用相同的密钥进行加密和解密
1. 一次性密码本（绝对不会被破译的密码）
一次性密码本又称维纳密码
即便用暴力破解法遍历整个密钥空间，一次性密码本也绝对无法被破解
原理：将明文与一串随机的比特序列进行XOR运算
解密就是加密的反向运算，即用密文和密钥进行XOR运算，就可以得到明文
一次性密码本是无法破译的，即便能够解密出来完整的字符也无法判断它是否是正确的明文
一次性密码本是无条件安全的，在理论上是无法破译的
但是在现实中很不实用，几乎没有人应用一次性密码本，原因如下：
- 密钥的配送：最大的问题在于密钥的配送
- 密钥的保存：密文无需保存，但密钥需要保存
- 密钥的重用：在一次性密码本中，绝对不能重用过去用过的随机比特序列
- 密钥的同步：发送者和接收者的密钥的比特序列不允许有任何错位，否则错位的比特后的所有信息都将无法解密
- 密钥的生成：需要生成大量的随机数，这里的随机数不是通过计算机程序生成的伪随机数，而必须是无重现性的真正随机数
因此，能够使用一次性密码本的，只有那些机密性重过一切，且可以花费大量财力和人力来生成并配送密钥的场合。所以，一次性密码本是一种几乎没有实用性的密码
2. DES
2.1 DES加密和解密
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，它的密钥长度是56比特
DES是以64比特的明文为一个单位来进行加密的，这个64比特的单位称为分组
以分组为单位进行处理的密码算法称为分组加密，DES就是分组密码的一种
DES每次只能加密64比特的数据，如果要加密的明文比较长，就需要对DES加密进行迭代（反复），迭代的具体方式就称为模式
下图为DES的加密与解密
2.2 DES的结构（Feistel网络）
DES的基本结构是由Horst Feistel设计的，因此也称为Feistel网络（Feistel network）、Feistel结构（Feistel structure）或者FeiStel密码（Feistel cipher）
在Feistel网络中，加密的各个步骤称为轮，整个加密过程就是进行若干次轮的循环
DES是一种16轮循环的Feistel网络，下图展现的是Feistel网络中一轮的计算流程：
- 将输入的数据等分为左右两部分
- 将输入的右侧直接发送到输出的右侧
- 将输入的右侧发送到轮函数
- 轮函数根据右侧数据和子密钥，计算出一串看上去是随机的比特序列
- 将上一步得到的比特序列与左侧数据进行XOR运算，并将结果作为加密后的左侧
子密钥只是一个局部密钥，只在一轮中使用
轮函数的作用是根据“右侧”和子密钥生成对“左侧”进行加密的比特序列，它是密码系统的核心
下图是3轮的Feistel网络加密：
用相同的子密钥运行两次Feistel网络就能够将数据还原，如下图所示：
下图是3轮的Feistel网络解密：
Feistel网络的解密操作只要按照相反的顺序来使用子密钥就可以完成，Feistel网络本身的结构，在加密和解密时都是完全相同的
Feistel网络的性质：
- Feistel网络的轮数可以任意增加
- 加密时无论使用任何函数作为轮函数都可以正确解密
- 加密和解密可以用完全相同的结构来实现
无论是任何轮数、任何轮函数，Feistel网络都可以用相同的结构实现加密和解密，且加密的结果必定能够正确解密
2.3 差分分析与线性分析
差分分析是一种针对分组密码的分析方法，改变一部分明文并分析密文如何随之改变。通过分析密文改变中所产生的偏差，可以获得破译密码的线索
线性分析是将明文和密文的一些对应比特进行XOR并计算结果为零的概率
差分分析和线性分析都有一个前提，就是假设密码破译者可以选择任意明文并得到其加密的结果，这种攻击方式称为选择明文攻击
3. 三重DES
DES已经可以在现实的时间内被暴力破解，因此需要一种用来代替DES的分组密码，三重DES就是出于这个目的被开发出来的。
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，也称TDEA，通常缩写为3DES
3.1 三重DES的加密
三重DES的加密机制如图所示：
明文经过三次DES处理才能变成最后的密文，由于DES密钥的长度实质上是56比特，因此三重DES的密钥长度是56×3=168比特；
三重DES是加密->解密->加密的过程，目的是为了让三重DES能够兼容普通的DES;
当三重DES中所有的密钥都相同时，三重DES也就等同于普通的DES了
