版权声明： 未经作者允许，严禁用于商业出版，否则追究法律责任。网络转载请注明出处，这是对原创者的起码的尊重！！！
1 导语
最早计算之间的通信是明文的，在互联网上通信的内容，传输的数据都可以被截取都和阅读。比如你下载的某动作片，和朋友的聊天，邮件 都可以被第三者截取、获取有效的内容和修改内容。
针对数据被截取，最有效的办法当然就是专用网络，除此外则是加强传输过程中的防御，此外也别无他法。
针对数据可以被获知有效信息，最有效的方法就是加密。对数据加密的方分为对称加密，和非对称加密。
针对数据被修改，最好的办法就是利用摘要，一旦数据被修改，摘要也就随之变化。
2 密码学术语
| 中文 | 英语 | 中文 | 英语 |
|---|---|---|---|
| 发送者 | sender | 接收者 | receiver |
| 消息 | message | 窃听者 | eavesdropper |
| 破译者 | cryptanalyst | 密码破译 | cryptanalysis |
| 加密 | encrypt | 解密 | decrypt |
| 明文 | plaintext | 密文 | ciphertext |
| 算法 | algorithm | ** | key |
| 对称密码 | symmetric cryptography | 公钥密码 | public-key cryptography |
| 非对称密码 | asymmetric cryptography | 混合密码系统 | hybrid cryptosystem |
| 中文 | 英语 | 含义 |
|---|---|---|
| 单向散列函数 | one-way hash function | 可以检测出数据是否被篡改过，保证数据完整性（integrity） |
| 消息认证码 | message authentication code | 不但能够确认消息是否被篡改过，而且能够确认消息是否来自所期待的通信对象，是一种能保证完整性和提供认证（authentication）的密码技术。 |
| 数字签名 | digital signature | 能够防止伪装、篡改和否认等威胁的技术。 |
| 伪随机数生成器 | Pseudo Random Number Generator,PRNG | 是一种能够模拟产生随机数列的算法。 |
3 对称加密
核心理论：同一**对明文异或后，再对得到密文异或就可得到明文。
显著特点：
（1）加密和解密 使用同一个**。
（2）加密和解密过程完全相同。
优点：加解密的高速度和使用长**时的难**性。
缺点：假设两个用户需要使用对称加密方法加密然后交换数据，则用户最少需要2个**并交换使用，如果企业内用户有n个，则整个企业共需要n×(n-1) 个**，**的生成和分发将成为企业信息部门的恶梦。
对称加密又分为：分组加密和流加密。
3.1 分组加密
分组加密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）。一个分组的比特数就称为分组长度（block lenght）。常见的分组算法有：DES、3DES、DESX、Blowfish、IDEA、RC2、RC5、RC6和AES，以及中国的SSF33、SM1、SM4。
分组加密又可以根据其迭代模式分为ECB，CBC，OFB，CFB，CTR。
3.1.1 DES算法
DES算法又分为标准的DES，演进的3DES
3.1.1.1 标准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，但由于每个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已经能够被暴力**，因此现在不应该再使用DES了。）
DES的结构（Feistel网络）： 
上面一轮中“右侧”根本就没有被加密，因此需要用不同的子**对一轮的处理重复若干次，并在每两轮处理之间将左侧和右侧的数据对调，如下图的3轮加密计算： 
用相同的子**运行两次Feistel网络就能够将数据还原，Feistel3轮解密： 
Feistel网络的性质：
（1）Feistel网络的轮数可以任意增加
（2）加密时无论使用任何函数作为轮函数都可以正确解密
（3）加密和解密可以用完全相同的结构来实现
3.1.1.2 3DES
三重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，当三重DES中所有的**都相同时，三重DES就等同于普通的DES了。这是因为在两步加密、解密之后，得到的就是最初的明文。因此，以前用DES加密的密文，就可以通过这种方式用三重DES来进行解密，也就是说三重DES对DES具备向下兼容性。
按照使用的**，分为DES-EDE2和DES-EDE3。如果**1和**3使用相同的**，而**2使用不同的**（也就是只使用两个DES**），这种三重就称为DES-EDE2。**1、**2、**3全部使用不同的比特序列的三重DES称为DES-EDE3。
加密： 
解密： 
3.1.2 AES算法
AES采用的是Rijndael算法，Rijndel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）。
AES 加密中的一轮 
AES 解密密中的一轮 
3.1.3 迭代模式
分组密码算法只能加密固定长度的分组，但是我们需要加密的明文长度可能会超过分组密码的分组长度，这时就需要对分组密码算法进行迭代，以便将一段很长的明文全部加密。而迭代的方法就称为分组密码的迭代模式（mode）。
