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**长度是56比特 。尽管从规格上来说，DES的**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**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 ，**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，**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**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**，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**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**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