為128位，分別用於10輪加密運算中的輪密鑰加密，如下圖所示：

之所以把這一步單獨提出來，是因為ECB和CBC模式中主要的區別就在這一步。

ECB模式中，初始秘鑰擴展後生成秘鑰組後(w0-w43)，明文根據當前輪數取出w[i,i+3]進行加密操作。

CBC模式中，則使用前一輪的密文(明文加密之後的值)和當前的明文進行異或操作之後再進行加密操作。如圖所示：

根據不同位數分組，官方推薦的加密輪數：

輪操作加密的第1輪到第9輪的輪函數一樣，包括4個操作：位元組代換、行位移、列混合和輪密鑰加。最後一輪迭代不執行列混合。

當第一組加密完成時，後面的組循環進行加密操作知道所有的組都完成加密操作。

一般會將結果轉化成base64位，此時在iOS中應該使用base64編碼的方式進行解碼操作，而不是UTF-8。

base64是一種編碼方式，常用語傳輸8bit位元組碼。其編碼原理如下所示：

將原數據按照3個位元組取為一組，即為3x8=24位

將3x8=24的數據分為4x6=24的數據，也就是分為了4組

將4個組中的數據分別在高位補上2個0，也就成了8x4=32，所以原數據增大了三分之一。

根據base64編碼表對數據進行轉換，如果要編碼的二進制數據不是3的倍數，最後會剩下1個或2個位元組怎麼辦，Base64用x00位元組在末尾補足後，再在編碼的末尾加上1個或2個=號，表示補了多少位元組，解碼的時候，會自動去掉。

舉個栗子：Man最後的結果就是TWFu。

計算機中所有的數據都是以0和1的二進制來存儲，而所有的文字都是通過ascii表轉化而來進而顯示成對應的語言。但是ascii表中存在許多不可見字元，這些不可見字元在數據傳輸時，有可能經過不同硬體上各種類型的路由，在轉義時容易發生錯誤，所以規定了64個可見字元（a-z、A-Z、0-9、+、/）,通過base64轉碼之後，所有的二進制數據都是可見的。

ECB和CBC是兩種加密工作模式。其相同點都是在開始輪加密之前，將明文和密文按照128/192/256進行分組。以128位為例，明文和密文都分為16組，每組1個位元組為8位。

ECB工作模式中，每一組的明文和密文相互獨立，每一組的明文通過對應該組的密文加密後生成密文，不影響其他組。

CBC工作模式中，後一組的明文在加密之前先使用前一組的密文進行異或運算後再和對應該組的密文進行加密操作生成密文。

為簡單的分組加密。將明文和密文分成若干組後，使用密文對明文進行加密生成密文
CBC

加密：

解密：

3. 對稱加密演算法的加密演算法主要有哪些

1、3DES演算法

3DES（即Triple DES）是DES向AES過渡的加密演算法（1999年，NIST將3-DES指定為過渡的加密標准），加密演算法，其具體實現如下：設Ek()和Dk()代表DES演算法的加密和解密過程，K代表DES演算法使用的密鑰，M代表明文，C代表密文，這樣：

3DES加密過程為：C=Ek3(Dk2(Ek1(M)))

3DES解密過程為：M=Dk1(EK2(Dk3(C)))

2、Blowfish演算法

BlowFish演算法用來加密64Bit長度的字元串。

BlowFish演算法使用兩個「盒」——unsignedlongpbox[18]和unsignedlongsbox[4,256]。

BlowFish演算法中，有一個核心加密函數:BF_En(後文詳細介紹）。該函數輸入64位信息，運算後，以64位密文的形式輸出。用BlowFish演算法加密信息，需要兩個過程：密鑰預處理和信息加密。

分別說明如下：

密鑰預處理：

BlowFish演算法的源密鑰——pbox和sbox是固定的。我們要加密一個信息，需要自己選擇一個key，用這個key對pbox和sbox進行變換，得到下一步信息加密所要用的key_pbox和key_sbox。具體的變化演算法如下：

1)用sbox填充key_sbox

2)用自己選擇的key8個一組地去異或pbox，用異或的結果填充key_pbox。key可以循環使用。

比如說：選的key是"abcdefghijklmn"。則異或過程為：

key_pbox[0]=pbox[0]abcdefgh；

key_pbox[1]=pbox[1]ijklmnab；

…………

…………

如此循環，直到key_pbox填充完畢。

3)用BF_En加密一個全0的64位信息，用輸出的結果替換key_pbox[0]和key_pbox[1],i=0；

4)用BF_En加密替換後的key_pbox,key_pbox[i+1]，用輸出替代key_pbox[i+2]和key_pbox[i+3]；

5)i+2，繼續第4步，直到key_pbox全部被替換；

6)用key_pbox[16]和key_pbox[17]做首次輸入（相當於上面的全0的輸入），用類似的方法，替換key_sbox信息加密。

信息加密就是用函數把待加密信息x分成32位的兩部分:xL,xRBF_En對輸入信息進行變換。

3、RC5演算法

RC5是種比較新的演算法，Rivest設計了RC5的一種特殊的實現方式，因此RC5演算法有一個面向字的結構：RC5-w/r/b，這里w是字長其值可以是16、32或64對於不同的字長明文和密文塊的分組長度為2w位，r是加密輪數，b是密鑰位元組長度。