三重DES对DES具备向下兼容性
如果密钥1和密钥3使用相同的密钥，而密钥2使用不同的密钥，这种三重DES就称为DES-EDE2
EDE表示的是加密->解密->加密这个流程
密钥1、密钥2、密钥3全部使用不同的比特序列的三重DES成为DES-EDE3
3.2 三重DES的解密
三重DES的解密过程和加密正好相反，是以密钥3、密钥2、密钥1的顺序执行解密->加密->解密的操作
如下图所示：
3.3 三重DES的现状
尽管三重DES目前还被银行等机构使用，但其处理速度不高，除了特别重视向下兼容性的情况以外，很少被用于新的用途。
4.AES的选定过程
AES是取代其前任标准DES而称为新的标准的一种对称密码算法
全世界的企业和密码学家提交了多个对称密码算法作为AES的候选，最终在2000年从这些候选算法中选出了一种名为Rigndael的对称密码算法，并将其确定为了AES。
通过竞争来实现标准化的方式，是密码算法选拔的正确方式。由世界最高水平的密码学家共同尝试破译，依然未能找到弱点，只有这样的事实才能够证明一种密码算法的强度。
5. Rijndael
Rijndael是由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen设计的分组密码算法，于2000年被选为新一代的标准密码算法——AES。
Rijndael的分组长度和密钥长度可以分别以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，分组长度固定为128比特，密钥长度只有128、192和256比特三种。
5.1 Rijndael的加密和解密
Rijndael算法也是由多个轮构成的，其中每一轮分为SubBytes、ShiftRows、MixColumns和AddRoundKey共4个步骤。
Rijndael使用了SPN结构。
Rijndael的输入分组为128比特，即16字节
- 首先，需要逐个字节地对16字节地输入数据进行SubBytes处理。
SubBytes就是以每个字节的值（0~255的任意值）为索引，从一张拥有256个值的替换表中查找出对应值的处理，如下图所示：
- SubBytes之后需要进行ShiftRows处理
这一步是将以4字节为单位的行（row）按照一定的规则向左平移，且每一行平移的字节数是不同的，如下图所示：- ShiftRows之后需要进行MixColumns处理。
这一步是对一个4字节的值进行比特运算，将其变为另外一个4字节值，如下图所示：- 最后，需要将MixColumns的输出与轮密钥进行XOR，即进行AddRoundKey处理。
下图所示为AddRoundKey中对其中1个字节进行处理的情形
此为Rijndael的一轮计算，实际上，在Rijndael中需要重复进行10~14轮计算。
我们输入的所有比特在一轮中都会被加密，所以加密所需的轮数就更少。
SubBytes、ShiftRows和MixColumns可以分别以字节、行和列为单位进行计算
在Rijndael的加密过程中，每一轮所进行的处理为：
SubBytes->ShiftRows->MixColumns->AddRoundKey
在解密时，则是按照相反的顺序来进行，即：
AddRoundKey->InvMixColumns->InvShiftRows->InvSubBytes
其中，AddRoundKey是与轮密钥进行XOR运算，因此这一步在加密和解密时是完全相同的，剩下的步骤中名字前面都带有Inv,表示与原始步骤相对应的逆运算。
InvMixColumns(混合列)：
InvShiftRows(平移行)：
InvSubBytes(逐字节替换)：
Rijndael的算法背后有着严谨的数学结构，也就是说从明文到密文的计算过程可以全部用公式来表达，这是以前任何密码算法都不具备的性质。
如果Rijndael的公式能够通过数学运算来求解，意味着Rijndael能够通过数学方法进行破译，这也为新的攻击方式的产生提供了可能。不过这只是一种假设，实际上到现在为止还没有出现针对Rijndael的有效攻击。
现在大家应该使用的是AES，因为它安全、快速，而且能够在各种平台上工作。
一般来说，我们不应该使用任何自制的密码算法，而是应该使用AES。因为AES在其选定过程中，经过了全世界密码学家所进行的高品质的验证工作，而对于自制的密码算法则很难进行这样的验证。
