今天给各位分享对称加密算法初始向量需要加密的知识，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站。
加密和解密使用相同的秘钥称为对称加密。
DES：已经淘汰
3DES：相对于DES有所加强，但是仍然存在较大风险
aes：全新的对称加密算法。
特点决定使用场景，对称加密拥有如下特点：
速度快，可用于频率很高的加密场景。
使用同一个秘钥进行加密和解密。
可选按照128、192、256位为一组的加密方式，加密后的输出值为所选分组位数的倍数。密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同，加密强度也更强。
例如：
aes加密结果的长度由原字符串长度决定：一个字符为1byte=4bit，一个字符串为n+1byte，因为最后一位为'\0'，所以当字符串长度小于等于15时，aes128得到的16进制结果为32位，也就是32 4=128byte，当长度超过15时，就是64位为128 2byte。
因为对称加密速度快的特点，对称加密被广泛运用在各种加密场所中。但是因为其需要传递秘钥，一旦秘钥被截获或者泄露，其加密就会玩完全破解，所以aes一般和RSA一起使用。
因为RSA不用传递秘钥，加密速度慢，所以一般使用RSA加密aes中锁使用的秘钥后，再传递秘钥，保证秘钥的安全。秘钥安全传递成功后，一直使用aes对会话中的信息进行加密，以此来解决aes和RSA的缺点并完美发挥两者的优点，其中相对经典的例子就是HTTPS加密，后文会专门研究。
本文针对ECB模式下的aes算法进行大概讲解，针对每一步的详细算法不再该文讨论范围内。
128位的明文被分成16个字节的明文矩阵，然后将明文矩阵转化成状态矩阵，以“abcdefghijklmnop”的明文为例：
同样的，128位密钥被分成16组的状态矩阵。与明文不同的是，密文会以列为单位，生成最初的4x8x4=128的秘钥，也就是一个组中有4个元素，每个元素由每列中的4个秘钥叠加而成，其中矩阵中的每个秘钥为1个字节也就是8位。
生成初始的w[0]、w[1]、w[2]、w[3]原始密钥之后，通过密钥编排函数，该密钥矩阵被扩展成一个44个组成的序列W[0],W[1], … ,W[43]。该序列的前4个元素W[0],W[1],W[2],W[3]是原始密钥，用于加密运算中的初始密钥加，后面40个字分为10组，每组4个32位的字段组成，总共为128位，分别用于10轮加密运算中的轮密钥加密，如下图所示：
之所以把这一步单独提出来，是因为ECB和CBC模式中主要的区别就在这一步。
ECB模式中，初始秘钥扩展后生成秘钥组后(w0-w43)，明文根据当前轮数取出w[i,i+3]进行加密操作。
CBC模式中，则使用前一轮的密文(明文加密之后的值)和当前的明文进行异或操作之后再进行加密操作。如图所示：
根据不同位数分组，官方推荐的加密轮数：
轮操作加密的第1轮到第9轮的轮函数一样，包括4个操作：字节代换、行位移、列混合和轮密钥加。最后一轮迭代不执行列混合。
当第一组加密完成时，后面的组循环进行加密操作知道所有的组都完成加密操作。
一般会将结果转化成base64位，此时在iOS中应该使用base64编码的方式进行解码操作，而不是UTF-8。
base64是一种编码方式，常用语传输8bit字节码。其编码原理如下所示：
将原数据按照3个字节取为一组，即为3x8=24位
将3x8=24的数据分为4x6=24的数据，也就是分为了4组
将4个组中的数据分别在高位补上2个0，也就成了8x4=32，所以原数据增大了三分之一。
根据base64编码表对数据进行转换，如果要编码的二进制数据不是3的倍数，最后会剩下1个或2个字节怎么办，Base64用\x00字节在末尾补足后，再在编码的末尾加上1个或2个=号，表示补了多少字节，解码的时候，会自动去掉。
举个栗子：Man最后的结果就是TWFu。
计算机中所有的数据都是以0和1的二进制来存储，而所有的文字都是通过ascii表转化而来进而显示成对应的语言。但是ascii表中存在许多不可见字符，这些不可见字符在数据传输时，有可能经过不同硬件上各种类型的路由，在转义时容易发生错误，所以规定了64个可见字符（a-z、A-Z、0-9、+、/）,通过base64转码之后，所有的二进制数据都是可见的。
ECB和CBC是两种加密工作模式。其相同点都是在开始轮加密之前，将明文和密文按照128/192/256进行分组。以128位为例，明文和密文都分为16组，每组1个字节为8位。
ECB工作模式中，每一组的明文和密文相互独立，每一组的明文通过对应该组的密文加密后生成密文，不影响其他组。
CBC工作模式中，后一组的明文在加密之前先使用前一组的密文进行异或运算后再和对应该组的密文进行加密操作生成密文。
为简单的分组加密。将明文和密文分成若干组后，使用密文对明文进行加密生成密文
CBC
加密：
解密：
1、3DES算法
3DES（即Triple DES）是DES向aes过渡的加密算法（1999年，NIST将3-DES指定为过渡的加密标准），加密算法，其具体实现如下：设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，K代表DES算法使用的密钥，M代表明文，C代表密文，这样：
3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(M)))
3DES解密过程为：M=Dk1(EK2(Dk3(C)))
2、Blowfish算法
BlowFish算法用来加密64Bit长度的字符串。
BlowFish算法使用两个“盒”——unsignedlongpbox[18]和unsignedlongsbox[4,256]。
