desecb加密

1. 在DES加密里邊，ECB和CBC有什麼區別

一、優點不同:

ECB模式

1、簡單；

2、有利於並行計算；

3、誤差不會被傳送；

CBC模式：

1、不容易主動攻擊,安全性好於ECB,適合傳輸長度長的報文,是SSL、IPSec的標准。

二、缺點不同:

ECB模式

1、不能隱藏明文的模式；

2、可能對明文進行主動攻擊；

CBC模式：

1、不利於並行計算；

2、誤差傳遞；

3、需要初始化向量IV

三、概念不同

1、ECB模式又稱電子密碼本模式：Electronic codebook，是最簡單的塊密碼加密模式，加密前根據加密塊大小（如AES為128位）分成若干塊，之後將每塊使用相同的密鑰單獨加密，解密同理。

2、密碼分組鏈接（CBC，Cipher-block chaining）模式，由IBM於1976年發明，每個明文塊先與前一個密文塊進行異或後，再進行加密。在這種方法中，每個密文塊都依賴於它前面的所有明文塊。同時，為了保證每條消息的唯一性，在第一個塊中需要使用初始化向量IV。

(1)desecb加密擴展閱讀：

1976年，IBM發明了密碼分組鏈接（CBC，Cipher-block chaining）模式。在CBC模式中，每個明文塊先與前一個密文塊進行異或後，再進行加密。在這種方法中，每個密文塊都依賴於它前面的所有明文塊。同時，為了保證每條消息的唯一性，在第一個塊中需要使用初始化向量。

若第一個塊的下標為1，則CBC模式的加密過程為：

Ci = Ek (P ⊕ Ci-1), C0 = IV.

而其解密過程則為：

Pi = Dk (Ci) ⊕Ci-1, C0 = IV.

CBC是最為常用的工作模式。它的主要缺點在於加密過程是串列的，無法被並行化，而且消息必須被填充到塊大小的整數倍。解決後一個問題的一種方法是利用密文竊取。

注意在加密時，明文中的微小改變會導致其後的全部密文塊發生改變，而在解密時，從兩個鄰接的密文塊中即可得到一個明文塊。因此，解密過程可以被並行化，而解密時，密文中一位的改變只會導致其對應的明文塊完全改變和下一個明文塊中對應位發生改變，不會影響到其它明文的內容。

2. DES加密解密結果為何不一致

將明文分成n個64比特分組，如果明文長度不是64比特的倍數，則在明文末尾填充適當數目的規定符號。對明文組用給定的密鑰分別進行加密，行密文C=(C0,C1,……,Cn-1)其中Ci=DES(K,xi),i=0,1,…..,n-1。第二種密文分組鏈接方式（CBC） 在CBC方式下，每個明文組xi在加密前與先一組密文按位模二加後，再送到DES加密，CBC方式克服了ECB方式報內組重的缺點，但由於明文組加密前與一組密文有關，因此前一組密文的錯誤會傳播到下一組。 第三種密文反饋方式（CFB），可用於序列密碼 明文X＝(x0,x1,……,xn-1)，其中xi由t個比特組成0 第四種輸出反饋方式（OFB），可用於序列密碼 與CFB唯一不同的是OFB是直接取DES輸出的t個比特，而不是取密文的t個比特，其餘都與CFB相同。但它取的是DES的輸出，所以它克服了CFB的密文錯誤傳播的缺點

3. 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：

4. 常用的非對稱密鑰密碼演算法包括des

DES全稱為DataEncryptionStandard，即數據加密標准。
是一種使用密鑰加密的塊演算法，1977年被美國聯邦政府的國家標准局確定為聯邦資料處理標准（FIPS），並授權在非密級政府通信中使用，隨後該演算法在國際上廣泛流傳開來。
DES是對稱性加密里常見的一種，是一種使用秘鑰加密的塊演算法。秘鑰長度是64位（bit），超過位數秘鑰被忽略。所謂對稱性加密，加密和解密秘鑰相同。
對稱性加密一般會按照固定長度，把待加密字元串分成塊。不足一整塊或者剛好最後有特殊填充字元。
常見的填充有：'pkcs5'、'pkcs7'、'iso10126'、'ansix923'、'zero'類型，包括DES-ECB、DES-CBC、DES-CTR、DES-OFB、DES-CFB。