ECB模式：Electronic CodeBook mode（电子密码模式）
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）
3.1.3.1 ECB
在ECB模式中，将明文分组加密之后的结果直接成为密文分组。当最后一个明文分组的内容小于分组长度时，需要用一些特定的数据进行填充（padding）。
-
优点：简单，有利于并行计算，误差不会被传送；
缺点：- 不能隐藏明文的模式。ECB的明文分组与密文分组是一一对应的关系，因此，如果明文中存在多个相同的明文分组，则这些明文分组最终都会将被转换为相同的密文分组。这样一来，只要观察一下密文，就可以知道明文中存在怎样的重复组合，并可以以此为线索来破译密码，因此ECB模式是存在风险的。
- 可能对明文进行主动攻击。假如存在主动攻击者Mallory，它能够改变密文分组的顺序。当接收者对密文进行解密时，由于密文分组的顺序被改变了，因此相应的明文分组的顺序也会改变。也就是说，攻击者Mallory无需破译密码就能够操纵明文。
3.1.3.2 CBC
初始化向量：当加密第一个明文分组时，由于不存在“前一个密文分组”，因此需要事先准备一个长度为一个分组的比特序列来代替“前一个密文分组”，这个比特序列称为初始化向量，通常缩写为IV。
-
优点
- 明文分组在加密之前一定会与“前一个密文分组”进行XOR运算，因此即便明文分组1和2的值是相等的，密文分组1和2的值也不一定是相等的。这样ECB模式的缺陷在CBC模式中就不存在了。
- 在解密过程中，假设CBC模式加密的密文分组中有一个分组损坏。在这种情况下只要密文分组的长度没有发生变化，则解密时最多只会有2个分组受到数据损坏的影响。
-
缺点
- 在CBC模式中，无法单独对一个中间的明文分组进行加密。例如，如果要生成密文分组3，则至少需要凑齐明文分组1、2、3才行。
- 如果密文分组中有一些比特缺失了，即便只缺失了1比特，那么缺失比特的位置之后的密文分组也就全部无法解密了。
- 加密过程是串行的，无法被并行化(在解密时，从两个邻接的密文块中即可得到一个平文块。因此，解密过程可以被并行化)；
- 误差传递
- 发送方和接收方都需要知道初始化向量
- 每个密文块依赖于所有的信息块
- 明文消息中一个改变会影响所有密文块
对CBC模式的攻击
假设主动攻击者Mallory的目的是通过修改密文来操纵解密后的明文。如果Mallory能够对初始化向量中任意比特进行反转，则解密后得到的明文分组中相应的比特也会被反转。- CBC的应用实例
确保互联网安全的通信协议之一SSL与IPsec，就是使用CBC模式来确保通信机密性的。此外，CBC模式还被用于叫作Kerberos version 5的认证系统中。
* 3.1.3.3 CFB*
-
CFB模式与流密码
CFB模式中由密码算法所生成的比特序列称为**流（key stream）。在CFB模式中，密码算法就相当于用来生成**流的伪随机数生成器，而初始化向量就相当于伪随机数生成器的“种子”。它的明文数据可以被逐比特加密，因此可以将CFB模式看做是一种使用分组密码来实现流密码的方式。可以将块密码变为自同步的流密码；工作过程亦非常相似。
-
对CFB模式的攻击
对CFB模式可以实施重放攻击（replay attack）：
与CBC相似，明文的改变会影响接下来所有的密文，因此加密过程不能并行化；而同样的，与CBC类似，解密过程是可以并行化的。
3.1.3.4 OFB
- OFB模式与流密码
可以将块密码变成同步的流密码。它产生**流的块，然后将其与平文块进行异或，得到密文。与其它流密码一样，密文中一个位的翻转会使明文中同样位置的位也产生翻转。这种特性使得许多错误校正码，例如奇偶校验位，即使在加密前计算而在加密后进行校验也可以得出正确结果。
每个使用OFB的输出块与其前面所有的输出块相关，因此不能并行化处理。然而，由于明文文和密文只在最终的异或过程中使用，因此可以事先对IV进行加密，最后并行的将平文或密文进行并行的异或处理。 - 可以利用输入全0的CBC模式产生OFB模式的**流。这种方法十分实用，因为可以利用快速的CBC硬件实现来加速OFB模式的加密过程。
3.1.3.5 CRT
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。
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。能够以任意顺序处理分组，就以为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。错误与机密性
假设CTR模式的密文分组中有一个比特被反转了，则解密后明文分组中仅有与之对应的比特会被反转，这一错误不会放大，这一弱点和OFB模式是相同的。
在OFB模式中，如果对**流的一个分组进行加密后其结果碰巧和加密前是相同的，那么这一分组之后的**流就会变成同一值的不断反复。在CTR模式中就不存在这一问题。
3.1.3.6 比较
3.2 流加密
流加密是对数据流进行连续处理的一类密码算法。流密码中一般以1比特、8比特、或32比特等为单位进行加密和解密。常见的：RC4
注： 分组密码处理完一个分组就结束了，因此不需要通过内部状态来记录加密的进度；相对地，流密码是对一串数据进行连续处理，因此需要保持内部状态。
4 非对称加密
4.1 DH
4.2 RSA
4.3 DSA
4.4 ECC
5 摘要
6 应用
5.1 HMAC
5.2 数字签名
5.3 数字信封
5.4 数字证书
5.5 X500
5.6 PKI体系
版权声明： 未经作者允许，严禁用于商业出版，否则追究法律责任。网络转载请注明出处，这是对原创者的起码的尊重！！！