加密算法(DES,AES,RSA,MD5,SHA1,Base64)比較和項目應用

加密技術通常分為兩大類:"對稱式"和"非對稱式"。

對稱性加密算法：對稱式加密就是加密和解密使用同一個密鑰。信息接收雙方都需事先知道密匙和加解密算法且其密匙是相同的，之後便是對數據進行加解密了。對稱加密算法用來對敏感數據等信息進行加密。

非對稱算法：非對稱式加密就是加密和解密所使用的不是同一個密鑰，通常有兩個密鑰，稱為"公鑰"和"私鑰"，它們兩個必需配對使用，否則不能打開加密文件。發送雙方A,B事先均生成一堆密匙，然後A將自己的公有密匙發送給B，B將自己的公有密匙發送給A，如果A要給B發送消 息，則先需要用B的公有密匙進行消息加密，然後發送給B端，此時B端再用自己的私有密匙進行消息解密，B向A發送消息時為同樣的道理。

 

散列算法：散列算法，又稱哈希函數，是一種單向加密算法。在信息安全技術中，經常需要驗證消息的完整性，散列(Hash)函數提供了這一服務，它對不同長度的輸入消息，產生固定長度的輸出。這個固定長度的輸出稱為原輸入消息的"散列"或"消息摘要"(Message digest)。散列算法不算加密算法，因為其結果是不可逆的，既然是不可逆的，那麼當然不是用來加密的，而是簽名。

對稱性加密算法有：AES、DES、3DES

用途：對稱加密算法用來對敏感數據等信息進行加密

DES（Data Encryption Standard）：數據加密標準，速度較快，適用於加密大量數據的場合。

3DES（Triple DES）：是基於DES，對一塊數據用三個不同的密鑰進行三次加密，強度更高。

AES（Advanced Encryption Standard）：高級加密標準，是下一代的加密算法標準，速度快，安全級別高；AES是一個使用128為分組塊的分組加密算法，分組塊和128、192或256位的密鑰一起作為輸入，對4×4的字節數組上進行操作。眾所周之AES是種十分高效的算法，尤其在8位架構中，這源於它面向字節的設計。AES 適用於8位的小型單片機或者普通的32位微處理器,並且適合用專門的硬體實現，硬體實現能夠使其吞吐量（每秒可以到達的加密/解密bit數）達到十億量級。同樣，其也適用於RFID系統。

 

非對稱性算法有：RSA、DSA、ECC

RSA：由 RSA 公司發明，是一個支持變長密鑰的公共密鑰算法，需要加密的文件塊的長度也是可變的。RSA在國外早已進入實用階段，已研製出多種高速的RSA的專用晶片。

DSA（Digital Signature Algorithm）：數字簽名算法，是一種標準的 DSS（數字簽名標準），嚴格來說不算加密算法。

ECC（Elliptic Curves Cryptography）：橢圓曲線密碼編碼學。ECC和RSA相比，具有多方面的絕對優勢，主要有：抗攻擊性強。相同的密鑰長度，其抗攻擊性要強很多倍。計算量小，處理速度快。ECC總的速度比RSA、DSA要快得多。存儲空間占用小。ECC的密鑰尺寸和系統參數與RSA、DSA相比要小得多，意味著它所占的存貯空間要小得多。這對於加密算法在IC卡上的應用具有特別重要的意義。帶寬要求低。當對長消息進行加解密時，三類密碼系統有相同的帶寬要求，但應用於短消息時ECC帶寬要求卻低得多。帶寬要求低使ECC在無線網絡領域具有廣泛的應用前景。

 

散列算法（簽名算法）有：MD5、SHA1、HMAC

用途：主要用於驗證，防止信息被修。具體用途如：文件校驗、數字簽名、鑒權協議

MD5：MD5是一種不可逆的加密算法，目前是最牢靠的加密算法之一，尚沒有能夠逆運算的程序被開發出來，它對應任何字符串都可以加密成一段唯一的固定長度的代碼。

SHA1：是由NISTNSA設計為同DSA一起使用的，它對長度小於264的輸入，產生長度為160bit的散列值，因此抗窮舉(brute-force)性更好。SHA-1設計時基於和MD4相同原理,並且模仿了該算法。SHA-1是由美國標準技術局（NIST）頒布的國家標準，是一種應用最為廣泛的Hash函數算法，也是目前最先進的加密技術，被政府部門和私營業主用來處理敏感的信息。而SHA-1基於MD5，MD5又基於MD4。

HMAC：是密鑰相關的哈希運算消息認證碼（Hash-based Message Authentication Code）,HMAC運算利用哈希算法，以一個密鑰和一個消息為輸入，生成一個消息摘要作為輸出。也就是說HMAC是需要一個密鑰的。所以，HMAC_SHA1也是需要一個密鑰的，而SHA1不需要。

 