5. 對稱加密演算法以及使用方法

加密的原因：保證數據安全

加密必備要素：1、明文/密文    2、秘鑰    3、演算法

秘鑰：在密碼學中是一個定長的字元串、需要根據加密演算法確定其長度

加密演算法解密演算法一般互逆、也可能相同

常用的兩種加密方式：

對稱加密：秘鑰：加密解密使用同一個密鑰、數據的機密性雙向保證、加密效率高、適合加密於大數據大文件、加密強度不高(相對於非對稱加密)

非對稱加密：秘鑰：加密解密使用的不同秘鑰、有兩個密鑰、需要使用密鑰生成演算法生成兩個秘鑰、數據的機密性只能單向加密、如果想解決這個問題、雙向都需要各自有一對秘鑰、加密效率低、加密強度高

                    公鑰：可以公開出來的密鑰、公鑰加密私鑰解密

                    私鑰：需要自己妥善保管、不能公開、私鑰加密公鑰解密

安全程度高：多次加密

按位異或運算

凱撒密碼：加密方式    通過將銘文所使用的字母表按照一定的字數平移來進行加密

mod：取余

加密三要素：明文/密文(字母)、秘鑰(3)、演算法(向右平移3/-3)

安全常識：不要使用自己研發的演算法、不要鑽牛角尖、沒必要研究底層實現、了解怎麼應用；低強度的密碼比不進行任何加密更危險；任何密碼都會被破解；密碼只是信息安全的一部分

保證數據的機密性、完整性、認證、不可否認性

計算機操作對象不是文字、而是由0或1排列而成的比特序列、程序存儲在磁碟是二進制的字元串、為比特序列、將現實的東西映射為比特序列的操作稱為編碼、加密又稱之為編碼、解密稱之為解碼、根據ASCII對照表找到對應的數字、轉換成二進制

三種對稱加密演算法：DES\3DES\ AES  

DES：已經被破解、除了用它來解密以前的明文、不再使用

密鑰長度為56bit/8、為7byte、每隔7個bit會設置一個用於錯誤檢查的比特、因此實際上是64bit

分組密碼(以組為單位進行處理)：加密時是按照一個單位進行加密(8個位元組/64bit為一組)、每一組結合秘鑰通過加密演算法得到密文、加密後的長度不變

3DES:三重DES為了增加DES的強度、將DES重復三次所得到的一種加密演算法   密鑰長度24byte、分成三份  加密--解密--加密 目的：為了兼容DES、秘鑰1秘鑰2相同==三個秘鑰相同  ---加密一次        密鑰1秘鑰3相同--加密三次    三個密鑰不相同最好、此時解密相當於加密、中間的一次解密是為了有三個密鑰相同的情況

此時的解密操作與加密操作互逆，安全、效率低

數據先解密後加密可以么？可以、解密相當於加密、加密解密說的是演算法

AES：(首選推薦)底層演算法為Rijndael   分組長度為128bit、密鑰長度為128bit到256bit范圍內就可以   但是在AES中、密鑰長度只有128bit\192bit\256bit     在go提供的介面中、只能是16位元組(128bit)、其他語言中秘鑰可以選擇

目前為止最安全的、效率高

底層演算法

分組密碼的模式：

按位異或、對數據進行位運算、先將數據轉換成二進制、按位異或操作符^、相同為真、不同為假、非0為假    按位異或一次為加密操作、按位異或兩次為解密操作：a和b按位異或一次、結果再和b按位異或

ECB : 如果明文有規律、加密後的密文有規律不安全、go里不提供該介面、明文分組分成固定大小的塊、如果最後一個分組不滿足分組長度、則需要補位

CBC：密碼鏈

問題：如何對字元串進行按位異或？解決了ECB的規律可查缺點、但是他不能並行處理、最後一個明文分組也需要填充 、初始化向量長度與分組長度相同

CFB:密文反饋模式

不需要填充最後一個分組、對密文進行加密

OFB：

不需要對最後一組進行填充

CTR計數器:

不需要對最後一組進行填充、不需要初始化向量     

Go中的實現

官方文檔中：

在創建aes或者是des介面時都是調用如下的方法、返回的block為一個介面

func NewCipher(key [] byte ) ( cipher . Block , error )

type Block interface {

    // 返回加密位元組塊的大小

    BlockSize() int

    // 加密src的第一塊數據並寫入dst，src和dst可指向同一內存地址

    Encrypt(dst, src []byte)

