对称加密

对称加密指的就是加密和解密使用同一个秘钥，所以叫做对称加密。对称加密只有一个秘钥，作为私钥。

具体算法有：DES，3DES，TDEA，Blowfish，RC5，IDEA。常见的有：DES，AES，3DES等等。

优点：算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。 缺点：秘钥的管理和分发非常困难，不够安全。在数据传送前，发送方和接收方必须商定好秘钥，然后双方都必须要保存好秘钥，如果一方的秘钥被泄露，那么加密信息也就不安全了。另外，每对用户每次使用对称加密算法时，都需要使用其他人不知道的唯一秘钥，这会使得收、发双方所拥有的钥匙数量巨大，密钥管理成为双方的负担。

非对称加密

非对称加密指的是：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。公钥加密的信息，只有私钥才能解密。私钥加密的信息，只有公钥才能解密。 私钥只能由一方安全保管，不能外泄，而公钥则可以发给任何请求它的人。非对称加密使用这对密钥中的一个进行加密，而解密则需要另一个密钥。

我们常见的数字证书、加密狗即是采用非对称加密来完成安全验证的。

优点：安全性更高，公钥是公开的，秘钥是自己保存的，不需要将私钥给别人。 缺点：加密和解密花费时间长、速度慢，只适合对少量数据进行加密。

主要算法：RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、HD,ECC（椭圆曲线加密算法）。常见的有：RSA，ECC

区别

对称加密算法相比非对称加密算法来说，加解密的效率要高得多。但是缺陷在于对于秘钥的管理上，以及在非安全信道中通讯时，密钥交换的安全性不能保障。所以在实际的网络环境中，会将两者混合使用.

例如针对C/S模型，

  1. 服务端计算出一对秘钥pub/pri。将私钥保密，将公钥公开。

  2. 客户端请求服务端时，拿到服务端的公钥pub。

  3. 客户端通过AES计算出一个对称加密的秘钥X。 然后使用pub将X进行加密。

  4. 客户端将加密后的密文发送给服务端。服务端通过pri解密获得X。

  5. 然后两边的通讯内容就通过对称密钥X以对称加密算法来加解密。

常见的对称加密

# AES

高级加密标准(AES,Advanced Encryption Standard)是最常见的对称加密算法比如：微信小程序加密传输就是用这个加密算法的。对称加密算法也就是加密和解密用相同的密钥，具体的加密流程如下图:

# MD5
MD5出现最多的是在文件签名中，我们下载文件的时候，经常会看到文件页面上附带一个扩展名为.MD5 的文本或者一行字符，这行字符就是就是把整个文件当作原数据通过 MD5计算后的值。

我们下载文件后，可以用检查文件MD5信息的软件对下载到的文件在进行一次计算。两次结果对比就可以确保下载到文件的准确性。

还有常用的是网站比较敏感信息的加密，比如用户密码、支付签名等。

# DES算法
DES加密算法是一种 分组密码，以 64位为 分组对数据加密，它的密钥长度 是 56位，加密解密用同一算法。

DES 加密算法是对密钥进行保密，而公开算法，包括加密和解密算法。这样，只有掌握了和发送方 相同密钥 的人才能解读由 DES加密算法加密的密文数据。因此，破译 DES加密算法实际上就是搜索密钥的编码。对于56位长度的密钥来说，如果用穷举法来进行搜索的话，其运算次数为 2 ^ 56 次。

# 3DES算法
是基于DES的对称算法，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高。

“DES”和“AES”算法的比较

DES

1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式。

目前在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，

如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。

AES

　2000年10月，NIST（美国国家标准和技术协会）宣布通过从15种候选算法中选出的一项新的密匙加密标准。Rijndael被选中成为将来的 AES。Rijndael是在1999年下半年，由研究员Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 创建的。

AES正日益成为加密各种形式的电子数据的实际标准。

美国标准与技术研究院（NIST）于2002年5月26日制定了新的高级加密标准（AES）规范。

与公共密钥加密使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换和替换输入数据。

DES算法优点：DES算法具有极高安全性，到目前为止，除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。

