一、概念和作用

1.1、概念

加密解密：一个信息干扰的过程，保证固定的人才可以看到你的信息

把重要的数据变为乱码（加密）传送，
到达目的地后再用相同或不同的手段还原（解密）

---

1.2、作用

网络信息传输安全涉及到很多个方面，其中主要有三个要解决的问题：

• 保密性(Confidentiality)：信息在传输时不被泄露
• 完整性（Integrity）：信息在传输时不被篡改
• 有效性（Availability）：信息的使用者是合法的

---

1.3、常用加密方式

数据加密方式	描述	主要解决的问题	常用算法
对称加密	指数据加密和解密使用相同的密钥	数据的机密性	DES, AES
非对称加密	也叫公钥加密，指数据加密和解密使用不同的密钥–密钥对儿	身份验证	DSA，RSA
单向加密	指只能加密数据，而不能解密数据	数据的完整性	MD5，SHA系列算法

---

二、字符编码

2.1、进制间转换方法(python)

十进制与二进制

>>> bin(255)  #十进制转二进制
'0b11111111'>>> int("0b11111111",2)  #二进制转十进制
255

十进制与十六进制

>>> hex(255)  #十进制转十六进制
'0xff'>>> int('0xff',16)  #十六进制转十进制
255

---

2.2、unicode

字符和unicode编号是一一对应的关系，世界上的每个字符都对应着一个unicode编号，根据编号可以进行多种编码。utf-8、utf-16、utf-32、…、gbk编码等。

>>>ord('学')
23398
>>>chr(23398)
'学'>>>'学'.encode('utf-8')   #汉字中utf-8编码
b'\xe5\xad\xa6'
>>>'学'.encode('gbk')   #汉字中gbk编码
b'\xd1\xa7'

注意：转什么编码，解码时就要用什么编码，例如：

>>>'学'.encode('gbk')
b'\xd1\xa7'
>>>b'\xd1\xa7'.decode('gbk')
'学'
>>>b'\xd1\xa7'.decode('utf-8')
'ѧ'

---

三、Base64编码原理

3.1、概念

Base64就是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的方法。

---

3.2、作用

1. 在参数传输的过程中经常遇到的一种情况：使用全英文的没问题，但一旦涉及到中文就会出现乱码情况。

2. 网络上传输的字符并不全是可打印的字符，比如二进制文件、图片等。Base64的出现就是为了解决此问题，它是基于64个可打印的字符来表示二进制的数据的一种方法。

实例:

• 电子邮件刚问世的时候，只能传输英文，但后来随着用户的增加，中文、日文等文字的用户也有需求，但这些字符并不能被服务器或网关有效处理，因此Base64就登场了。随之，Base64在URL、Cookie、网页传输少量二进制文件中也有相应的使用。
• 对证书来说，特别是根证书，一般都是作Base64编码的，因为它要在网上被许多人下载。
• 电子邮件的附件一般也作Base64编码的，因为一个附件数据往往是有不可见字符的。

---

3.3、Base64编码表

字符	值	字符	值	字符	值
A	0	Q	16	g	32
B	1	R	17	h	33
C	2	S	18	i	34
D	3	T	19	j	35
E	4	U	20	k	36
F	5	V	21	l	37
G	6	W	22	m	38
H	7	X	23	n	39
I	8	Y	24	o	40
J	9	Z	25	p	41
K	10	a	26	q	42
L	11	b	27	r	43
M	12	c	28	s	44
N	13	d	29	t	45
O	14	e	30	u	46
P	15	f	31	v	47

---

3.4、文本到base64格式的转换

文本转ASCII：ord()
ASCII转文本：chr()
ASCII转二进制：bin()

#ASCII码
>>> ord("M")
77
>>> ord("a")
97
>>> ord("n")
110#ASCII转二进制
>>> bin(77)
'0b1001101'
>>> bin(97)
'0b1100001'
>>> bin(110)
'0b1101110'#六个二进制位一组
>>> int("010011",2)
19              19---对应base64表T
>>> int("010110",2)
22              22---对应base64表W
>>> int("000101",2)
5               5---对应base64表F
>>> int("101110",2)
46              46---对应base64表u