    // 解密src的第一塊數據並寫入dst，src和dst可指向同一內存地址

    Decrypt(dst, src []byte)

}

Block介面代表一個使用特定密鑰的底層塊加/解密器。它提供了加密和解密獨立數據塊的能力。

Block的Encrypt/Decrypt也能進行加密、但是只能加密第一組、因為aes的密鑰長度為16、所以進行操作的第一組數據長度也是16

如果分組模式選擇的是cbc

func NewCBCEncrypter(b Block, iv []byte) BlockMode    加密

func NewCBCDecrypter(b Block, iv []byte) BlockMode    解密

加密解密都調用同一個方法CryptBlocks()

並且cbc分組模式都會遇到明文最後一個分組的補充、所以會用到加密位元組的大小

返回一個密碼分組鏈接模式的、底層用b加密的BlockMode介面，初始向量iv的長度必須等於b的塊尺寸。iv自己定義

返回的BlockMode同樣也是一個介面類型

type BlockMode interface {

    // 返回加密位元組塊的大小

    BlockSize() int

    // 加密或解密連續的數據塊，src的尺寸必須是塊大小的整數倍，src和dst可指向同一內存地址

    CryptBlocks(dst, src []byte)

}

BlockMode介面代表一個工作在塊模式（如CBC、ECB等）的加/解密器

返回的BlockMode其實是一個cbc的指針類型中的b和iv

# 加密流程: 

1. 創建一個底層使用des/3des/aes的密碼介面 "crypto/des" func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # -- des func NewTripleDESCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # -- 3des "crypto/aes" func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # == aes 

2. 如果使用的是cbc/ecb分組模式需要對明文分組進行填充

3. 創建一個密碼分組模式的介面對象 - cbc func NewCBCEncrypter(b Block, iv []byte) BlockMode # 加密 - cfb func NewCFBEncrypter(block Block, iv []byte) Stream # 加密 - ofb - ctr

 4. 加密, 得到密文

流程：

填充明文：

先求出最後一組中的位元組數、創建新切片、長度為新切片、值也為切片的長度、然後利用bytes.Reapet將長度換成位元組切片、追加到原明文中

//明文補充

func padPlaintText(plaintText []byte,blockSize int)[]byte{

    //1、求出需要填充的個數

    padNum := blockSize-len(plaintText) % blockSize

    //2、對填充的個數進行操作、與原明文進行合並

    newPadding := []byte{byte(padNum)}

    newPlain := bytes.Repeat(newPadding,padNum)

    plaintText = append(plaintText,newPlain...)

    return plaintText

}

去掉填充數據：

拿去切片中的最後一個位元組、得到尾部填充的位元組個數、截取返回

//解密後的明文曲調補充的地方

func createPlaintText(plaintText []byte,blockSize int)[]byte{

    //1、得到最後一個位元組、並將位元組轉換成數字、去掉明文中此數字大小的位元組

    padNum := int(plaintText[len(plaintText)-1])

    newPadding := plaintText[:len(plaintText)-padNum]

    return newPadding

}

des加密：

1、創建一個底層使用des的密碼介面、參數為秘鑰、返回一個介面

2、對明文進行填充

3、創建一個cbc模式的介面、需要創建iv初始化向量、返回一個blockmode對象

4、加密、調用blockmode中的cryptBlock函數進行加密、參數為目標參數和源參數

//des利用分組模式cbc進行加密

func EncryptoText(plaintText []byte,key []byte)[]byte{

    //1、創建des對象

    cipherBlock,err := des.NewCipher(key)

    if err != nil {

        panic(err)

    }

    //2、對明文進行填充

    newText := padPlaintText(plaintText,cipherBlock.BlockSize())

    //3、選擇分組模式、其中向量的長度必須與分組長度相同

    iv := make([]byte,cipherBlock.BlockSize())

    blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(cipherBlock,iv)