DES算法缺点：

1、分组比较短。

2、密钥太短。

3、密码生命周期短。

4、运算速度较慢。

AES算法优点：

1、运算速度快。

2、 对内存的需求非常低，适合于受限环境。

3、分组长度和密钥长度设计灵活。

4、 AES标准支持可变分组长度，分组长度可设定为32比特的任意倍数，最小值为128比特，最大值为256比特。

5、 AES的密钥长度比DES大，它也可设定为32比特的任意倍数，最小值为128比特，最大值为256比特，所以用穷举法是不可能破解的。

6、很好的抵抗差分密码分析及线性密码分析的能力。

AES算法缺点：目前尚未存在对AES 算法完整版的成功攻击，但已经提出对其简化算法的攻击。

序号 键 DES密码 AES密码
1 定义

数据加密标准（也称为DES）是一种对称密钥块密码，由IBM于1977年引入。 在DES加密中，纯文本分为两半，然后DES将输入作为64位纯文本和56位密钥作为输入，以生成64位CipherText，它是数据的加密形式。

 另一方面，高级加密标准（也称为AES）也是对称键块密码，由Vincent Rijmen和Joan Daemen于2001年引入。AES采用128位纯文本和128位秘密键，它们共同形成一个128位块，该块在处理后提供16个字节（128位）的密文。
2

键长和轮数

对于DES，用于加密的密钥长度为56位，并且DES涉及16轮相同的操作，与密钥长度无关。

 另一方面，如果AES键长度可以是128位，192位和256位，则由于轮数可以是10（128位），12（192位）或14（256位） ）。
3 设计

DES的设计和体系结构是基于Feistal网络的。

 另一方面，AES的设计基于替换置换网络。
4 安全

由于DES中的操作数是固定的，不允许排列组合，因此更容易破坏加密，因此DES的安全性不如AES。

 另一方面，AES比DES密码更安全，并且是事实上的世界标准。
5 涉及的业务

在DES操作中，加密涉及的轮次有扩展、带轮次密钥的异或操作、替换和置换。

 另一方面，如果使用AES进行加密，则涉及的操作回合为字节替换，移位行，混合列和键加法。
6 加密

如上所述，DES可以加密64位的纯文本。

 另一方面，AES可以加密128位纯文本。

# AES

高级加密标准(AES,Advanced Encryption Standard)是最常见的对称加密算法比如：微信小程序加密传输就是用这个加密算法的。对称加密算法也就是加密和解密用相同的密钥，具体的加密流程如下图:

AES简介
高级加密标准 (AES，Advanced Encryption Standard) 为最常见的对称加密算法，相对 DES 更安全。AES 加密算法采用分组密码体制，每个分组数据的长度为128位16个字节，密钥长度可以是128位16个字节、192位或256位，一共有四种加密模式，一般采用需要初始向量 IV 的 CBC 模式，初始向量的长度也是128位16个字节。

特别提醒：由于jdk对密钥长度支持受限制，使用256位密钥会抛 java.security.InvalidKeyException: Illegal key size or default parameters 异常，可以通过替换 jre 的jar包，具体方式可自行查询

分组密码体制
所谓分组密码体制就是指将明文切成一段一段的来加密，然后再把一段一段的密文拼起来形成最终密文的加密方式。AES 采用分组密码体制，即 AES 加密会首先把明文切成一段一段的，而且每段数据的长度要求必须是128位16个字节，如果最后一段不够16个字节了，就需要用 Padding 来把这段数据填满16个字节，然后分别对每段数据进行加密，最后再把每段加密数据拼起来形成最终的密文。

Padding
填补 (Padding) 就是用来把不满16个字节的分组数据填满16个字节用的，它有三种模式 PKCS5、PKCS7 和 NOPADDING。

PKCS5 是指分组数据缺少几个字节，就在数据的末尾填充几个字节的几，比如缺少5个字节，就在末尾填充5个字节的5；

PKCS7 是指分组数据缺少几个字节，就在数据的末尾填充几个字节的0，比如缺少7个字节，就在末尾填充7个字节的0；

NoPadding 是指不需要填充，也就是说数据的发送方肯定会保证最后一段数据也正好是16个字节。

特别提醒：使用 Nopadding 要加密数据必须是16字节的倍数，否则抛异常

初始向量 IV
初始向量 IV 的作用是使加密更加安全可靠，我们使用 AES 加密时需要主动提供初始向量，而且只需要提供一个初始向量就够了，后面每段数据的加密向量都是前面一段的密文。初始向量 IV 的长度规定为128位16个字节，初始向量的来源为随机生成。至于为什么初始向量能使加密更安全可靠，会在下面的加密模式中提到。

