对称密码算法概述
对称密码算法的基本原理
对称密码算法的基本原理
对称密码算法是一种使用相同的密钥对数据进行加密和解密的算法。
其基本原理是将明文按照一定规则和密钥进行计算，得到密文；将密文按照相同的规则和密钥进行计算，得到明文。
整个过程中，密钥起到了保密数据的作用。
对称密码算法的基本原理可以概括为以下几个步骤：
1. 密钥生成：通信双方在进行加密和解密之前需要共享一个密钥。
密钥可以通过随机数生成算法生成，也可以通过密钥交换协议在通信双方之间进行协商。
2. 加密过程：明文按照一定规则和密钥进行计算，生成密文。
加密算法的设计中通常包括替换、置换、混淆以及迭代等操作，以增强算法的安全性。
3. 解密过程：密文按照相同的规则和密钥进行计算，生成明文。
解密算法与加密算法相反，通过逆向的操作将密文还原为明文。
对称密码算法的优点是计算速度快、实现简单，适用于对大量数据进行加密和解密的场景。
然而，对称密码算法的缺点是通信双方需要提前共享密钥，密钥的管理和分发成为了一个安全性问题。
另外，对称密码算法也不适用于实现安全通信和存储，因为密钥的保密性无法得到保障。
为了解决这些问题，常常将对称密码算法与非对称密码算法相结合，使用非对称密码算法来保证密钥的安全性，然后使用对称密码算法来对通信数据进行加密和解密。
对称密码体制和非对称密码体制
对称密码体制和⾮对称密码体制⼀、对称加密 (Symmetric Key Encryption)对称加密是最快速、最简单的⼀种加密⽅式，加密（encryption）与解密（decryption）⽤的是同样的密钥（secret key）。
对称加密有很多种算法，由于它效率很⾼，所以被⼴泛使⽤在很多加密协议的核⼼当中。
⾃1977年美国颁布DES（Data Encryption Standard）密码算法作为美国数据加密标准以来，对称密码体制迅速发展，得到了世界各国的关注和普遍应⽤。
对称密码体制从⼯作⽅式上可以分为分组加密和序列密码两⼤类。
对称加密算法的优点：算法公开、计算量⼩、加密速度快、加密效率⾼。
对称加密算法的缺点：交易双⽅都使⽤同样钥匙，安全性得不到保证。
此外，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惟⼀钥匙，这会使得发收信双⽅所拥有的钥匙数量呈⼏何级数增长，密钥管理成为⽤户的负担。
对称加密算法在分布式⽹络系统上使⽤较为困难，主要是因为密钥管理困难，使⽤成本较⾼。
⽽与公开密钥加密算法⽐起来，对称加密算法能够提供加密和认证却缺乏了签名功能，使得使⽤范围有所缩⼩。
对称加密通常使⽤的是相对较⼩的密钥，⼀般⼩于256 bit。
因为密钥越⼤，加密越强，但加密与解密的过程越慢。
如果你只⽤1 bit来做这个密钥，那⿊客们可以先试着⽤0来解密，不⾏的话就再⽤1解；但如果你的密钥有1 MB⼤，⿊客们可能永远也⽆法破解，但加密和解密的过程要花费很长的时间。
密钥的⼤⼩既要照顾到安全性，也要照顾到效率，是⼀个trade-off。
分组密码：也叫块加密(block cyphers)，⼀次加密明⽂中的⼀个块。
是将明⽂按⼀定的位长分组，明⽂组经过加密运算得到密⽂组，密⽂组经过解密运算（加密运算的逆运算），还原成明⽂组，有 ECB、CBC、CFB、OFB 四种⼯作模式。
序列密码：也叫流加密(stream cyphers)，⼀次加密明⽂中的⼀个位。
说明对称密码算法和非对称密码算法的原理和优缺点
说明对称密码算法和非对称密码算法的原理和优缺点
对称密码算法：
原理：对称密码算法是一种加密算法，发送方和接收方使用相同的密钥进行加密和解密。
加密过程中，将明文按照一定的规则和算法进行混淆和置换，以产生密文。
解密过程中，使用相同的密钥和算法对密文进行逆向操作，还原出明文。
优点：
1. 加密和解密速度快，适用于大量数据的加密和解密操作。
2. 密钥长度相对较短，不占用过多的存储空间。
3. 实现简单，操作容易。
缺点：
1. 密钥的分发和管理较为困难，存在安全性问题。
2. 无法有效解决密钥传递问题，即如何确保密钥在发送和接收之间的安全传递。
非对称密码算法：
原理：非对称密码算法是一种加密算法，发送方和接收方使用不同的密钥进行加密和解密。