    //4、加密

    blockMode.CryptBlocks(newText,newText)

    return newText

}

des解密：

1、創建一個底層使用des的密碼介面、參數為秘鑰、返回一個介面

2、創建一個cbc模式的介面、需要創建iv初始化向量，返回一個blockmode對象

3、加密、調用blockmode中的cryptBlock函數進行解密、參數為目標參數和源參數

4、調用去掉填充數據的方法

//des利用分組模式cbc進行解密

func DecryptoText(cipherText []byte, key []byte)[]byte{

    //1、創建des對象

    cipherBlock,err := des.NewCipher(key)

    if err != nil {

        panic(err)

    }

    //2、創建cbc分組模式介面

    iv := []byte("12345678")

    blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(cipherBlock,iv)

    //3、解密

    blockMode.CryptBlocks(cipherText,cipherText)

    //4、將解密後的數據進行去除填充的數據

    newText := clearPlaintText(cipherText,cipherBlock.BlockSize())

    return newText

}

Main函數調用

func main(){

    //需要進行加密的明文

    plaintText := []byte("CBC--密文沒有規律、經常使用的加密方式，最後一個分組需要填充，需要初始化向量" +

        "(一個數組、數組的長度與明文分組相等、數據來源:負責加密的人提供，加解密使用的初始化向量必須相同)")

    //密鑰Key的長度需要與分組長度相同、且加密解密的密鑰相同

    key := []byte("1234abcd")

    //調用加密函數

    cipherText := EncryptoText(plaintText,key)

    newPlaintText := DecryptoText(cipherText,key)

    fmt.Println(string(newPlaintText))

}

AES加密解密相同、所以只需要調用一次方法就可以加密、調用兩次則解密

推薦是用分組模式：cbc、ctr

aes利用分組模式cbc進行加密

//對明文進行補充

func paddingPlaintText(plaintText []byte , blockSize int ) []byte {

    //1、求出分組余數

    padNum := blockSize - len(plaintText) % blockSize

    //2、將余數轉換為位元組切片、然後利用bytes.Repeat得出有該余數的大小的位元組切片

    padByte := bytes.Repeat([]byte{byte(padNum)},padNum)

    //3、將補充的位元組切片添加到原明文中

    plaintText = append(plaintText,padByte...)

    return plaintText

}

//aes加密

func encryptionText(plaintText []byte, key []byte) []byte {

    //1、創建aes對象

    block,err := aes.NewCipher(key)

    if err != nil {

        panic(err)

    }

    //2、明文補充

    newText := paddingPlaintText(plaintText,block.BlockSize())

    //3、創建cbc對象

    iv := []byte("12345678abcdefgh")

    blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block,iv)

    //4、加密

    blockMode.CryptBlocks(newText,newText)

    return newText

}

//解密後的去尾

func clearplaintText(plaintText []byte, blockSize int) []byte {

    //1、得到最後一個位元組、並轉換成整型數據

    padNum := int(plaintText[len(plaintText)-1])

    //2、截取明文位元組中去掉得到的整型數據之前的數據、此處出錯、沒有用len-padNum

    newText := plaintText[:len(plaintText)-padNum]

    return newText

}

//aes解密

func deCryptionText(crypherText []byte, key []byte ) []byte {

    //1、創建aes對象

    block, err := aes.NewCipher(key)

    if err != nil {

        panic(err)

    }

    //2、創建cbc對象

    iv := []byte("12345678abcdefgh")

    blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block,iv)

    //3、解密

    blockMode.CryptBlocks(crypherText,crypherText)

    //4、去尾

    newText := clearplaintText(crypherText,block.BlockSize())

    return newText

}

func main(){

    //需要進行加密的明文

    plaintText := []byte("CBC--密文沒有規律、經常使用的加密方式，最後一個分組需要填充，需要初始化向量")

    //密鑰Key的長度需要與分組長度相同、且加密解密的密鑰相同

    key := []byte("12345678abcdefgh")

    //調用加密函數

    cipherText := encryptionText(plaintText,key)

    //調用解密函數

    newPlaintText := deCryptionText(cipherText,key)

    fmt.Println("解密後",string(newPlaintText))

}

//aes--ctr加密

func encryptionCtrText(plaintText []byte, key []byte) []byte {

    //1、創建aes對象

    block,err := aes.NewCipher(key)

    if err != nil {

        panic(err)

