加解密算法

前言

主要是国密算法相关的知识。

基础知识储备

加解密算法都有哪些？

加解密算法从大类上分为对称加密、非对称加密、摘要加密、消息认证、签名和验证、URL编码等等；

1. 对称加密主要分为：AES、DES和Sm4三种，特点是加解密都使用一个秘钥；
2. 非对称加密主要分为：SM2、RSA等等，特点是使用两个秘钥，一个加密一个解密；
3. 摘要加密主要分为：MD5、SHA1、SM3等等，特点是不可逆；
4. 消息认证和摘要思路类似，区别是有一个秘钥；
5. 签名和验证一般采用RSA，所以需要一对秘钥；
6. URL编码是前后端数据传输解决中文乱码或浏览器未知字符的常用手段。

什么是强/弱加解密算法/密钥？

弱加密算法

弱加密算法有：

1. 哈希算法：MD4、MD5、SHA1，可使用SM3替代
2. 对称加密算法：DES、AES CBC模式、AES ECB模式，可使用SM4、AES CBC模式+HMAC替代
3. 非对称加密算法：RSA1024、RSA nopadding，可使用SM2、SM9、RSA2048（需要使用RSA_PKCS1_OAEP_PADDING或OAEPPadding）替代

弱密钥

弱密钥指的是容易被破解的密码，如“123456”等非常常用的密码。强密码规则：密码要包含包含数字、字母和特殊字符，长度要求8以上。

什么是SM4算法？

SM4是国产的对称分组加密算法，通过128位的密钥对数据进行加密或解密，其特点是效率高，适合硬件实现。特别是在移动通信和物联网等场景中，它的使用日益广泛。

SM4的加解密过程？

加密过程

SM4算法的加密过程，分为明文分块、密钥扩展、轮加密、输出状态、返回密文五个步骤：

1. 明文分块：将输入的明文分成每个8字节（64位）一块，存储在名为cipher的字符串数组中的前四个元素中。
2. 密钥扩展：调用KeyExtension函数生成轮密钥，将生成的轮密钥存储在名为rks的字符串中。
3. 轮加密：循环执行32轮的加密操作。在每一轮中，进行一系列的XOR和T运算，然后将结果存储在cipher数组中的相应位置。
4. 输出状态：在每一轮加密后，输出当前轮轮密钥和输出状态。
5. 返回密文：最后，将最后一轮的输出状态连接起来，形成最终的密文，并将其作为函数的返回值。

解密过程

SM4算法的解密过程，分为密文分块、密钥扩展、轮解密和输出状态、返回明文五个步骤：

1. 密文分块：将输入的密文分成每个8字节（64位）一块，存储在名为plain的字符串数组中的前四个元素中。
2. 密钥扩展：调用KeyExtension函数生成轮密钥，将生成的轮密钥存储在名为rks的字符串中。
3. 轮解密：循环执行32轮的解密操作。在每一轮中，进行一系列的XOR和T运算，然后将结果存储在plain数组中的相应位置。
4. 输出状态：在每一轮解密后，输出当前轮的轮密钥和输出状态。
5. 返回明文：最后，将最后一轮的输出状态连接起来，形成最终的明文，并将其作为函数的返回值。

SM4的工作模式是什么？

SM4的核心加密过程是基于分组的，但在实际应用中，数据往往不是单个固定的128位分组，因此需要结合不同的工作模式来处理任意长度的数据块。工作模式定义了如何将数据分块，并控制加密块之间的依赖性。

SM4都有哪些工作模式？

1. ECB（ 电子密码本模式 ） ：ECB将明文划分为独立的128位分组，对每个分组独立进行加密。它简单但安全性较低，适合结构化数据。
2. CBC（ 密码分组链接模式 ）：CBC 通过引入链式依赖来提高安全性。它将每个明文块与前一个密文块异或后再进行加密，第一个分组需要一个初始化向量（IV）来开始链式加密。它具有良好的安全性，适合大多数应用。
3. CFB（ 加密反馈模式 ） ：CFB是一种流模式，允许加密不满128位的数据块。CFB的基本思想是，先将初始化向量加密，然后将输出与明文进行异或操作生成密文。
4. OFB（ 输出反馈模式 ） ：OFB与CFB类似，但加密过程不依赖于前一个密文块。OFB通过将上一个加密结果作为输入，生成伪随机流。
5. CTR（ 计数器模式 ）： 通过计数器生成伪随机流，每个分组的加密是独立的，因此可以并行处理，且是安全的。
6. GCM：GCM是一种结合了CTR模式和身份验证的加密模式。它提供了加密和认证功能，适合对数据进行加密时也需要验证数据完整性（对安全性要求极高）的场景。

什么是SM2算法？

SM2算法是国产的非对称加密算法，采用椭圆曲线密码体系，适用于数字签名、密钥交换和公钥加密等场景。

SM2算法的主要特点如下：

1. 安全性高：SM2算法基于椭圆曲线离散对数问题，具有较高的安全性。
2. 算法效率高：SM2算法的计算量相对较小，适合在资源受限的环境中使用。
3. 适用性广泛：SM2算法可用于数字签名、密钥交换和公钥加密等多种密码应用场景。
4. 算法标准化：SM2算法已被国际电信联盟（ITU-T）和国际标准化组织（ISO）认可为国际标准。

SM2的算法步骤？

1. 密钥生成： 首先，选择一个椭圆曲线和基点。然后，用户随机生成一个私钥，并计算公钥。
2. 加密：使用公钥加密原文
3. 解密：使用私钥解密密文
4. 签名：使用私钥对数据进行签名
5. 验签：使用公钥验证签名

业务相关问题

你的数据都各自用了什么加密方式？

• 姓名、证件号码、手机号等敏感数据使用SM4对称加密；
• 前后端接口数据传递使用SM2非对称加密。
• 前端向后端数据传输先进行URL编码，后端接收数据后URL解码。

非对称加密在你的项目中有什么作用？

1. 安全通信：数据传输过程中不被窃取或篡改。
2. 密钥交换：适用于需要双方分别保管密钥的场景。
3. 数字签名：创建数字签名，验证文件或消息的完整性和来源的真实性。