加密过程中，发送方使用接收方的公钥进行加密，接收方使用自己的私钥进行解密。
优点：
1. 安全性高，公钥可以随意公开，只有私钥持有者才能解密密文。
2. 解决了对称密码的密钥分发和管理问题。
缺点：
1. 加密和解密速度较慢，适用于少量数据的加密和解密操作。
2. 密钥长度相对较长，占用较多的存储空间。
3. 实现较为复杂，操作稍微复杂。
总结：
对称密码算法的优点在于速度快、实现简单，但安全性相对较低；非对称密码算法的优点在于安全性高，但加密和解密速度较慢、实现较为复杂。
因此，实际应用中常常采用对称密码算法和非对称密码算法的结合，即非对称密码算法用于密钥分发和管理，对称密码算法用于实际的数据加密和解密。
对称加密的概述及简单实现
对称加密的概述及简单实现⼀.什么是对称加密常见的加密⽅式分为三种：1.正向加密：如MD5，加密后密⽂固定，⽬前还没有办法破解，但是能够通过数据库撞库有⼀定概率找到，不过现在⼀般⽤这种⽅式加密都会加上盐值。
2.对称加密：通过⼀个固定的对称密钥，对需要传输的数据进⾏加密，速度快，但是安全性不⾼，主要⽤于企业级内部系统中数据传输。
3.⾮对称加密：N把公钥，⼀把私钥，私钥存放在服务器⼀⽅保管，公钥可以放在任意⼀个客户端，客户端向服务器请求的密⽂只有拿到了秘钥的服务器⼀端可以解密。
本⽂主要介绍对称加密。
对称加密是⼀种使⽤单钥密码系统的加密⽅法，同⼀个密钥可以同时⽤作信息的加密和解密。
由于其速度快，对称性加密通常在消息发送⽅需要加密⼤量数据时使⽤。
对称加密也称为密钥加密。
所谓对称，就是采⽤这种加密⽅法的双⽅使⽤⽅式⽤同样的密钥进⾏加密和解密。
密钥是控制加密和解密过程的指令。
算法是⼀组规则，规定如何进⾏加密和解密。
因此加密的安全性不仅取决于加密算法本⾝，密钥管理的安全性更是重要。
因为加密和解密都使⽤同⼀个密钥，如何把密钥安全地传递到解密者⼿上就成了必须要解决的问题。
⼆.什么是随机盐值wiki百科对盐值的介绍如下：盐（Salt），在密码学中，是指通过在密码任意固定位置插⼊特定的字符串，让散列后的结果和使⽤原始密码的散列结果不相符，这种过程称之为“加盐”。
安全因素通常情况下，当字段经过散列处理（如），会⽣成⼀段散列值，⽽散列后的值⼀般是⽆法通过特定算法得到原始字段的。
但是某些情况，⽐如⼀个⼤型的，通过在表中搜索该MD5值，很有可能在极短的时间内找到该散列值对应的真实字段内容。
加盐后的散列值，可以极⼤的降低由于⽤户数据被盗⽽带来的密码泄漏风险，即使通过彩虹表寻找到了散列后的数值所对应的原始内容，但是由于经过了加盐，插⼊的字符串扰乱了真正的密码，使得获得真实密码的概率⼤⼤降低。
实现原理：⽐如⽤户使⽤“abcd”这个字符串作为密码，经过MD5散列后得到了：E2FC714C4727EE9395F324CD2E7F331F但是由于⽤户密码较简单，短密码的散列结果很容易通过撞库破解。
aes对称密码算法
AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称密码算法，用于加密和解密数据。
它是目前广泛应用的加密算法之一，被用于保护敏感信息的安全性，比如在网络通信、存储数据和加密文件等方面。
以下是AES 对称密码算法的一些基本介绍：
1. 密钥长度：AES 支持不同的密钥长度，包括128 位、192 位和256 位。
密钥长度越长，加密强度越高，但相应地加密和解密的计算复杂度也会增加。
2. 块大小：AES 使用固定的128 位（16 字节）块大小进行加密和解密。
3. 轮数：AES 加密算法的轮数取决于密钥长度，分别为10 轮（128 位密钥）、12 轮（192 位密钥）和14 轮（256 位密钥）。
4. 加密过程：AES 加密过程包括字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加操作。
这些步骤的组合使得AES 具有较高的安全性和抗攻击性。
5. 解密过程：AES 解密过程是加密过程的逆过程，通过逆向的操作来还原原始数据。
AES 对称密码算法被广泛应用于许多加密应用中，因为它具有较高的安全性和性能。
然而，密钥管理和安全实现仍然是使用AES 加密时需要重点关注的问题。