    }

    //2、創建ctr對象，雖然ctr模式不需要iv，但是go中使用ctr時還是需要iv

    iv := []byte("12345678abcdefgh")

    stream := cipher.NewCTR(block,iv)

    stream.XORKeyStream(plaintText,plaintText)

    return plaintText

}

func main() {

//aes--ctr加密解密、調用兩次即為解密、因為加密解密函數相同stream.XORKeyStream

    ctrcipherText := encryptionCtrText(plaintText, key)

    ctrPlaintText := encryptionCtrText(ctrcipherText,key)

    fmt.Println("aes解密後", string(ctrPlaintText))

}

英文單詞：

明文：plaintext     密文：ciphertext   填充：padding/fill    去掉clear  加密Encryption  解密Decryption

6. 常見密碼技術簡介

##

密碼技術在網路傳輸安全上的應用

隨著互聯網電子商務和網路支付的飛速發展，互聯網安全已經是當前最重要的因素之一。作為一名合格的軟體開發工程師，有必要了解整個互聯網是如何來保證數據的安全傳輸的，本篇文章對網路傳輸安全體系以及涉及到的演算法知識做了一個簡要的介紹，希望大家能夠有一個初步的了解。

###密碼技術定義

簡單的理解，密碼技術就是編制密碼和破譯密碼的一門技術，也即是我們常說的加密和解密。常見的結構如圖：

其中涉及到的專業術語：

1.秘鑰：分為加密秘鑰和解密秘鑰，兩者相同的加密演算法稱為對稱加密，不同的稱為非對稱加密；

2.明文：未加密過的原文信息，不可以被泄露；

3.密文：經過加密處理後的信息，無法從中獲取有效的明文信息；

4.加密：明文轉成密文的過程，密文的長度根據不同的加密演算法也會有不同的增量；

5.解密：密文轉成明文的過程；

6.加密/解密演算法：密碼系統使用的加密方法和解密方法；

7.攻擊：通過截獲數據流、釣魚、木馬、窮舉等方式最終獲取秘鑰和明文的手段。

###密碼技術和我們的工作生活息息相關

在我們的日常生活和工作中，密碼技術的應用隨處可見，尤其是在互聯網系統上。下面列舉幾張比較有代表性的圖片，所涉及到的知識點後面都會一一講解到。

1.12306舊版網站每次訪問時，瀏覽器一般會提示一個警告，是什麼原因導致的？ 這樣有什麼風險呢？

2.360瀏覽器瀏覽HTTPS網站時，點開地址欄的小鎖圖標會顯示加密的詳細信息，比如網路的話會顯示```AES_128_GCM、ECDHE_RSA```，這些是什麼意思？

3.在Mac系統的鑰匙串里有很多的系統根證書，展開後有非常多的信息，這些是做什麼用的？

4.去銀行開通網上支付都會附贈一個U盾，那U盾有什麼用呢？

##如何確保網路數據的傳輸安全

接下來我們從實際場景出發，以最常見的客戶端Client和服務端Server傳輸文件為例來一步步了解整個安全體系。

####1. 保密性

首先客戶端要把文件送到服務端，不能以明文形式發送，否則被黑客截獲了數據流很容易就獲取到了整個文件。也就是文件必須要確保保密性，這就需要用到對稱加密演算法。 

** 對稱加密： **加密和解密所使用的秘鑰相同稱為對稱加密。其特點是速度快、效率高，適用於對較大量的數據進行加密。常見的對稱加密演算法有DES、3DES、AES、TDEA、RC5等，讓我們了解下最常見的3DES和AES演算法：

** DES(Data Encryption Standard)： **1972年由美國IBM研製，數學原理是將明文以8位元組分組（不足8位可以有不同模式的填充補位），通過數學置換和逆置換得到加密結果，密文和明文長度基本相同。秘鑰長度為8個位元組，後有了更安全的一個變形，使用3條秘鑰進行三次加密，也就是3DES加密。

**3DES：**可以理解為對明文進行了三次DES加密，增強了安全程度。

** AES(Advanced Encryption Standard)： **2001年由美國發布，2002年成為有效標准，2006年成為最流行的對稱加密演算法之一。由於安全程度更高，正在逐步替代3DES演算法。其明文分組長度為16位元組，秘鑰長度可以為16、24、32(128、192、256位)位元組，根據秘鑰長度，演算法被稱為AES-128、AES-192和AES-256。