BlowFish算法中，有一个核心加密函数:BF_En(后文详细介绍）。该函数输入64位信息，运算后，以64位密文的形式输出。用BlowFish算法加密信息，需要两个过程：密钥预处理和信息加密。
分别说明如下：
密钥预处理：
BlowFish算法的源密钥——pbox和sbox是固定的。我们要加密一个信息，需要自己选择一个key，用这个key对pbox和sbox进行变换，得到下一步信息加密所要用的key_pbox和key_sbox。具体的变化算法如下：
1)用sbox填充key_sbox
2)用自己选择的key8个一组地去异或pbox，用异或的结果填充key_pbox。key可以循环使用。
比如说：选的key是"abcdefghijklmn"。则异或过程为：
key_pbox[0]=pbox[0]abcdefgh；
key_pbox[1]=pbox[1]ijklmnab；
…………
…………
如此循环，直到key_pbox填充完毕。
3)用BF_En加密一个全0的64位信息，用输出的结果替换key_pbox[0]和key_pbox[1],i=0；
4)用BF_En加密替换后的key_pbox,key_pbox[i+1]，用输出替代key_pbox[i+2]和key_pbox[i+3]；
5)i+2，继续第4步，直到key_pbox全部被替换；
6)用key_pbox[16]和key_pbox[17]做首次输入（相当于上面的全0的输入），用类似的方法，替换key_sbox信息加密。
信息加密就是用函数把待加密信息x分成32位的两部分:xL,xRBF_En对输入信息进行变换。
3、RC5算法
RC5是种比较新的算法，Rivest设计了RC5的一种特殊的实现方式，因此RC5算法有一个面向字的结构：RC5-w/r/b，这里w是字长其值可以是16、32或64对于不同的字长明文和密文块的分组长度为2w位，r是加密轮数，b是密钥字节长度。
扩展资料：
普遍而言，有3个独立密钥的3DES（密钥选项1）的密钥长度为168位（三个56位的DES密钥），但由于中途相遇攻击，它的有效安全性仅为112位。密钥选项2将密钥长度缩短到了112位，但该选项对特定的选择明文攻击和已知明文攻击的强度较弱，因此NIST认定它只有80位的安全性。
对密钥选项1的已知最佳攻击需要约2组已知明文，2部，2次DES加密以及2位内存（该论文提到了时间和内存的其它分配方案）。
这在现在是不现实的，因此NIST认为密钥选项1可以使用到2030年。若攻击者试图在一些可能的（而不是全部的）密钥中找到正确的，有一种在内存效率上较高的攻击方法可以用每个密钥对应的少数选择明文和约2次加密操作找到2个目标密钥中的一个。
参考资料来源：百度百科-3DES
参考资料来源：百度百科-BLOWFISH
参考资料来源：百度百科-RC5
加密模式(英文名称及简写)
中文名称
Electronic
Code
Book(ECB)
电子密码本模式
Cipher
Block
Chaining(CBC)
密码分组链接模式
Cipher
Feedback
Mode(CFB)
加密反馈模式
Output
Feedback
Mode(OFB)
输出反馈模式
ECB：最基本的加密模式，也就是通常理解的加密，相同的明文将永远加密成相同的密文，无初始向量，容易受到密码本重放攻击，一般情况下很少用。
CBC：明文被加密前要与前面的密文进行异或运算后再加密，因此只要选择不同的初始向量，相同的密文加密后会形成不同的密文，这是目前应用最广泛的模式。CBC加密后的密文是上下文相关的，但明文的错误不会传递到后续分组，但如果一个分组丢失，后面的分组将全部作废(同步错误)。
CFB：类似于自同步序列密码，分组加密后，按8位分组将密文和明文进行移位异或后得到输出同时反馈回移位寄存器，优点最小可以按字节进行加解密，也可以是n位的，CFB也是上下文相关的，CFB模式下，明文的一个错误会影响后面的密文(错误扩散)。
OFB：将分组密码作为同步序列密码运行，和CFB相似，不过OFB用的是前一个n位密文输出分组反馈回移位寄存器，OFB没有错误扩散问题。
加密的原因：保证数据安全
加密必备要素：1、明文/密文 2、秘钥 3、算法
秘钥：在密码学中是一个定长的字符串、需要根据加密算法确定其长度
加密算法解密算法一般互逆、也可能相同
常用的两种加密方式：
对称加密：秘钥：加密解密使用同一个密钥、数据的机密性双向保证、加密效率高、适合加密于大数据大文件、加密强度不高(相对于非对称加密)
非对称加密：秘钥：加密解密使用的不同秘钥、有两个密钥、需要使用密钥生成算法生成两个秘钥、数据的机密性只能单向加密、如果想解决这个问题、双向都需要各自有一对秘钥、加密效率低、加密强度高
公钥：可以公开出来的密钥、公钥加密私钥解密
私钥：需要自己妥善保管、不能公开、私钥加密公钥解密
安全程度高：多次加密
按位异或运算
凯撒密码：加密方式 通过将铭文所使用的字母表按照一定的字数平移来进行加密
mod：取余
加密三要素：明文/密文(字母)、秘钥(3)、算法(向右平移3/-3)
安全常识：不要使用自己研发的算法、不要钻牛角尖、没必要研究底层实现、了解怎么应用；低强度的密码比不进行任何加密更危险；任何密码都会被破解；密码只是信息安全的一部分
保证数据的机密性、完整性、认证、不可否认性
计算机操作对象不是文字、而是由0或1排列而成的比特序列、程序存储在磁盘是二进制的字符串、为比特序列、将现实的东西映射为比特序列的操作称为编码、加密又称之为编码、解密称之为解码、根据ASCII对照表找到对应的数字、转换成二进制
三种对称加密算法：DES\3DES\ aes
DES：已经被破解、除了用它来解密以前的明文、不再使用
密钥长度为56bit/8、为7byte、每隔7个bit会设置一个用于错误检查的比特、因此实际上是64bit