(3)推薦對稱加密演算法擴展閱讀：

普遍而言，有3個獨立密鑰的3DES（密鑰選項1）的密鑰長度為168位（三個56位的DES密鑰），但由於中途相遇攻擊，它的有效安全性僅為112位。密鑰選項2將密鑰長度縮短到了112位，但該選項對特定的選擇明文攻擊和已知明文攻擊的強度較弱，因此NIST認定它只有80位的安全性。

對密鑰選項1的已知最佳攻擊需要約2組已知明文，2部，2次DES加密以及2位內存（該論文提到了時間和內存的其它分配方案）。

這在現在是不現實的，因此NIST認為密鑰選項1可以使用到2030年。若攻擊者試圖在一些可能的（而不是全部的）密鑰中找到正確的，有一種在內存效率上較高的攻擊方法可以用每個密鑰對應的少數選擇明文和約2次加密操作找到2個目標密鑰中的一個。

4. 簡述加密技術的基本原理，並指出有哪些常用的加密體制及其代表演算法

1、對稱加密演算法
對稱加密演算法用來對敏感數據等信息進行加密，常用的演算法包括：
DES（Data Encryption Standard）：數據加密標准，速度較快，適用於加密大量數據的場合。
3DES（Triple DES）：是基於DES，對一塊數據用三個不同的密鑰進行三次加密，強度更高。
AES（Advanced Encryption Standard）：高級加密標准，是下一代的加密演算法標准，速度快，安全級別高；
演算法原理
AES 演算法基於排列和置換運算。排列是對數據重新進行安排，置換是將一個數據單元替換為另一個。AES 使用幾種不同的方法來執行排列和置換運算。
2、非對稱演算法
常見的非對稱加密演算法如下：
RSA：由 RSA 公司發明，是一個支持變長密鑰的公共密鑰演算法，需要加密的文件塊的長度也是可變的；
DSA（Digital Signature Algorithm）：數字簽名演算法，是一種標準的 DSS（數字簽名標准）；
ECC（Elliptic Curves Cryptography）：橢圓曲線密碼編碼學。
演算法原理——橢圓曲線上的難題
橢圓曲線上離散對數問題ECDLP定義如下：給定素數p和橢圓曲線E，對Q＝kP，在已知P，Q 的情況下求出小於p的正整數k。可以證明由k和P計算Q比較容易，而由Q和P計算k則比較困難。
將橢圓曲線中的加法運算與離散對數中的模乘運算相對應，將橢圓曲線中的乘法運算與離散對數中的模冪運算相對應，我們就可以建立基於橢圓曲線的對應的密碼體制。

5. 屬於對稱加密演算法的有哪些

主要有DES演算法，3DES演算法，TDEA演算法，Blowfish演算法，RC5演算法，IDEA演算法。

對稱加密演算法的特點是演算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。優點在於加解密的高速度和使用長密鑰時的難破解性，缺點是交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。

對稱演算法的安全性依賴於密鑰，泄漏密鑰就意味著任何人都可以對他們發送或接收的消息解密，所以密鑰的保密性對通信的安全性至關重要。

(5)推薦對稱加密演算法擴展閱讀

常見的加密演算法

DES演算法是密碼體制中的對稱密碼體制，把64位的明文輸入塊變為64位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是64位。

3DES是基於DES的對稱演算法，對一塊數據用三個不同的密鑰進行三次加密，強度更高。

RC2和RC4是對稱演算法，用變長密鑰對大量數據進行加密，比DES快。

IDEA演算法是在DES演算法的基礎上發展出來的，是作為迭代的分組密碼實現的，使用128位的密鑰和8個循環。

RSA是由RSA公司發明，是一個支持變長密鑰的公共密鑰演算法，需要加密的文件塊的長度也是可變的，非對稱演算法。

DSA，即數字簽名演算法，是一種標準的 DSS（數字簽名標准），嚴格來說不算加密演算法。

AES是高級加密標准對稱演算法，是下一代的加密演算法標准，速度快，安全級別高，在21世紀AES 標準的一個實現是 Rijndael演算法。

Blowfish演算法是一個64位分組及可變密鑰長度的對稱密鑰分組密碼演算法，可用來加密64比特長度的字元串。

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