對稱加密演算法的入參基本類似，都是明文、秘鑰和模式三個參數。可以通過網站進行模擬測試：[http://tool.chacuo.net/crypt3des]()。其中的模式我們主要了解下ECB和CBC兩種簡單模式，其它有興趣可自行查閱。

** ECB模式(Electronic Codebook Book)： **這種模式是將明文分成若干小段，然後對每一段進行單獨的加密，每一段之間不受影響，可以單獨的對某幾段密文進行解密。

** CBC模式(Cipher Block Chaining)： **這種模式是將明文分成若干小段，然後每一段都會和初始向量(上圖的iv偏移量)或者上一段的密文進行異或運算後再進行加密，不可以單獨解密某一斷密文。

 ** 填充補位： **常用為PKCS5Padding，規則為缺幾位就在後面補幾位的所缺位數。，比如明文數據為```/x01/x01/x01/x01/x01/x01```6個位元組，缺2位補```/x02```，補完位```/x01/x01/x01/x01/x01/x01/x02/x02```。解密後也會按照這個規則進行逆處理。需要注意的是：明文為8位時也需要在後面補充8個```/x08```。

####2. 真實性

客戶端有了對稱秘鑰，就需要考慮如何將秘鑰送到服務端，問題跟上面一樣：不能以明文形式直接傳輸，否則還是會被黑客截獲到。這里就需要用到非對稱加密演算法。

** 非對稱加密： **加密和解密秘鑰不同，分別稱為公開秘鑰(publicKey)和私有秘鑰(privateKey)。兩者成對出現，公鑰加密只能用私鑰解密，而私鑰加密也只能用公鑰加密。兩者不同的是：公鑰是公開的，可以隨意提供給任何人，而私鑰必須保密。特點是保密性好，但是加密速度慢。常見的非對稱加密演算法有RSA、ECC等；我們了解下常見的RSA演算法：

** RSA(Ron Rivest、Adi Shamir、Leonard Adleman)： **1977年由麻省理工學院三人提出，RSA就是他們三個人的姓氏開頭字母拼在一起組成的。數學原理是基於大數分解。類似於```100=20x5```，如果只知道100的話，需要多次計算才可以試出20和5兩個因子。如果100改為極大的一個數，就非常難去試出真正的結果了。下面是隨機生成的一對公私鑰:

這是使用公鑰加密後結果：

RSA的這種特性就可以保證私鑰持有者的真實性，客戶端使用公鑰加密文件後，黑客就算截獲到數據因為沒有私鑰也是無法解密的。

** Tips： **

+** 不使用對稱加密，直接用RSA公私鑰進行加密和解密可以嗎？ **

答案：不可以，第一是因為RSA加密速度比對稱加密要慢幾十倍甚至幾百倍以上，第二是因為RSA加密後的數據量會變大很多。

+** 由服務端生成對稱秘鑰，然後用私鑰加密，客戶端用公鑰解密這樣來保證對稱秘鑰安全可行嗎？ **

答案：不可行，因為公鑰是公開的，任何一個人都可以拿到公鑰解密獲取對稱秘鑰。

####3. 完整性

當客戶端向服務端發送對稱秘鑰加密後的文件時，如果被黑客截獲，雖然無法解密得到對稱秘鑰。但是黑客可以用服務端公鑰加密一個假的對稱秘鑰，並用假的對稱秘鑰加密一份假文件發給服務端，這樣服務端會仍然認為是真的客戶端發送來的，而並不知道閱讀的文件都已經是掉包的了。

這個問題就需要用到散列演算法，也可以譯為Hash。常見的比如MD4、MD5、SHA-1、SHA-2等。

** 散列演算法(哈希演算法)： **簡單的說就是一種將任意長度的消息壓縮到某一固定長度的消息摘要的函數。而且該過程是不可逆的，無法通過摘要獲得原文。

** SHA-1(Secure Hash Algorithm 1)： **由美國提出，可以生成一個20位元組長度的消息摘要。05年被發現了針對SHA-1的有效攻擊方法，已經不再安全。2010年以後建議使用SHA-2和SHA-3替代SHA-1。

** SHA-2(Secure Hash Algorithm 2)： **其下又分為六個不同演算法標准：SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA512/256。其後面數字為摘要結果的長度，越長的話碰撞幾率越小。SHA-224的使用如下圖：