---

3.5、BASE64编码补码

>>> import base64
>>> base64.b64encode(b"A")
b'QQ=='
>>> base64.b64encode(b"BC")
b'QkM='>>> base64.b64decode(b'QQ==')
b'A'
>>> base64.b64decode(b'QkM=')
b'BC'

注意：

• 大多数编码都是由字符串转化成二进制的过程，而Base64的编码则是从二进制转换为字符串。与常规恰恰相反；
• Base64编码主要用在传输、存储、表示二进制领域，不能算得上加密，只是无法直接看到明文。也可以通过打乱Base64编码来进行加密。
• 计算机二进制存储数据是以8位为一字节进行存储，然而BASE64编码是以6位表示一字节，这样相邻的数据变化了之后会影响后面整个的编码结果。

---

四、单向加密

4.1、概念

单向加密是指只能对明文数据进行加密，而不能解密数据。

例：每个人都有不同的指纹，看到这个人，可以得出他的指纹等信息，并且唯一对应，但你只看一个指纹，是不可能看到或读到这个人的长相或身份等信息。

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4.2、常见方法

MD5 (message-digest algorithm) SHA (Secure Hash Algorithm)

注意：

1. md5的长度默认为128bit，也就是128个0和1的二进制串。
2. SHA 的长度默认为256bit，也就是256个0和1的二进制串。
3. 使用二进制串很不友好。所以将二进制转成了16进制，每4个bit表示一个16进制，所以128/4 = 32 换成16进制表示后，为32位了。同理256/4=64位。
4. update 的意思是更新hash值,若同一个MD5对象两次调用update，第二次会保留第一次调用调用的信息，所以算一个字符串的hash值，应该重新生成md5对象。

---

4.2.1、md5加密

from  hashlib import md5md5_obj=md5()   #创建md5算法加密对象
md5_obj.update("加密数据".encode())#参数:内容是要加密数据  二进制格式
md5_obj.hexdigest()
#结果： '648bfc23726d2e76af569f6fea26c1f8'md5_obj.update("加密数据".encode())
md5_obj.hexdigest()
#同一个md5对象两次调用update 第二次保留第一次调用的信息
# 结果： '47c58fbd984d00c4c0c24396be4ed52f'

---

4.2.2、sha加密

from  hashlib import sha256
sha256_obj=sha256()#创建sha算法加密对象
sha256_obj.update("加密数据".encode())#参数:内容是要加密数据  二进制格式
sha256_obj.hexdigest()
#结果：'fc016213ebd4e12fd50ebeee2a074d09aef8b4dffa247401227976cfdec1ebf9'sha256_obj.update("加密数据".encode())#参数:内容是要加密数据  二进制格式
sha256_obj.hexdigest()
#同一个sha对象两次调用update 第二次保留第一次调用的信息
#结果： '5cbb02bfa5153ef91d29c8edcd213ffde626a9e6c0ac6d25e1d9ad6ddbca0078'

注意：这种单向加密因为不能被解密，显然是不能作为信息传输的，不能解密的消息是没有意义的。所以实际应用中一般作为文件完整性的验证，加密结果相同就认为文件在传输后也是完整的。

---

五、对称加密

5.1、概念与简介

概念: 对称加密是指数据加密与解密使用相同密钥

简介: 常用的对称加密 DES、3DES、 AES

DES： Data Encryption Standard，秘钥长度为56位，8位校验位;
             （2003年左右被破解–秘钥可以暴力破解。 穷举法）
   3DES：DES的改进版本。
   AES： Advanced Encryption Standard，支持的秘钥长度包括 128bits，192bits，258bits，384bits，512bits。

特点：

• 加密与解密使用的密钥相同。

• 但是由于算法一般都是公开的，因此机密性几乎完全依赖于密钥。

• 通常使用的是相对较小的密钥，一般小于256bit。因为密钥越大，加密越强，但加密与解密的过程越慢。

说明: 秘钥长度越长，数据加密与解密的时间就越久

---

5.2、DES

5.2.1、概念

数据加密算法（Data Encryption Algorithm，DEA）是一种对称加密算法，很可能是使用最广泛的密钥系统，特别是在保护金融数据的安全中，最初开发的DEA是嵌入硬件中的。