分组密码(以组为单位进行处理)：加密时是按照一个单位进行加密(8个字节/64bit为一组)、每一组结合秘钥通过加密算法得到密文、加密后的长度不变
3DES:三重DES为了增加DES的强度、将DES重复三次所得到的一种加密算法 密钥长度24byte、分成三份 加密--解密--加密 目的：为了兼容DES、秘钥1秘钥2相同==三个秘钥相同 ---加密一次 密钥1秘钥3相同--加密三次 三个密钥不相同最好、此时解密相当于加密、中间的一次解密是为了有三个密钥相同的情况
此时的解密操作与加密操作互逆，安全、效率低
数据先解密后加密可以么？可以、解密相当于加密、加密解密说的是算法
aes：(首选推荐)底层算法为Rijndael 分组长度为128bit、密钥长度为128bit到256bit范围内就可以 但是在aes中、密钥长度只有128bit\192bit\256bit 在go提供的接口中、只能是16字节(128bit)、其他语言中秘钥可以选择
目前为止最安全的、效率高
底层算法
分组密码的模式：
按位异或、对数据进行位运算、先将数据转换成二进制、按位异或操作符^、相同为真、不同为假、非0为假 按位异或一次为加密操作、按位异或两次为解密操作：a和b按位异或一次、结果再和b按位异或
ECB : 如果明文有规律、加密后的密文有规律不安全、go里不提供该接口、明文分组分成固定大小的块、如果最后一个分组不满足分组长度、则需要补位
CBC：密码链
问题：如何对字符串进行按位异或？解决了ECB的规律可查缺点、但是他不能并行处理、最后一个明文分组也需要填充 、初始化向量长度与分组长度相同
CFB:密文反馈模式
不需要填充最后一个分组、对密文进行加密
OFB：
不需要对最后一组进行填充
CTR计数器:
不需要对最后一组进行填充、不需要初始化向量
Go中的实现
官方文档中：
在创建aes或者是des接口时都是调用如下的方法、返回的block为一个接口
func NewCipher(key [] byte ) ( cipher . Block , error )
type Block interface {
// 返回加密字节块的大小
BlockSize() int
// 加密src的第一块数据并写入dst，src和dst可指向同一内存地址
Encrypt(dst, src []byte)
// 解密src的第一块数据并写入dst，src和dst可指向同一内存地址
Decrypt(dst, src []byte)
}
Block接口代表一个使用特定密钥的底层块加/解密器。它提供了加密和解密独立数据块的能力。
Block的Encrypt/Decrypt也能进行加密、但是只能加密第一组、因为aes的密钥长度为16、所以进行操作的第一组数据长度也是16
如果分组模式选择的是cbc
func NewCBCEncrypter(b Block, iv []byte) BlockMode 加密
func NewCBCDecrypter(b Block, iv []byte) BlockMode 解密
加密解密都调用同一个方法CryptBlocks()
并且cbc分组模式都会遇到明文最后一个分组的补充、所以会用到加密字节的大小
返回一个密码分组链接模式的、底层用b加密的BlockMode接口，初始向量iv的长度必须等于b的块尺寸。iv自己定义
返回的BlockMode同样也是一个接口类型
type BlockMode interface {
// 返回加密字节块的大小
BlockSize() int
// 加密或解密连续的数据块，src的尺寸必须是块大小的整数倍，src和dst可指向同一内存地址
CryptBlocks(dst, src []byte)
}
BlockMode接口代表一个工作在块模式（如CBC、ECB等）的加/解密器
返回的BlockMode其实是一个cbc的指针类型中的b和iv
# 加密流程:
1. 创建一个底层使用des/3des/aes的密码接口 "crypto/des" func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # -- des func NewTripleDESCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # -- 3des "crypto/aes" func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # == aes
2. 如果使用的是cbc/ecb分组模式需要对明文分组进行填充
3. 创建一个密码分组模式的接口对象 - cbc func NewCBCEncrypter(b Block, iv []byte) BlockMode # 加密 - cfb func NewCFBEncrypter(block Block, iv []byte) Stream # 加密 - ofb - ctr
4. 加密, 得到密文
流程：
填充明文：
先求出最后一组中的字节数、创建新切片、长度为新切片、值也为切片的长度、然后利用bytes.Reapet将长度换成字节切片、追加到原明文中
//明文补充
func padPlaintText(plaintText []byte,blockSize int)[]byte{
//1、求出需要填充的个数
padNum := blockSize-len(plaintText) % blockSize
//2、对填充的个数进行操作、与原明文进行合并
newPadding := []byte{byte(padNum)}
newPlain := bytes.Repeat(newPadding,padNum)
plaintText = append(plaintText,newPlain...)