客戶端通過上面的散列演算法可以獲取文件的摘要消息，然後用客戶端私鑰加密後連同加密的文件發給服務端。黑客截獲到數據後，他沒有服務端私鑰無法獲取到對稱秘鑰，也沒有客戶端私鑰無法偽造摘要消息。如果再像上面一樣去掉包文件，服務端收到解密得到摘要消息一對比就可以知道文件已經被掉包篡改過了。

這種用私鑰對摘要消息進行加密的過程稱之為數字簽名，它就解決了文件是否被篡改問題，也同時可以確定發送者身份。通常這么定義：

** 加密： **用公鑰加密數據時稱為加密。

** 簽名： **用私鑰加密數據時稱為簽名。

####4. 信任性

我們通過對稱加密演算法加密文件，通過非對稱加密傳輸對稱秘鑰，再通過散列演算法保證文件沒被篡改過和發送者身份。這樣就安全了嗎？

答案是否定的，因為公鑰是要通過網路送到對方的。在這期間如果出現問題會導致客戶端收到的公鑰並不一定是服務端的真實公鑰。常見的** 中間人攻擊 **就是例子：

** 中間人攻擊MITM(Man-in-the-MiddleAttack)： **攻擊者偽裝成代理伺服器，在服務端發送公鑰證書時，篡改成攻擊者的。然後收到客戶端數據後使用攻擊者私鑰解密，再篡改後使用攻擊者私鑰簽名並且將攻擊者的公鑰證書發送給伺服器。這樣攻擊者就可以同時欺騙雙方獲取到明文。

這個風險就需要通過CA機構對公鑰證書進行數字簽名綁定公鑰和公鑰所屬人，也就是PKI體系。

** PKI(Privilege Management Infrastructure)： **支持公鑰管理並能支持認證、加密、完整性和可追究性的基礎設施。可以說整個互聯網數據傳輸都是通過PKI體系進行安全保證的。

** CA(Certificate Authority)： **CA機構就是負責頒發證書的，是一個比較公認的權威的證書發布機構。CA有一個管理標准：WebTrust。只有通過WebTrust國際安全審計認證，根證書才能預裝到主流的瀏覽器而成為一個全球可信的認證機構。比如美國的GlobalSign、VeriSign、DigiCert，加拿大的Entrust。我國的CA金融方面由中國人民銀行管理CFCA，非金融CA方面最初由中國電信負責建設。

CA證書申請流程：公司提交相應材料後，CA機構會提供給公司一張證書和其私鑰。會把Issuer,Public key,Subject,Valid from,Valid to等信息以明文的形式寫到證書裡面，然後用一個指紋演算法計算出這些數字證書內容的一個指紋，並把指紋和指紋演算法用自己的私鑰進行加密。由於瀏覽器基本都內置了CA機構的根證書，所以可以正確的驗證公司證書指紋（驗簽），就不會有安全警告了。

但是：所有的公司其實都可以發布證書，甚至我們個人都可以隨意的去發布證書。但是由於瀏覽器沒有內置我們的根證書，當客戶端瀏覽器收到我們個人發布的證書後，找不到根證書進行驗簽，瀏覽器就會直接警告提示，這就是之前12306打開會有警告的原因。這種個人發布的證書，其實可以通過系統設置為受信任的證書去消除這個警告。但是由於這種證書機構的權威性和安全性難以信任，大家最好不要這么做。

我們看一下網路HTTPS的證書信息：

其中比較重要的信息：

簽發機構：GlobalSign Root CA；

有效日期：2018-04-03到2019-05-26之間可用；

公鑰信息：RSA加密，2048位；

數字簽名：帶 RSA 加密的 SHA-256 ( 1.2.840.113549.1.1.11 )

綁定域名：再進行HTTPS驗證時，如果當前域名和證書綁定域名不一致，也會出現警告；

URI：在線管理地址。如果當前私鑰出現了風險，CA機構可以在線吊銷該證書。

####5. 不可抵賴性

看起來整個過程都很安全了，但是仍存在一種風險：服務端簽名後拒不承認，歸咎於故障不履行合同怎麼辦。

解決方法是採用數字時間戳服務：DTS。

** DTS(digital time-stamp)： **作用就是對於成功的電子商務應用，要求參與交易各方不能否認其行為。一般來說，數字時間戳產生的過程為：用戶首先將需要加時間戳的文件用Hash演算法運算形成摘要，然後將該摘要發送到DTS。DTS在加入了收到文件摘要的日期和事件信息後再對該文件進行數字簽名，然後送達用戶。

