常用加密算法

撑续远
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哈希算法

哈希算法也叫哈希函数、散列函数或摘要算法，它的作用是对任意长度的数据生成一个固定长度的唯一标识，也叫哈希值、散列值或消息摘要（后文统称为哈希值）。 哈希值的作用是可以用来验证数据的完整性和一致性。

这种算法的特点是不可逆：

  • 不能从哈希值还原出原始数据。
  • 原始数据的任何改变都会导致哈希值的巨大变化。

哈希算法主要下面几类：

  • MD（Message Digest，消息摘要算法）：比如 MD5。

  • SHA（Secure Hash Algorithm，安全哈希算法）：比如 SHA-1、SHA-256。

  • MAC（Message Authentication Code，消息认证码算法）：比如 HMAC(Hash Message Authentication Code)。

  • 其他：国密算法（SM3）、密码哈希算法（Bcrypt）。

国密算法常见的如 SM2、SM3、SM4，其中 SM2 为非对称加密算法，SM4 为对称加密算法，SM3 为哈希算法。

哈希算法一般是不需要密钥的，但也存在部分特殊哈希算法需要密钥。例如，MAC 算法就是一种基于密钥的哈希算法，它在哈希算法的基础上增加了一个密钥，使得只有知道密钥的人才能验证数据的完整性和来源。

MD

MD 算法有多个版本，包括 MD2、MD4、MD5 等，其中 MD5 是最常用的版本，它可以生成一个 128 位（16 字节）的哈希值。从安全性上说：MD5 > MD4 > MD2。除了这些版本，还有一些基于 MD4 或 MD5 改进的算法，如 RIPEMD、HAVAL 等。

即使是最安全 MD 算法 MD5 也存在被破解的风险，攻击者可以通过暴力破解或彩虹表攻击等方式，找到与原始数据相同的哈希值，从而破解数据。

为了增加破解难度，通常可以选择加盐。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，让哈希后的结果和使用原始密码的哈希结果不相符，这种过程称之为“加盐”。

SHA

SHA（Secure Hash Algorithm）系列算法是一组密码哈希函数，用于将任意长度的数据映射为固定长度的哈希值。SHA 系列算法由美国国家安全局（NSA）于 1993 年设计，目前共有 SHA-1、SHA-2、SHA-3 三种版本。

SHA-1 算法将任意长度的数据映射为 160 位的哈希值。然而，SHA-1 算法存在一些严重的缺陷，比如安全性低，容易受到碰撞攻击和长度扩展攻击。因此，SHA-1 算法已经不再被推荐使用。 SHA-2 家族（如 SHA-256、SHA-384、SHA-512 等）和 SHA-3 系列是 SHA-1 算法的替代方案，它们都提供了更高的安全性和更长的哈希值长度。 SHA-2 家族是在 SHA-1 算法的基础上改进而来的，它们采用了更复杂的运算过程和更多的轮次，使得攻击者更难以通过预计算或巧合找到碰撞。

为了寻找一种更安全和更先进的密码哈希函数，美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，简称 NIST）在 2007 年公开征集 SHA-3 的候选算法。NIST 一共收到了 64 个算法方案，经过多轮的评估和筛选，最终在 2012 年宣布 Keccak 算法胜出，成为 SHA-3 的标准算法（SHA-3 与 SHA-2 算法没有直接的关系）。 Keccak 算法具有与 MD 和 SHA-1/2 完全不同的设计思路，即海绵结构（Sponge Construction），使得传统攻击方法无法直接应用于 SHA-3 的攻击中（能够抵抗目前已知的所有攻击方式包括碰撞攻击、长度扩展攻击、差分攻击等）。

由于 SHA-2 算法还没有出现重大的安全漏洞，而且在软件中的效率更高，所以大多数人还是倾向于使用 SHA-2 算法。

相比 MD5 算法，SHA-2 算更强，主要有两个原因：

  • 哈希值长度更长：例如 SHA-256 算法的哈希值长度为 256 位，而 MD5 算法的哈希值长度为 128 位，这就提高了攻击者暴力破解或者彩虹表攻击的难度。
  • 更强的碰撞抗性：SHA 算法采用了更复杂的运算过程和更多的轮次，使得攻击者更难以通过预计算或巧合找到碰撞。目前还没有找到任何两个不同的数据，它们的 SHA-256 哈希值相同。

当然，SHA-2 也不是绝对安全的，也有被暴力破解或者彩虹表攻击的风险，所以，在实际的应用中，加盐还是必不可少的。

对称加密

对称加密算法是指加密和解密使用同一个密钥的算法，也叫共享密钥加密算法。 常见的对称加密算法有 DES、3DES、AES 等。

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非对称加密

非对称加密算法是指加密和解密使用不同的密钥的算法，也叫公开密钥加密算法。这两个密钥互不相同，一个称为公钥，另一个称为私钥。公钥可以公开给任何人使用，私钥则要保密。

如果用公钥加密数据，只能用对应的私钥解密（加密）；如果用私钥加密数据，只能用对应的公钥解密（签名）。这样就可以实现数据的安全传输和身份认证。

image.png 常见的非对称加密算法有 RSA、DSA、ECC 等

RSA

RSA（Rivest–Shamir–Adleman algorithm）算法是一种基于大数分解的困难性的非对称加密算法，它需要选择两个大素数作为私钥的一部分，然后计算出它们的乘积作为公钥的一部分。

RSA 算法的安全性依赖于大数分解的难度，目前已经有 512 位和 768 位的 RSA 公钥被成功分解，因此建议使用 2048 位或以上的密钥长度。

RSA 算法的优点是简单易用，可以用于数据加密和数字签名；缺点是运算速度慢，不适合大量数据的加密。

RSA 算法是是目前应用最广泛的非对称加密算法，像 SSL/TLS、SSH 等协议中就用到了 RSA 算法。

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