---

5.2.2、DES加密原理

DES 使用一个 56 位的密钥以及附加的 8 位奇偶校验位，产生最大 64 位的分组大小。这是一个迭代的分组密码，使用称为 Feistel 的技术，其中将加密的文本块分成两半。使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行“异或”运算；接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。DES 使用 16 个循环，使用异或，置换，代换，移位操作四种基本运算。

---

5.2.3、python实现DES加密

安装密码库

windows: pip install pycryptodomex

linux: pip install pycryptodome

from Cryptodome.Cipher  import  DESkey=b'12345678'
#创建对象
des=DES.new(key,DES.MODE_ECB) #key是秘钥  必须是8个字节data="王者荣耀"
bwd=data.encode()
en_text=data+(8-len(bwd)%8)*" "#加密
en_data=des.encrypt(en_text.encode())
print(en_data)  #b'\xf8\x85\xa3\xfb\xc0\x1d\x83\xdd\xc8w2S\xb0\xe9/\t'
#解密
de_data=des.decrypt(en_data)
print(de_data)  #b'\xe7\x8e\x8b\xe8\x80\x85\xe8\x8d\xa3\xe8\x80\x80    '
print(de_data.decode())  #王者荣耀

注意：

• 设置的key是秘钥，必须是8个字节

---

5.3、3DES

5.3.1、概念

3DES（或称为Triple DES）是三重数据加密算法（TDEA，Triple Data Encryption Algorithm）块密码的通称。它相当于是对每个数据块应用三次DES加密算法。

由于计算机运算能力的增强，原版DES密码的密钥长度变得容易被暴力破解。3DES即是设计用来提供一种相对简单的方法，即通过增加DES的密钥长度来避免类似的攻击，而不是设计一种全新的块密码算法。

---

5.3.2、加密原理

3DES（即Triple DES）是DES向AES过渡的加密算法（1999年，NIST将3-DES指定为过渡的加密标准），加密算法，其具体实现如下：设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，K代表DES算法使用的密钥，M代表明文，C代表密文，这样：

• 3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(M)))

• 3DES解密过程为：M=Dk1(EK2(Dk3( C)))

---

5.4、AES

5.4.1、概念

密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。

5.4.2、加密过程

AES为分组密码，分组密码也就是把明文分成一组一组的，每组长度相等，每次加密一组数据，直到加密完整个明文。

在AES标准规范中，分组长度只能是128位，也就是说，每个分组为16个字节（每个字节8位）。

密钥的长度可以使用128位、192位或256位。密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同，C = E(K,P)是加密函数，在这个加密函数中会执行10个加密轮函数。

AES	密钥长度（32位比特字)	分组长度(32位比特字)	加密轮数
AES-128	4	4	10
AES-192	6	4	12
AES-256	8	4	14

---

5.4.3、python实现AES加密

from  Cryptodome.Cipher import  AES
key=b"12345678abcdefgh"
#构建对象
aes=AES.new(key,AES.MODE_ECB)
#1.key 秘钥  2.mode  AES.MODE_ECB 加密方式#加密
text="王者"
bytes_data=(text+(16-len(text.encode())%16)*" ").encode()
#加密
en_data=aes.encrypt(bytes_data)
print(en_data)
#结果 b'\x93\xf9\xfaxj\xd6xt\x9a\xd6\xdb\xa3\x8c\xf8M\xdf'
#解密
de_data=aes.decrypt(en_data)
print(de_data.decode())
# 结果  王者

---

六、非对称加密

6.1、概念与简介

指的是加密和解密使用不同的秘钥。

一把作为公开的公钥，另一把作为私钥。这对密钥中的公钥进行加密，私钥用于解密。反之亦然（被私钥加密的数据也可以被公钥解密)。

在实际使用中私钥一般保存在发布者手中，是私有的不对外公开的，只将公钥对外公布，就能实现只有私钥的持有者才能将数据解密的方法。 这种加密方式安全系数很高，因为它不用将解密的密钥进行传递，从而没有密钥在传递过程中被截获的风险，而破解密文几乎又是不可能的。