####6. 再次認證

我們有了數字證書保證了身份的真實性，又有了DTS提供的不可抵賴性。但是還是不能百分百確定使用私鑰的就是合法持有者。有可能出現被別人盜用私鑰進行交易的風險。

解決這個就需要用到強口令、認證令牌OTP、智能卡、U盾或生物特徵等技術對使用私鑰的當前用戶進行認證，已確定其合法性。我們簡單了解下很常見的U盾。

** USB Key(U盾)： **剛出現時外形比較像U盤，安全性能像一面盾牌，取名U盾。其內部有一個只可寫不可讀的區域存儲著用戶的私鑰(也有公鑰證書)，銀行同樣也擁有一份。當進行交易時，所有涉及到私鑰的運算都在U盾內部進行，私鑰不會泄露。當交易確認時，交易的詳細數據會顯示到U盾屏幕上，確認無誤後通過物理按鍵確認就可以成功交易了。就算出現問題黑客也是無法控制U盾的物理按鍵的，用戶可以及時取消避免損失。有的U盾裡面還有多份證書，來支持國密演算法。

** 國密演算法： **國家密碼局針對各種演算法制定了一些列國產密碼演算法。具體包括：SM1對稱加密演算法、SM2公鑰演算法、SM3摘要演算法、SM4對稱加密演算法、ZUC祖沖之演算法等。這樣可以對國產固件安全和數據安全進行進一步的安全控制。

## HTTPS分析

有了上面的知識，我們可以嘗試去分析下HTTPS的整個過程，用Wireshark截取一次HTTPS報文：

Client Hello: 客戶端發送Hello到服務端443埠，裡麵包含了隨機數、客戶端支持的加密演算法、客戶端的TLS版本號等；

Server Hello: 服務端回應Hello到客戶端，裡麵包含了服務端選擇的加密套件、隨機數等；

Certificate： 服務端向客戶端發送證書

服務端計算對稱秘鑰：通過ECDH演算法得到對稱秘鑰

客戶端計算對稱秘鑰：通過ECDH演算法得到對稱秘鑰

開始用對稱秘鑰進行加密傳輸數據

其中我們又遇到了新的演算法：DH演算法

** DH(Diffie-Hellman)： **1976年由Whitefield與Martin Hellman提出的一個奇妙的秘鑰交換協議。這個機制的巧妙在於可以通過安全的方式使雙方獲得一個相同的秘鑰。數學原理是基於原根的性質，如圖：

*** DH演算法的用處不是為了加密或解密消息，而是用於通信雙方安全的交換一個相同的秘鑰。 ***

** ECDH： **基於ECC(橢圓曲線密碼體制)的DH秘鑰交換演算法，數學原理是基於橢圓曲線上的離散對數問題。

** ECDHE： **字面少了一個E，E代表了臨時。在握手流程中，作為伺服器端，ECDH使用證書公鑰代替Pb，使用自身私鑰代替Xb。這個演算法時伺服器不發送server key exchange報文，因為發送certificate報文時，證書本身就包含了Pb信息。

##總結

| 演算法名稱  | 特點 | 用處 | 常用演算法名 |

| --- | :--- | :---: | ---: |

| 對稱加密  | 速度快，效率高| 用於直接加密文件 | 3DES、AES、RC4 |

| 非對稱加密  | 速度相對慢，但是確保安全 | 構建CA體系 | RSA、ECC |

| 散列演算法 | 算出的摘要長度固定，不可逆 | 防止文件篡改 | SHA-1、SHA-2 |

| DH演算法 | 安全的推導出對稱秘鑰 | 交換對稱秘鑰 | ECDH |

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7. DES和AES加密的ECB模式到底有多脆弱，不能在商業項目中使用嗎 - PHP進階討論

破解是相對的，如果開鎖的代價大於箱子裡面的東西，就沒有必要去開鎖了每個演算法都有其適用的地方的des比較簡單，運算快速，對機器要求小aes可防止傳錯，且加密後，體積不會太大，可用於傳輸大量數據