return plaintText
}
去掉填充数据：
拿去切片中的最后一个字节、得到尾部填充的字节个数、截取返回
//解密后的明文曲调补充的地方
func createPlaintText(plaintText []byte,blockSize int)[]byte{
//1、得到最后一个字节、并将字节转换成数字、去掉明文中此数字大小的字节
padNum := int(plaintText[len(plaintText)-1])
newPadding := plaintText[:len(plaintText)-padNum]
return newPadding
}
des加密：
1、创建一个底层使用des的密码接口、参数为秘钥、返回一个接口
2、对明文进行填充
3、创建一个cbc模式的接口、需要创建iv初始化向量、返回一个blockmode对象
4、加密、调用blockmode中的cryptBlock函数进行加密、参数为目标参数和源参数
//des利用分组模式cbc进行加密
func EncryptoText(plaintText []byte,key []byte)[]byte{
//1、创建des对象
cipherBlock,err := des.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//2、对明文进行填充
newText := padPlaintText(plaintText,cipherBlock.BlockSize())
//3、选择分组模式、其中向量的长度必须与分组长度相同
iv := make([]byte,cipherBlock.BlockSize())
blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(cipherBlock,iv)
//4、加密
blockMode.CryptBlocks(newText,newText)
return newText
}
des解密：
1、创建一个底层使用des的密码接口、参数为秘钥、返回一个接口
2、创建一个cbc模式的接口、需要创建iv初始化向量，返回一个blockmode对象
3、加密、调用blockmode中的cryptBlock函数进行解密、参数为目标参数和源参数
4、调用去掉填充数据的方法
//des利用分组模式cbc进行解密
func DecryptoText(cipherText []byte, key []byte)[]byte{
//1、创建des对象
cipherBlock,err := des.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//2、创建cbc分组模式接口
iv := []byte("12345678")
blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(cipherBlock,iv)
//3、解密
blockMode.CryptBlocks(cipherText,cipherText)
//4、将解密后的数据进行去除填充的数据
newText := clearPlaintText(cipherText,cipherBlock.BlockSize())
return newText
}
Main函数调用
func main(){
//需要进行加密的明文
plaintText := []byte("CBC--密文没有规律、经常使用的加密方式，最后一个分组需要填充，需要初始化向量" +
"(一个数组、数组的长度与明文分组相等、数据来源:负责加密的人提供，加解密使用的初始化向量必须相同)")
//密钥Key的长度需要与分组长度相同、且加密解密的密钥相同
key := []byte("1234abcd")
//调用加密函数
cipherText := EncryptoText(plaintText,key)
newPlaintText := DecryptoText(cipherText,key)
fmt.Println(string(newPlaintText))
}
aes加密解密相同、所以只需要调用一次方法就可以加密、调用两次则解密
推荐是用分组模式：cbc、ctr
aes利用分组模式cbc进行加密
//对明文进行补充
func paddingPlaintText(plaintText []byte , blockSize int ) []byte {
//1、求出分组余数
padNum := blockSize - len(plaintText) % blockSize
//2、将余数转换为字节切片、然后利用bytes.Repeat得出有该余数的大小的字节切片
padByte := bytes.Repeat([]byte{byte(padNum)},padNum)
//3、将补充的字节切片添加到原明文中
plaintText = append(plaintText,padByte...)
return plaintText
}
//aes加密
func encryptionText(plaintText []byte, key []byte) []byte {
//1、创建aes对象
block,err := aes.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//2、明文补充
newText := paddingPlaintText(plaintText,block.BlockSize())
//3、创建cbc对象
iv := []byte("12345678abcdefgh")
blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block,iv)
//4、加密
blockMode.CryptBlocks(newText,newText)
return newText
}
//解密后的去尾
func clearplaintText(plaintText []byte, blockSize int) []byte {
//1、得到最后一个字节、并转换成整型数据
padNum := int(plaintText[len(plaintText)-1])
//2、截取明文字节中去掉得到的整型数据之前的数据、此处出错、没有用len-padNum
newText := plaintText[:len(plaintText)-padNum]
return newText
}
//aes解密
func deCryptionText(crypherText []byte, key []byte ) []byte {
//1、创建aes对象
block, err := aes.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//2、创建cbc对象
iv := []byte("12345678abcdefgh")
blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block,iv)