但是算法的效率低，所以常用于很重要数据的加密，常和对称配合使用，使用非对称加密的密钥去加密对称加密的密钥。

事实上，公钥加密算法很少用于数据加密，它通常只是用来做身份认证，因为它的密钥太长，加密速度太慢–公钥加密算法的速度甚至比对称加密算法的速度慢上3个数量级（1000倍）。

---

6.2、非对称加密原理

1. 小蓝与小红想要进行沟通，不能被小黑或其他人看到;(需求)

2. 于是小红自己做了个信箱，信箱上有锁，钥匙只有小红自己有;(公钥加密)

3. 于是小蓝每次与小红沟通的时候，都会把信放在邮箱中，信箱大家都可以看到，都可以知道小红的信箱位置;(公开公钥)

4. 小红想要看信的内容的时候，需要拿着自己保管的私钥，打开锁，读取信箱里的信。(私钥解密)

• 过程2带锁的信箱，就是公钥加密的过程。
• 过程4是私钥解密的过程
• 公钥(锁) 私钥(钥匙)是生成的一对，且私钥不对外，不传递，增加了安全性.
• 同样的小红想要给小蓝发送信息时，小蓝需要告诉小红带锁信箱(公开公钥),并通过钥匙打开信箱

---

6.3、RSA加密算法

三位数学家Rivest、Shamir 和 Adleman 设计了一种算法，可以实现非对称加密

6.3.1、RSA加密原理

(1）选择一对不同的、足够大的素数p，q。
​(2）计算n=pq。
​ (3）计算f(n)=(p-1)(q-1)，同时对p, q严加保密，不让任何人知道。
​ (4）找一个与f(n)互质的数e作为公钥指数，且1<e<f(n)。
​ (5）计算私钥指数d，使得d满足(d*e) mod f(n) = 1
​ (6）公钥KU=(e,n)，私钥KR=(d,n)。
​ (7）加密时，先将明文变换成0至n-1的一个整数M。若明文较长，可先分割成适当的组， 然后再进行交换。 设密文为C，则加密过程为：C=M^e mod n。
​ (8）解密过程为：M=C^d mod n。

RSA加密算法的安全性
当p和q是一个大素数的时候，从它们的积pq去分解因子p和q，这是一个公认的数学难题。

RSA加密算法的缺点
虽然RSA加密算法作为目前最优秀的公钥方案之一，在发表三十多年的时间里，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受。但是，也不是说RSA没有任何缺点。由于没有从理论上证明破译RSA的难度与大数分解难度的等价性。所以，RSA的重大缺陷是无法从理论上把握它的保密性能如何。

在实践上，RSA也有一些缺点：
产生密钥很麻烦，受到素数产生技术的限制，因而难以做到一次一密；
分组长度太大，为保证安全性，n 至少也要 600 bits 以上，使运算代价很高，尤其是速度较慢。

---

6.3.2、python实现RSA加密

import rsa
#生成公钥和秘钥PublicKey,PrivateKey=rsa.newkeys(999)
print(PublicKey)
print(PrivateKey)
text="非对称加密"
#公钥加密
en_data=rsa.encrypt(text.encode(),PublicKey)
print(en_data)
#私钥解密
de_data=rsa.decrypt(en_data,PrivateKey)
print(de_data.decode())#单独构造公钥
pubkey=rsa.PublicKey(5,3)

结果：

PublicKey(3633767976638772494145124918801479992476887706891140141138898916359, 65537)
PrivateKey(3633767976638772494145124918801479992476887706891140141138898916359, 65537, 3591518084239078509975288258775300312809419416102919266938563215673, 139069387608670880268883641030474037, 26129172200454915719136577551307)
公钥加密: b'\x02\xf1\xe0\xfb\xf2\x1b\x8e\xc1.\x8al\xd2\x1a\x00\x8e\x07_,\xe3@\xfd\xe9\xabH\xc3/v\xd4'
私钥解密: 非对称加密

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