总的来说，AES 对称密码算法是一种可靠的加密算法，可以有效地保护数据的机密性和完整性。
国密对称算法
国密对称算法（实用版）目录1.国密对称算法的概述2.国密对称算法的加密和解密过程3.国密对称算法的优势与应用场景4.我国国密对称算法的发展历程正文一、国密对称算法的概述国密对称算法，即国家密码局制定的对称加密算法，是一种在我国广泛应用的加密技术。
其特点是加密和解密使用相同的密钥，因此名为对称加密算法。
相较于非对称加密算法，对称加密算法具有更高的加密效率和安全性。
二、国密对称算法的加密和解密过程国密对称算法的加密过程分为以下几个步骤：1.首先，选取一个密钥，用于加密和解密数据。
2.将明文数据进行特定处理，如分组、填充等，得到待加密的数据。
3.使用密钥对待加密数据进行加密，得到密文数据。
解密过程与加密过程相反，使用密钥对密文数据进行解密，得到原始明文数据。
三、国密对称算法的优势与应用场景国密对称算法具有以下优势：1.加密速度快，效率高，适用于大量数据的加密和传输。
2.密钥管理简单，便于实现和部署。
3.算法成熟，经过长时间实践检验，具有较高的安全性。
因此，国密对称算法广泛应用于各种网络安全领域，如电子政务、电子商务、信息传输等。
四、我国国密对称算法的发展历程我国国密对称算法的发展经历了以下几个阶段：1.20 世纪 80 年代，我国开始研究对称加密算法，并逐步制定了一系列国家标准。
2.21 世纪初，我国在原有基础上，不断完善和优化国密对称算法，提高了算法性能和安全性。
3.近年来，随着互联网的普及和信息安全需求的提升，我国加大对国密对称算法的研发投入，推动其在各领域的广泛应用。
总之，国密对称算法作为一种重要的加密技术，在我国信息安全领域发挥着重要作用。
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对称密码的算法原理和应用
对称密码的算法原理和应用1. 什么是对称密码？对称密码，也叫作私钥密码或传统密码，是一种加密技术，使用相同的密钥（也称为私钥或对称密钥）进行加密和解密。
在对称密码中，发送方使用密钥将明文转换为密文，接收方使用同样的密钥将密文解密为明文。
对称密码算法通常分为分组密码和流密码两种。
1.1 分组密码分组密码是对明文按照一定长度进行分组，并对每个分组进行加密。
常见的分组密码算法有DES、AES和DESede等。
分组密码将明文分割为固定大小的块，然后对每个块进行加密。
这些块的大小通常为64位或128位。
1.2 流密码流密码是将明文和密钥一位一位地进行加密。
流密码通常通过将明文和密钥进行异或运算来实现加密。
常见的流密码算法有RC4和AES-CTR等。
2. 对称密码算法原理对称密码算法的原理主要基于替代和排列的概念。
下面介绍两种常见的对称密码算法原理。
2.1 替代密码算法替代密码算法使用一个替代表来替换明文中的字符。
最常见的替代密码算法是凯撒密码，它通过将明文中的每个字符向后移动固定的位置来进行加密。
其他的替代密码算法还包括单字母替代密码和多字母替代密码等。
2.2 移位密码算法移位密码算法将明文中的字符移动固定数量的位置来进行加密。
最常见的移位密码算法是凯撒密码，它将明文中的每个字符向后移动固定的位置进行加密。
3. 对称密码的应用对称密码被广泛应用于计算机网络和信息安全领域。
下面列举一些对称密码的应用场景。
3.1 数据加密对称密码常用于对敏感数据进行加密。
例如，当我们通过互联网发送或存储数据时，可以使用对称密码对数据进行加密，以防止第三方窃取或篡改数据。
3.2 身份验证对称密码还可以用于身份验证。
例如，在某些网络系统中，用户需要提供一个密码来验证其身份。
系统通过将用户提供的密码与预先存储的密码进行比较，以验证用户的身份。
3.3 数字签名对称密码算法也可以用于生成数字签名。
数字签名用于验证数据的来源和完整性。
发送方可以使用私钥对数据进行签名，接收方使用相同的密钥对签名进行验证。
常见对称加密算法
常见对称加密算法1、对称加密算法1.1 定义对称加密算法是应⽤较早的加密算法，技术成熟。