//3、解密
blockMode.CryptBlocks(crypherText,crypherText)
//4、去尾
newText := clearplaintText(crypherText,block.BlockSize())
return newText
}
func main(){
//需要进行加密的明文
plaintText := []byte("CBC--密文没有规律、经常使用的加密方式，最后一个分组需要填充，需要初始化向量")
//密钥Key的长度需要与分组长度相同、且加密解密的密钥相同
key := []byte("12345678abcdefgh")
//调用加密函数
cipherText := encryptionText(plaintText,key)
//调用解密函数
newPlaintText := deCryptionText(cipherText,key)
fmt.Println("解密后",string(newPlaintText))
}
//aes--ctr加密
func encryptionCtrText(plaintText []byte, key []byte) []byte {
//1、创建aes对象
block,err := aes.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//2、创建ctr对象，虽然ctr模式不需要iv，但是go中使用ctr时还是需要iv
iv := []byte("12345678abcdefgh")
stream := cipher.NewCTR(block,iv)
stream.XORKeyStream(plaintText,plaintText)
return plaintText
}
func main() {
//aes--ctr加密解密、调用两次即为解密、因为加密解密函数相同stream.XORKeyStream
ctrcipherText := encryptionCtrText(plaintText, key)
ctrPlaintText := encryptionCtrText(ctrcipherText,key)
fmt.Println("aes解密后", string(ctrPlaintText))
}
英文单词：
明文：plaintext 密文：ciphertext 填充：padding/fill 去掉clear 加密Encryption 解密Decryption
A．对称加密技术 a. 描述 对称算法（symmetric algorithm），有时又叫传统密码算法，就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来，同时解密密钥也可以从加密密钥中推算出来。而在大多数的对称算法中，加密密钥和解密密钥是相同的。所以也称这种加密算法为秘密密钥算法或单密钥算法。它要求发送方和接收方在安全通信之前，商定一个密钥。对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都可以对他们发送或接收的消息解密，所以密钥的保密性对通信性至关重要。 b．特点分析 对称加密的优点在于算法实现后的效率高、速度快。 对称加密的缺点在于密钥的管理过于复杂。如果任何一对发送方和接收方都有他们各自商议的密钥的话，那么很明显，假设有N个用户进行对称加密通信，如果按照上述方法，则他们要产生N(N-1)把密钥，每一个用户要记住或保留N-1把密钥，当N很大时，记住是不可能的，而保留起来又会引起密钥泄漏可能性的增加。常用的对称加密算法有DES，DEA等。 B．非对称加密技术 a.描述 非对称加密（dissymmetrical encryption），有时又叫公开密钥算法（public key algorithm）。这种加密算法是这样设计的：用作加密的密钥不同于用作解密的密钥，而且解密密钥不能根据加密密钥计算出来（至少在合理假定的长时间内）。之所以又叫做公开密钥算法是由于加密密钥可以公开，即陌生人可以得到它并用来加密信息，但只有用相应的解密密钥才能解密信息。在这种加密算法中，加密密钥被叫做公开密钥（public key）,而解密密钥被叫做私有密钥（private key）。 b.特点分析 非对称加密的缺点在于算法实现后的效率低、速度慢。 非对称加密的优点在于用户不必记忆大量的提前商定好的密钥，因为发送方和接收方事先根本不必商定密钥，发放方只要可以得到可靠的接收方的公开密钥就可以给他发送信息了，而且即使双方根本互不相识。但为了保证可靠性，非对称加密算法需要一种与之相配合使用的公开密钥管理机制，这种公开密钥管理机制还要解决其他一些公开密钥所带来的问题。常用的非对称加密算法有RSA等。 (3) 关于密码技术 密码技术包括加密技术和密码分析技术，也即加密和解密技术两个方面。在一个新的加密算法的研发需要有相应的数学理论证明，证明这个算法的安全性有多高，同时还要从密码分析的角度对这个算法进行安全证明，说明这个算法对于所知的分析方法来说是有防范作用的。 三、对称加密算法分析 对称加密算法的分类 对称加密算法可以分成两类：一类为序列算法（stream algorithm）：一次只对明文中单个位（有时为字节）加密或解密运算。另一类为分组算法（block algorithm）：一次明文的一组固定长度的字节加密或解密运算。 现代计算机密码算法一般采用的都是分组算法，而且一般分组的长度为64位，之所以如此是由于这个长度大到足以防止分析破译，但又小到足以方便使用。 1．DES加密算法 （Data Encryption Standard ）
(1) 算法简介
1973 年 5 月 15 日，美国国家标准局 (NBS) 在“联邦注册”上发布了一条通知，征求密码算法，用于在传输和存储期间保护数据。IBM 提交了一个候选算法，它是 IBM 内部开发的，名为 LUCIFER。在美国国家安全局 (NSA) 的“指导”下完成了算法评估之后，在 1977 年 7 月 15 日，NBS 采纳了 LUCIFER 算法的修正版作为新的数据加密标准。
原先规定使用10年，但由于新的加密标准还没有完成，所以DES算法及其的变形算法一直广泛的应用于信息加密方面。 (2) 算法描述 (包括加密和解密)
Feistel结构（画图说明）。
DES 的工作方式：可怕的细节
DES 将消息分成 64 位（即 16 个十六进制数）一组进行加密。DES 使用“密钥”进行加密，从符号的角度来看，“密钥”的长度是 16 个十六进制数（或 64 位）。但是，由于某些原因（可能是因为 NSA 给 NBS 的“指引”），DES 算法中每逢第 8 位就被忽略。这造成密钥的实际大小变成 56 位。编码系统对“强行”或“野蛮”攻击的抵抗力与其密钥空间或者系统可能有多少密钥有直接关系。使用的位数越多转换出的密钥也越多。密钥越多，就意味着强行攻击中计算密钥空间中可能的密钥范围所需的时间就越长。从总长度中切除 8 位就会在很大程度上限制了密钥空间，这样系统就更容易受到破坏。
