对称加密算法
DES
由来: Data Encryption Standard,是一种对称加密算法,由 IBM 在 1975 年开发,1977 年被美国政府采用为标准加密算法。
概念: DES 使用 64 位密钥对数据进行加密,将明文分成 64 位的块,每次进行加密时,将前一次的密文作为下一次的输入进行加密操作。
特点: 速度较慢,密钥长度较短,容易受到暴力破解攻击。
算法原理: DES 采用分组密码的方式进行加密,将明文分成 64 位的块,先进行 IP 置换,然后进行 16 轮迭代加密操作,最后进行 FP 逆置换。
优缺点: 优点是安全性较高,适合用于加密小数据量;缺点是密钥较短,容易受到暴力破解攻击。
应用场景: DES 算法已经被 AES 替代,一般不再使用。
3DES
由来: Triple Data Encryption Algorithm,是 DES 的一种加强版,由 IBM 在 1998 年提出。
概念: 3DES 将 DES 算法进行三次迭代,使用两个密钥进行加密,总密钥长度为 168 位。
特点: 安全性较高,但运算速度较慢。
算法原理: 3DES 采用分组密码的方式进行加密,将明文分成 64 位的块,先进行 IP 置换,然后进行 3 轮迭代加密操作,最后进行 FP 逆置换。
优缺点: 优点是安全性高,可以用于加密大数据量;缺点是运算速度慢,加密效率低。
应用场景: 3DES 可以用于加密银行卡信息、个人身份证信息等敏感数据。
AES
由来: Advanced Encryption Standard,是最常用的对称加密算法,由比利时密码学家 Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 在 1998 年提出。
概念: AES 使用 128 位、192 位或 256 位密钥进行加密,将明文分成 128 位的块,每次进行加密时,先进行 AddRoundKey 操作,然后进行 SubBytes、ShiftRows、MixColumns 四个操作,最后进行 AddRoundKey 操作。
特点: 安全性高,运算速度快,可以同时加密大数据量。
算法原理: AES 采用分组密码的方式进行加密,将明文分成 128 位的块,先进行 AddRoundKey 操作,然后进行 10/12/14 轮迭代加密操作,最后进行 AddRoundKey 操作。
优缺点: 优点是安全性高,运算速度快,适合用于加密大数据量;缺点是密钥长度长,可能会对内存占用造成一定压力。
应用场景: AES 可以用于加密云存储、移动设备、网络传输等数据。
非对称加密算法
RSA
由来: RSA 是一种公钥密码算法,由 Ron Rivest、Adi Shamir 和 Leonard Adleman 在 1977 年提出。
概念: RSA 使用一对公钥和私钥进行加密和解密,公钥可以公开,私钥由个人保管,用于解密。
特点: 安全性较高,但加密速度较慢,密钥长度较长。
算法原理: RSA 的公钥和私钥是基于大质数的数学问题,通过找到两个大质数 p 和 q,计算 n=pq 以及 φ(n)=(p-1)(q-1),再找到一个与 φ(n) 互质的整数 e,计算出 d=e^(-1)mod φ(n),e 和 n 组成公钥,d 和 n 组成私钥。
优缺点: 优点是安全性高,解决了密钥分发问题;缺点是加密速度慢,密钥长度长。
应用场景: RSA 可以用于数字签名、数据加密、身份认证等领域。
ECC
由来: 椭圆曲线密码算法,是一种公钥密码算法,由 Victor S. Miller 和 Neal Koblitz 在 1985 年提出。
概念: ECC 使用一对公钥和私钥进行加密和解密,公钥可以公开,私钥由个人保管,用于解密。
特点: 安全性高,加密速度快,密钥长度短。
算法原理: ECC 通过椭圆曲线来寻找一个点 P,对于一条曲线 y^2=x^3 ax b,找到满足 y^2=x^3 ax b(mod p) 的点 P=(x,y),其中 p 是一个质数,P 和一个系数 n 组成私钥,P 和 n*G(G 为曲线的基点)组成公钥。
优缺点: 优点是安全性高,加密速度快,密钥长度短;缺点是实现难度大,需要专业的数学背景。
应用场景: ECC 可以用于移动设备、物联网、数字证书等领域。
对称与非对称的比较
特点 | 对称加密 | 非对称加密 |
---|---|---|
密钥长度 | 短(<256) | 长(>1024) |
加/解密速度 | 快 | 慢 |
安全性 | 低 | 高 |
密钥管理 | 容易 | 困难 |
适用场景 | 小数据量 | 大数据量 |
注:常见的哈希算法(MD5、SHA-1、SHA-256 等)也常被用于数据加密。技术栈:加密、解密、哈希算法、证书、数字签名等。