在对称加密算法中，数据发信⽅将明⽂（）和加密（mi yue）⼀起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密⽂发送出去。
收信⽅收到密⽂后，若想解读原⽂，则需要使⽤加密⽤过的及相同算法的逆算法对密⽂进⾏解密，才能使其恢复成可读明⽂。
在对称加密算法中，使⽤的只有⼀个，发收信双⽅都使⽤这个密钥对数据进⾏加密和解密，这就要求解密⽅事先必须知道加密密钥。
1.2 优缺点优点：算法公开、计算量⼩、加密速度快、加密效率⾼。
缺点：（1）交易双⽅都使⽤同样钥匙，安全性得不到保证。
（2）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惟⼀钥匙，这会使得发收信双⽅所拥有的钥匙数量呈⼏何级数增长，成为⽤户的负担。
对称加密算法在分布式⽹络系统上使⽤较为困难，主要是因为困难，使⽤成本较⾼。
1.3 常⽤对称加密算法基于“”的加密算法主要有DES、3DES（TripleDES）、AES、RC2、RC4、RC5和Blowfish等。
本⽂只介绍最常⽤的对称加密算法DES、3DES（TripleDES）和AES。
2、DES2.1 概述DES算法全称为Data Encryption Standard，即数据加密算法，它是IBM公司于1975年研究成功并公开发表的。
DES算法的⼊⼝参数有三个：Key、Data、Mode。
其中Key为8个字节共64位，是DES算法的⼯作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode 为DES的⼯作⽅式,有两种：加密或解密。
2.2 算法原理DES算法把64位的明⽂输⼊块变为64位的密⽂输出块，它所使⽤的密钥也是64位，其算法主要分为两步：（1）初始置换其功能是把输⼊的64位数据块按位重新组合,并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则为将输⼊的第58位换到第⼀位，第50位换到第2位......依此类推,最后⼀位是原来的第7位。
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DES算法流程
输入64比特明文数据
初始置换IP 在密钥控制下
16轮迭代 交换左右32比特 初始逆置换IP-1 输出64比特密文数据
L0 L1＝R0 L2＝R1
L15 L16＝R15
9
明文 IP Initial Permutation
R0
f
K1
R1＝L0 f
f
K2
R2＝L1 f
f
IP－1 密文
R15 K16
6
DES的产生和应用
❖1974年8月，NBS第二次征集，IBM提交LUCIFER算法
▪ 发明人：IBM公司 W. Tuchman 和 C. Meyer，（19711972）
▪ 基 础：1967年美国Horst Feistel提出的理论
❖1976年11月，采纳为联邦标准
▪批准用于非军事场合的各种政府机构。 ▪1977年1月15日，“数据加密标准”FIPS PUB 46发布。 ▪1979年，美国银行协会批准使用DES。 ▪1980年，ANSI同意DES作为私人使用的标准，称之为DEA （ANSI X.392） ▪1983年，ISO同意将DES作为国际标准，称之为DEA-1
13
IDEA算法
❖IDEA算法用了三种数学运算：
▪ 模216异或算法，常用 表示； ▪ 模216加法，表示为 X+Y=Z mod(216)；常用 表示； ▪ 模216+1 乘法，表示为 X*Y=Z mod(216＋1)；常用
表示；
❖IDEA 分组长度64比特 ，分4组，每组长度为16 比特，表示为：X1、X2、X3和X4 ❖密钥长度 128比特 ❖同一算法既可以加密，也可用于解密。 ❖软件实现IDEA比DES快两倍 ❖现在还没有资料证明它有什么弱点。
❖ 1990年，Xuejia Lai 和James Massey
▪第一版，PES（Proposed Encryption Standard）
❖为对抗差分攻击，修改算法增加强度，称为IPES。 ❖1992年改名IDEA。 ❖“依我看来，该算法是目前已公开的最好和最安 全的分组密码算法” ——《应用密码学》，p226。 ❖PGP中集成了IDEA算法。