DES 是块加密算法。这表示它处理特定大小的纯文本块（通常是 64 位），然后返回相同大小的密码块。这样，64 位（每位不是 0 就是 1）有 264 种可能排列，DES 将生成其中的一种排列。每个 64 位的块都被分成 L、R 左右两块，每块 32 位。
DES 算法使用以下步骤：
1. 创建 16 个子密钥，每个长度是 48 位。根据指定的顺序或“表”置换 64 位的密钥。如果表中的第一项是 "27"，这表示原始密钥 K 中的第 27 位将变成置换后的密钥 K+ 的第一位。如果表的第二项是 36，则这表示原始密钥中的第 36 位将变成置换后密钥的第二位，以此类推。这是一个线性替换方法，它创建了一种线性排列。置换后的密钥中只出现了原始密钥中的 56 位。
2. 接着，将这个密钥分成左右两半，C0 和 D0，每一半 28 位。定义了 C0 和 D0 之后，创建 16 个 Cn 和 Dn 块，其中 1=n=16。每一对 Cn 和 Dn 块都通过使用标识“左移位”的表分别从前一对 Cn-1 和 Dn-1 形成，n = 1, 2, ..., 16，而“左移位”表说明了要对哪一位进行操作。在所有情况下，单一左移位表示这些位轮流向左移动一个位置。在一次左移位之后，28 个位置中的这些位分别是以前的第 2、3……28 位。
通过将另一个置换表应用于每一个 CnDn 连接对，从而形成密钥 Kn，1=n=16。每一对有 56 位，而置换表只使用其中的 48 位，因为每逢第 8 位都将被忽略。
3. 编码每个 64 位的数据块。
64 位的消息数据 M 有一个初始置换 IP。这将根据置换表重新排列这些位，置换表中的项按这些位的初始顺序描述了它们新的排列。我们以前见过这种线性表结构。
使用函数 f 来生成一个 32 位的块，函数 f 对两个块进行操作，一个是 32 位的数据块，一个是 48 位的密钥 Kn，连续迭代 16 次，其中 1=n=16。用 + 表示 XOR 加法（逐位相加，模除 2）。然后，n 从 1 到 16，计算 Ln = Rn-1 Rn = Ln-1 + f(Rn-1,Kn)。即在每次迭代中，我们用前一结果的右边 32 位，并使它们成为当前步骤中的左边 32 位。对于当前步骤中的右边 32 位，我们用算法 f XOR 前一步骤中的左边 32 位。
要计算 f，首先将每一块 Rn-1 从 32 位扩展到 48 位。可以使用选择表来重复 Rn-1 中的一些位来完成这一操作。这个选择表的使用就成了函数 f。因此 f(Rn-1) 的输入块是 32 位，输出块是 48 位。f 的输出是 48 位，写成 8 块，每块 6 位，这是通过根据已知表按顺序选择输入中的位来实现的。
我们已经使用选择表将 Rn-1 从 32 位扩展成 48 位，并将结果 XOR 密钥 Kn。现在有 48 位，或者是 8 组，每组 6 位。每组中的 6 位现在将经历一次变换，该变换是算法的核心部分：在叫做“S 盒”的表中，我们将这些位当作地址使用。每组 6 位在不同的 S 盒中表示不同的地址。该地址中是一个 4 位数字，它将替换原来的 6 位。最终结果是 8 组，每组 6 位变换成 8 组，每组 4 位（S 盒的 4 位输出），总共 32 位。
f 计算的最后阶段是对 S 盒输出执行置换 P，以得到 f 的最终值。f 的形式是 f = P(S1(B1)S2(B2)...S8(B8))。置换 P 根据 32 位输入，在以上的过程中通过置换输入块中的位，生成 32 位输出。
解密只是加密的逆过程，使用以上相同的步骤，但要逆转应用子密钥的顺序。DES 算法是可逆的
(2) 算法的安全性分析
在知道一些明文和密文分组的条件下，从理论上讲很容易知道对DES进行一次穷举攻击的复杂程度：密钥的长度是56位，所以会有 种的可能的密钥。
在1993年的一年一度的世界密码大会上，加拿大北方电信公司贝尔实验室的 Michael Wiener 描述了如何构造一台专用的机器破译DES，该机器利用一种每秒能搜索5000万个密钥的专用芯片。而且此机器的扩展性很好，投入的经费越多则效率越高。用100万美元构造的机器平均3.5小时就可以破译密码。
如果不用专用的机器，破译DES也有其他的方法。在1994年的世界密码大会上，M.Matsui 提出一种攻克DES的新方法--"线性密码分析"法。它可使用平均 个明文及其密文，在12台HP9000/735工作站上用此方法的软件实现，花费50天时间完成对DES的攻击。
如前所述DES作为加密算法的标准已经二十多年了，可以说是一个很老的算法，而在新的加密算法的国际标准出现之前，许多DES的加固性改进算法仍有实用价值，在本文的3.4节详细的描述，同时考虑的以上所述DES的安全性已受到了威胁。
(4) 算法的变体 三重DES（TDEA），使用3个密钥，执行3次DES算法：
加密：C = Ek3[Dk2[Ek1[P]]] 解密：P = Dk1[Ek2[Dk3[C]]]
特点：安全性得到增强，但是速度变慢。
2.aes
自 20 世纪 70 年代以来一直广泛使用的“数据加密标准”(DES) 日益显出衰老的痕迹，而一种新的算法 -- Rijndael -- 正顺利地逐渐变成新标准。这里，Larry Loeb 详细说明了每一种算法，并提供了关于为什么会发生这种变化的内幕信息。
DES 算法是全世界最广泛使用的加密算法。最近，就在 2000 年 10 月，它在其初期就取得的硬件方面的优势已经阻碍了其发展，作为政府加密技术的基础，它已由“高级加密标准”(aes) 中包含的另一种加密算法代替了。aes 是指定的标准密码系统，未来将由政府和银行业用户使用。aes 用来实际编码数据的加密算法与以前的 DES 标准不同。我们将讨论这是如何发生的，以及 aes 中的 Rijndael 算法是如何取代 DES 的算法的。
“高级加密标准”成就
但直到 1997 年，美国国家标准技术局 (NIST) 才开始打着 aes 项目的旗帜征集其接任者。1997 年 4 月的一个 aes 研讨会宣布了以下 aes 成就的最初目标：
• 可供政府和商业使用的功能强大的加密算法
• 支持标准密码本方式
• 要明显比 DES 3 有效
• 密钥大小可变，这样就可在必要时增加安全性
• 以公正和公开的方式进行选择
• 可以公开定义
• 可以公开评估
aes 的草案中最低可接受要求和评估标准是：
A.1 aes 应该可以公开定义。
A.2 aes 应该是对称的块密码。
A.3 aes 应该设计成密钥长度可以根据需要增加。
A.4 aes 应该可以在硬件和软件中实现。
A.5 aes 应该 a) 可免费获得。
A.6 将根据以下要素评价符合上述要求的算法：
1. 安全性（密码分析所需的努力）
2. 计算效率
3. 内存需求
4. 硬件和软件可适用性
5. 简易性
6. 灵活性
7. 许可证需求（见上面的 A5）
Rijndael：aes 算法获胜者
1998年8月20日NIST召开了第一次aes侯选会议，并公布了15个aes侯选算法。经过一年的考察，MARS，RC6，Rijndael，Serpent，Twofish共5种算法通过了第二轮的选拔。2000 年 10 月，NIST 选择 Rijndael（发音为 "Rhine dale"）作为 aes 算法。它目前还不会代替 DES 3 成为政府日常加密的方法，因为它还须通过测试过程，“使用者”将在该测试过程后发表他们的看法。但相信它可以顺利过关。