其他常用算法：

Base64：其實不是安全領域下的加密解密算法，只能算是一個編碼算法，通常用於把二進位數據編碼為可寫的字符形式的數據，對數據內容進行編碼來適合傳輸(可以對img圖像編碼用於傳輸)。這是一種可逆的編碼方式。編碼後的數據是一個字符串，其中包含的字符為：A-Z、a-z、0-9、+、/，共64個字符(26 + 26 + 10 + 1 + 1 = 64，其實是65個字符，「=」是填充字符。Base64要求把每三個8Bit的字節轉換為四個6Bit的字節(3*8 = 4*6 = 24)，然後把6Bit再添兩位高位0，組成四個8Bit的字節，也就是說，轉換後的字符串理論上將要比原來的長1/3。原文的字節最後不夠3個的地方用0來補足，轉換時Base64編碼用=號來代替。這就是為什麼有些Base64編碼會以一個或兩個等號結束的原因，中間是不可能出現等號的，但等號最多只有兩個。其實不用"="也不耽誤解碼，之所以用"="，可能是考慮到多段編碼後的Base64字符串拼起來也不會引起混淆。)

 

Base64編碼是從二進位到字符的過程，像一些中文字符用不同的編碼轉為二進位時，產生的二進位是不一樣的，所以最終產生的Base64字符也不一樣。例如"上網"對應utf-8格式的Base64編碼是"5LiK572R"， 對應GB2312格式的Base64編碼是"yc/N+A=="。

標準的Base64並不適合直接放在URL里傳輸，因為URL編碼器會把標準Base64中的「/」和「+」字符變為形如「%XX」的形式，而這些「%」號在存入資料庫時還需要再進行轉換，因為ANSI SQL中已將「%」號用作通配符。

為解決此問題，可採用一種用於URL的改進Base64編碼，它不在末尾填充'='號，並將標準Base64中的「+」和「/」分別改成了「-」和「_」，這樣就免去了在URL編解碼和資料庫存儲時所要作的轉換，避免了編碼信息長度在此過程中的增加，並統一了資料庫、表單等處對象標識符的格式。

另有一種用於正則表達式的改進Base64變種，它將「+」和「/」改成了「!」和「-」，因為「+」，「*」以及前面在IRCu中用到的「[」和「]」在正則表達式中都可能具有特殊含義。

 

此外還有一些變種，它們將「+/」改為「_-」或「._」（用作程式語言中的標識符名稱）或「.-」（用於XML中的Nmtoken）甚至「_:」（用於XML中的Name）。

​HTTPS（全稱：Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全為目標的HTTP通道，簡單講是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL層，HTTPS的安全基礎是SSL(SSL使用40 位關鍵字作為RC4流加密算法，這對於商業信息的加密是合適的。)，因此加密的詳細內容就需要SSL。https:URL表明它使用了HTTP，但HTTPS存在不同於HTTP的默認埠及一個加密/身份驗證層（在HTTP與TCP之間），提供了身份驗證與加密通訊方法，現在它被廣泛用於全球資訊網上安全敏感的通訊，例如交易支付方面。它的主要作用可以分為兩種：一種是建立一個信息安全通道，來保證數據傳輸的安全；另一種就是確認網站的真實性。

 

項目應用總結：

1. 加密算法是可逆的，用來對敏感數據進行保護。散列算法(簽名算法、哈希算法)是不可逆的，主要用於身份驗證。

2. 對稱加密算法使用同一個密匙加密和解密，速度快，適合給大量數據加密。對稱加密客戶端和服務端使用同一個密匙，存在被抓包破解的風險。

3. 非對稱加密算法使用公鑰加密，私鑰解密，私鑰簽名，公鑰驗簽。安全性比對稱加密高，但速度較慢。非對稱加密使用兩個密匙，服務端和客戶端密匙不一樣，私鑰放在服務端，黑客一般是拿不到的，安全性高。

4. Base64不是安全領域下的加解密算法，只是一個編碼算法，通常用於把二進位數據編碼為可寫的字符形式的數據，特別適合在http，mime協議下的網絡快速傳輸數據。UTF-8和GBK中文的Base64編碼結果是不同的。採用Base64編碼不僅比較簡短，同時也具有不可讀性，即所編碼的數據不會被人用肉眼所直接看到，但這種方式很初級，很簡單。Base64可以對圖片文件進行編碼傳輸。

5. https協議廣泛用於全球資訊網上安全敏感的通訊，例如交易支付方面。它的主要作用可以分為兩種：一種是建立一個信息安全通道，來保證數據傳輸的安全；另一種就是確認網站的真實性。

6. 大量數據加密建議採用對稱加密算法，提高加解密速度；小量的機密數據，可以採用非對稱加密算法。在實際的操作過程中，我們通常採用的方式是：採用非對稱加密算法管理對稱算法的密鑰，然後用對稱加密算法加密數據，這樣我們就集成了兩類加密算法的優點，既實現了加密速度快的優點，又實現了安全方便管理密鑰的優點。

7. MD5標準密鑰長度128位（128位是指二進位位。二進位太長，所以一般都改寫成16進位，每一位16進位數可以代替4位二進位數，所以128位二進位數寫成16進位就變成了128/4=32位。16位加密就是從32位MD5散列中把中間16位提取出來）；sha1標準密鑰長度160位(比MD5摘要長32位)，Base64轉換後的字符串理論上將要比原來的長1/3。