m
DES
DES-1
cc
DES
DES-1 DES
m
DES-1
k1
k2
k3
k3
k2
k1
双密钥三重DES加密，密钥长度为112比特, k=k1k2
m
DES
DES-1
cc
DES
DES-1 DES
m
DES-1
k1
k2
k1
k1
k2
k1
12
国际数据加密算法（IDEA）
❖IDEA国际数据加密算法
▪International Data Encryption Algorithm
❖ 典型算法
▪ DES、3DES、AES、IDEA
▪ RC5、Twofish、CAST-256、MARS
3
数据加密标准（DES）
❖DES是一种对称密钥算法，密钥长度为56bits （加上奇偶校验，通常写成64bits）。
❖分组加密算法，64 bits为一个分组。
❖基本思想：
▪ 混乱（Confusion）
R16＝L15 f
DES解密过程
DES解密过程与加密过程完全相似，只不过将16次 迭代的子密钥顺序倒过来，即
m = DES-1(c) = IP-1 • T1•T2•.....T15 • T16 • IP(c)
可以证明，
DES-1 (DES (m) )=m
10
DES的强度
❖密钥长度 = 56比特 ❖强力攻击 = 尝试 次 ❖差分密码分析 = 尝试 次 ❖线性密码分析 = 尝试 次 （但是后两种攻击是不实用的）
对称密码算法概述
对称密码算法
❖理解对称分组加密算法的优缺点和应用场合 ❖理解DES、3DES、AES、IDEA的特点和历史背景 ❖了解DES、3DES算法的工作原理
2
对称分组加密通信模型
Oscar
明文x
密文y
明文x
Alice
加密机
解密机
Bob
密钥k
安全信道
密钥k
密钥源
加密目的： Alice和Bob在 不安全的信道 上进行通信， 而破译者 Oscar不能理 解他们通信的 内容。
❖1976年，耗资2000万美元的计算机，可以在一天中找到密钥。 ❖1993年，设计100万美元的计算机，3.5小时用穷举法找到密 钥。 ❖1998年，EFF宣布破译了DES算法，耗时不到三天时间，使用 的是25万美元的“DES破译机”。
11
三重DES（3DES ）
三重DES加密，密钥长度为168比特, k=k1k2k3
❖1998年8月12日，指定了15个候选算法。
❖1999年3月22日（第二次AES会议），候选名单减 少为5个（RC6，Rijndael，SERPENT，Twofish和 MARS）14源自高级数据加密标准（AES）
❖1997年4月15日，NIST征集高级加密标准 （Advanced Encryption Standard，AES）算法 ❖目的是确定一个非保密的、可以公开技术细节的、 全球免费使用的分组密码算法 ❖对AES的基本要求是
▪比三重DES快、至少与三重DES一样安全 ▪数据分组长度128比特、密钥长度128/192/256比特
5
DES征集
❖1973年5月15日，NBS开始公开征集标准加密算法，并公 布了它的设计要求:
▪ (1) 算法必须提供高度的安全性 ▪ (2) 算法必须有详细的说明，并易于理解 ▪ (3) 算法的安全性取决于密钥，不依赖于算法 ▪ (4) 算法适用于所有用户 ▪ (5) 算法适用于不同应用场合 ▪ (6) 算法必须高效、经济 ▪ (7) 算法必须能被证实有效 ▪ (8) 算法必须是可出口的
❖1998年12月以后，美国政府7 不再将DES作为联邦加密标准
DES 加密过程
首先把明文分成以64 bit为单位的块m，对于每 个m, 执行如下操作
DES(m)=IP-1 • T16 • T15 •..... T2 • T1 • IP(m) ▪ IP，IP-1 ：初始置换
▪ 16轮迭代 ▪ 子密钥生成
▪ 扩散（Diffusion）
❖使用标准的算术运算和逻辑运算。对称算法都是
用的这两种运算。
4
扩散 vs.混乱
❖扩散（Diffusion） ：将每一位明文数字的影响尽 可能地散布到多个输出密文数字中去，以更隐蔽明 文数字的统计特性。 ❖混乱（Confusion）：使得密文的统计特性与明 文、密钥之间的关系尽量复杂化。 Shannon称：在理想密码系统中，密文的所有统计 特性都与所使用的密钥独立。