Rijndael 是带有可变块长和可变密钥长度的迭代块密码。块长和密钥长度可以分别指定成 128、192 或 256 位。
Rijndael 中的某些操作是在字节级上定义的，字节表示有限字段 GF(28) 中的元素，一个字节中有 8 位。其它操作都根据 4 字节字定义。
加法照例对应于字节级的简单逐位 EXOR。
在多项式表示中，GF(28) 的乘法对应于多项式乘法模除阶数为 8 的不可约分二进制多项式。（如果一个多项式除了 1 和它本身之外没有其它约数，则称它为不可约分的。）对于 Rijndael，这个多项式叫做 m(x)，其中：m(x) = (x8 + x4 + x3 + x + 1) 或者十六进制表示为 '11B'。其结果是一个阶数低于 8 的二进制多项式。不像加法，它没有字节级的简单操作。
不使用 Feistel 结构！
在大多数加密算法中，轮回变换都使用著名的 Feistel 结构。在这个结构中，中间 State 的位部分通常不做更改调换到另一个位置。（这种线性结构的示例是我们在 DES 部分中讨论的那些表，即使用固定表的形式交换位。）Rijndael 的轮回变换不使用这个古老的 Feistel 结构。轮回变换由三个不同的可逆一致变换组成，叫做层。（“一致”在这里表示以类似方法处理 State 中的位。）
线性混合层保证了在多个轮回后的高度扩散。非线性层使用 S 盒的并行应用，该应用程序有期望的（因此是最佳的）最差非线性特性。S 盒是非线性的。依我看来，这就 DES 和 Rijndael 之间的密钥概念差异。密钥加法层是对中间 State 的轮回密钥 (Round Key) 的简单 EXOR，如以下所注。
Rijndael算法
加密算法
Rijndael算法是一个由可变数据块长和可变密钥长的迭代分组加密算法，数据块长和密钥长可分别为128，192或256比特。
数据块要经过多次数据变换操作，每一次变换操作产生一个中间结果，这个中间结果叫做状态。状态可表示为二维字节数组，它有4行，Nb列，且Nb等于数据块长除32。如表2-3所示。
a0,0 a0,1 a0,2 a0,3 a0,4 a0,5
a1,0 a1,1 a1,2 a1,3 a1,4 a1,5
a2,0 a2,1 a2,2 a2,3 a2,4 a2,5
a3,0 a3,1 a3,2 a3,3 a3,4 a3,5
数据块按a0,0 , a1,0 , a2,0 , a3,0 , a0,1 , a1,1 , a2,1 , a3,1 , a0,2…的顺序映射为状态中的字节。在加密操作结束时，密文按同样的顺序从状态中抽取。
密钥也可类似地表示为二维字节数组，它有4行，Nk列，且Nk等于密钥块长除32。算法变换的圈数Nr由Nb和Nk共同决定，具体值列在表2-4中。
表3-2 Nb和Nk决定的Nr的值
Nr Nb = 4 Nb = 6 Nb = 8
Nk = 4 10 12 14
Nk = 6 12 12 14
Nk = 8 14 14 14
3.2.1圈变换
加密算法的圈变换由4个不同的变换组成，定义成：
Round(State,RoundKey)
{
ByteSub(State);
ShiftRow(State);
MixColumn(State);
AddRoundKey(State,RoundKey); (EXORing a Round Key to the State)
}
加密算法的最后一圈变换与上面的略有不同，定义如下：
FinalRound(State,RoundKey)
{
ByteSub(State);
ShiftRow(State);
AddRoundKey(State,RoundKey);
}
ByteSub变换
ByteSub变换是作用在状态中每个字节上的一种非线形字节变换。这个S盒子是可逆的且由以下两部分组成：
把字节的值用它的乘法逆替代，其中‘00’的逆就是它自己。
经（1）处理后的字节值进行如下定义的仿射变换：
y0 1 1 1 1 1 0 0 0 x0 0
y1 0 1 1 1 1 1 0 0 x1 1
y2 0 0 1 1 1 1 1 0 x2 1
y3 0 0 0 1 1 1 1 1 x3 0
y4 = 1 0 0 0 1 1 1 1 x4 + 0
y5 1 1 0 0 0 1 1 1 x5 0
y6 1 1 1 0 0 0 1 1 x6 1
y7 1 1 1 1 0 0 0 1 x7 1
ShiftRow变换
在ShiftRow变换中，状态的后3行以不同的移位值循环右移，行1移C1字节，行2移C2字节，行3移C3字节。
移位值C1，C2和C3与加密块长Nb有关，具体列在表2-5中：
表3-3 不同块长的移位值
Nb C1 C2 C3
4 1 2 3
MixColumn变换
在MixColumn变换中，把状态中的每一列看作GF（28）上的多项式与一固定多项式c(x)相乘然后模多项式x4+1，其中c(x)为：
c(x) =‘03’x3 + ‘01’x2 + ‘01’x + ‘02’
圈密钥加法
在这个操作中，圈密钥被简单地使用异或操作按位应用到状态中。圈密钥通过密钥编制得到，圈密钥长等于数据块长Nb。
在这个表示法中，“函数”(Round, ByteSub, ShiftRow,...) 对那些被提供指针 (State, RoundKey) 的数组进行操作。ByteSub 变换是非线性字节交换，各自作用于每个 State 字节上。在 ShiftRow 中，State 的行按不同的偏移量循环移位。在 MixColumn 中，将 State 的列视为 GF(28) 多项式，然后乘以固定多项式 c( x ) 并模除 x4 + 1，其中 c( x ) = '03' x3 + '01' x2+ '01' x + '02'。这个多项式与 x4 + 1 互质，因此是可逆的。
轮回密钥通过密钥计划方式从密码密钥 (Cipher Key) 派生而出。它有两个组件：密钥扩展 (Key Expansion) 和轮回密钥选择 (Round Key Selection)。轮回密钥的总位数等于块长度乘以轮回次数加 1（例如，块长度等于 128 位，10 次轮回，那么就需要 1408 个轮回密钥位）。
密码密钥扩充成扩展密钥 (Expanded Key)。轮回密钥是通过以下方法从这个扩展密钥中派生的：第一个轮回密钥由前 Nb（Nb = 块长度）个字组成，第二个由接着的 Nb 个字组成，以此类推。
加密算法由以下部分组成：初始轮回密钥加法、Nr-1 个轮回和最后一个轮回。在伪 C 代码中：
Rijndael(State,CipherKey)
{
KeyExpansion(CipherKey,ExpandedKey);
AddRoundKey(State,ExpandedKey);
For( i=1 ; iNr ; i++ ) Round(State,ExpandedKey + Nb*i);
FinalRound(State,ExpandedKey + Nb*Nr).