密钥
AES 要求密钥的长度可以是128位16个字节、192位或者256位，位数越高，加密强度自然越大，但是加密的效率自然会低一些，因此要做好衡量。我们开发通常采用128位16个字节的密钥，我们使用 AES 加密时需要主动提供密钥，而且只需要提供一个密钥就够了，每段数据加密使用的都是这一个密钥，密钥来源为随机生成（我们开发时传入的那个为初始密钥，除了初始密钥以外，后面每一轮的密钥都是由上一轮的密钥扩展而来的，密钥扩展有四个步骤：排列、置换、与轮常量异或、生成下一轮密钥的其他列）。

加密模式
AES 一共有四种加密模式，分别是 ECB（电子密码本模式）、CBC（密码分组链接模式）、CFB（密码反馈模式）、OFB（输出反馈模式） 我们一般使用的是 CBC 模式。

ECB 模式是最基本的加密模式，使用明文和密钥来加解密数据，相同的明文块会加密成相同的密文块；

其他模式区别不大，比如 CBC 模式比 ECB 模式多了一个初始向量 IV，加密的时候，第一个明文块会首先和初始向量 IV 做异或操作，然后再经过密钥加密，然后第一个密文块又会作为第二个明文块的加密向量来异或，依次类推下去，这样相同的明文块加密出的密文块就是不同的，明文的结构和密文的结构也将是不同的，因此更加安全。

非对称加解密设计

1.1 专业术语
RSA:RSA加密算法是一种非对称加密算法。
AES:高级加密标准(AES,Advanced Encryption Standard)为最常见的对称加密算法。
SHA1withRSA:用SHA算法进行签名，用RSA算法进行加密，是一种签名算法。
公钥和私钥：公钥（Public Key）与私钥（Private Key）是通过一种算法得到的一个密钥对（即一个公钥和一个私钥），公钥是密钥对中公开的部分，私钥则是非公开的部分。

1.2 方案对比
加密方案    前后端都用RSA非对称加密    采用RSA和AES组合加密
实现方式    前后端都保存自己的私钥和对方的公钥，公钥加密私钥解密    前端保存后端生成的RSA公钥，每次请求都用AES密钥加密，AES密钥用RSA公钥加密。后端用RSA私钥解密AES密钥，然后用AES密钥解密请求数据。响应数据用AES密钥加密，AES密钥用RSA做加签，前端验签，然后解密。
前端暴露    自己的私钥，后端的公钥    后端的公钥
安全性    因为前端暴露了自己的私钥，将使后端的加密不安全    只暴露了后端的RSA公钥，AES密钥是用RSA公钥加密的，而且AES密钥是一次一密，理论上是安全的。
1.3 方案流程
前端：事先保存后端生成的RSA公钥 —>发起请求---->用生成的AES秘钥加密请求数据，同时用RSA公钥加密AES秘钥
后端：接收前端请求数据，使用RSA私钥解密AES秘钥，再用AES秘钥解析请求数据，解密成功后，响应数据用AES密钥加密，AES秘钥用RSA私钥加签后返回;
前端：接收后验签，通过后AES秘钥解密响应数据，完成前后端的交互

2. 模块设计
2.1. 前端加密
保存好后端生成的RSA公钥，每次请求都生成一个AES密钥，做到一次一密，请求json格式{“key”:”XXX”,”data”:”XXX”},key是用RSA公钥加密之后的AES密钥，data是用AES密钥加密之后请求数据。

2.2. 后端解密
接收到前端请求数据之后，先用RSA私钥解密key，获取到AES密钥，再用AES密钥解密data获取到请求数据。

2.3. 后端加签加密
Key是用RSA私钥用SHA1withRSA签名算法把AES密钥加签，data是用AES密钥加密响应数据。

2.4. 前端验签解密
先用RSA公钥用SHA1withRSA签名算法验签key，验签通过再处理之后的流程，不通过停止执行后续流程。验签通过之后，再用AES密钥解密data。

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