}
如果已经预先执行了密钥扩展，则可以根据扩展密钥指定加密算法。
Rijndael(State,ExpandedKey)
{
AddRoundKey(State,ExpandedKey);
For( i=1 ; iNr ; i++ ) Round(State,ExpandedKey + Nb*i);
FinalRound(State,ExpandedKey + Nb*Nr);
}
由于 Rijndael 是可逆的，解密过程只是颠倒上述的步骤。
最后，开发者将仔细考虑如何集成这种安全性进展，使之成为继 Rijndael 之后又一个得到广泛使用的加密算法。aes 将很快应一般商业团体的要求取代 DES 成为标准，而该领域的发展进步无疑将追随其后。
3．IDEA加密算法 (1) 算法简介 IDEA算法是International Data Encryption Algorithmic 的缩写，意为国际数据加密算法。是由中国学者朱学嘉博士和著名密码学家James Massey 于1990年联合提出的，当时被叫作PES（Proposed Encryption Standard）算法，后为了加强抵抗差分密码分，经修改于1992年最后完成，并命名为IDEA算法。 (2) 算法描述 这个部分参见论文上的图 (3) 算法的安全性分析 安全性：IDEA的密钥长度是128位，比DES长了2倍多。所以如果用穷举强行攻击的话， 么，为了获得密钥需要 次搜索，如果可以设计一种每秒能搜索十亿把密钥的芯片，并且 采用十亿个芯片来并行处理的话，也要用上 年。而对于其他攻击方式来说，由于此算法 比较的新，在设计时已经考虑到了如差分攻击等密码分析的威胁，所以还未有关于有谁 发现了能比较成功的攻击IDEA方法的结果。从这点来看，IDEA还是很安全的。
4．总结
几种算法的性能对比
算法 密钥长度 分组长度 循环次数
DES 56 64 16
三重DES 112、168 64 48
aes 128、192、256 128 10、12、14
IDEA 128 64 8
速度：在200MHz的奔腾机上的对比。
C＋＋ DJGP(++pgcc101)
aes 30.2Mbps 68.275Mbps
DES(RSAREF) 10.6Mbps 16.7Mbps
3DES 4.4Mbps 7.3Mbps
Celeron 1GHz的机器上aes的速度,加密内存中的数据
128bits密钥：
C/C++ (Mbps) 汇编(Mbps)
Linux 2.4.7 93 170
Windows2K 107 154
256bits密钥：
C/C++ (Mbps) 汇编(Mbps)
Linux 2.4.7 76 148
Windows2K 92 135
安全性
1990年以来，特制的"DES Cracker"的机器可在几个小时内找出一个DES密钥。换句话说，通过测试所有可能的密钥值，此硬件可以确定用于加密信息的是哪个密钥。假设一台一秒内可找出DES密钥的机器(如，每秒试255个密钥)，如果用它来找出128-bit aes的密钥，大约需要149万亿年。
四、对称加密应用 在保密通信中的应用。（保密电话） 附加内容
安全哈希算法（SHA）
由NIST开发出来的。
此算法以最大长度不超过264位的消息为输入，生成160位的消息摘要输出。主要步骤：
1． 附加填充位
2． 附加长度
3． 初始化MD缓冲区，为160位的数据
A=67452301
B=EFCDAB89
C=89BADCFE
D=10325476
E=C3D2E1F0
4． 处理512位消息块，将缓冲虚数据和消息块共同计算出下一个输出
5． 输出160位摘要
此外还有其他哈希算法，如MD5（128位摘要），RIPEMD-160（160位摘要）等。
随着社会的发展，产品的更新速度也是越来越快，算法是方案的核心，保护开发者和消费者的权益刻不容缓，那么加密芯片在其中就扮演了重要的角色，如何选择加密芯片呢？
1.市面上加密芯片种类繁多,算法多种,加密芯片强度参差不齐,加密性能与算法、秘钥密切相关。常见的加密算法有对称算法,非对称算法,国密算法,大部分都是基于I2C、SPI或1-wire协议进行通信。加密芯片还是需要项目实际需求选择,比如对称加密算法的特点是计算量小、加密速度快、加密效率高等。
2.因为单片机软加密性能较弱且非常容易被复制,所以有了加密芯片的产生,大大增加了破解难度和生产成本。目前加密芯片广泛应用于车载电子、消费电子、美容医疗、工业控制、AI智能等行业。
3.韩国KEROS加密芯片专注加密领域十多年,高安全性、低成本,在加密保护领域受到了众多客户的高度赞扬及认可。KEROS采用先进的内置aes256安全引擎和加密功能,通过真动态数据交互并为系统中敏感信息的存储提供了安全的场所,有了它的保护电路,即使受到攻击,这些信息也可以保持安全。其封装SOP8,SOT23-6,TDFN-6集成I2C与1-wire协议满足不同应用需求。CK02AT、CK22AT、CK02AP、CK22AP支持1.8V-3.6V,256bit位秘钥长度,5bytes SN序列号,支持定制化免烧录,加密行业首选。关于对称加密算法初始向量需要加密的介绍到此就结束了，感谢大家耐心阅读。
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