很高兴和大家一起分享加密算法详解的知识，希望对各位有所帮助。
对称密钥加密
对称密钥加密 Symmetric Key Algorithm 又称为对称加密、私钥加密、共享密钥加密：这类算法在加密和解密时使用相同的密钥，或是使用两个可以简单的相互推算的密钥，对称加密的速度一般都很快。
分组密码
分组密码 Block Cipher 又称为“分块加密”或“块加密”，将明文分成多个等长的模块，使用确定的算法和对称密钥对每组分别加密解密。这也就意味着分组密码的一个优点在于可以实现同步加密，因为各分组间可以相对独立。
与此相对应的是流密码：利用密钥由密钥流发生器产生密钥流，对明文串进行加密。与分组密码的不同之处在于加密输出的结果不仅与单独明文相关，而是与一组明文相关。
DES、3DES
数据加密标准 DES Data Encryption Standard 是由IBM在美国国家安全局NSA授权下研制的一种使用56位密钥的分组密码算法，并于1977年被美国国家标准局NBS公布成为美国商用加密标准。但是因为DES固定的密钥长度，渐渐不再符合在开放式网络中的安全要求，已经于1998年被移出商用加密标准，被更安全的aes标准替代。
DES使用的Feistel Network网络属于对称的密码结构，对信息的加密和解密的过程极为相似或趋同，使得相应的编码量和线路传输的要求也减半。
DES是块加密算法，将消息分成64位，即16个十六进制数为一组进行加密，加密后返回相同大小的密码块，这样，从数学上来说，64位0或1组合，就有2^64种可能排列。DES密钥的长度同样为64位，但在加密算法中，每逢第8位，相应位会被用于奇偶校验而被算法丢弃，所以DES的密钥强度实为56位。
3DES Triple DES，使用不同Key重复三次DES加密，加密强度更高，当然速度也就相应的降低。
aes
高级加密标准 aes Advanced Encryption Standard 为新一代数据加密标准，速度快，安全级别高。由美国国家标准技术研究所NIST选取Rijndael于2000年成为新一代的数据加密标准。
aes的区块长度固定为128位，密钥长度可以是128位、192位或256位。aes算法基于Substitution Permutation Network代换置列网络，将明文块和密钥块作为输入，并通过交错的若干轮代换"Substitution"和置换"Permutation"操作产生密文块。
aes加密过程是在一个4*4的字节矩阵（或称为体State）上运作，初始值为一个明文区块，其中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte，加密时，基本上各轮加密循环均包含这四个步骤：
合并(AddRoundKey)：矩阵中的每个字节与该回合密钥做XOR异或运算，其中回合密钥由主密钥通过Rijndael密钥生成方案生成，这个密钥大小跟原矩阵一致。
替换(SubBytes)：矩阵中的每个字节通过一个8位查找表对应的特定字节所替换。这里的8位查找表为S-box(Substitution-box, 置换盒)，用来模糊密钥与密文之间的关系，实现输入输出的非线性特征。
行混淆(ShiftRows)：矩阵中的每一行的各个字节循环向左方位移，位移量随行数递增。列混淆(MixColumns)：每一列的四个字节通过线性变换互相结合，即与一个固定的多项式做乘法。
安全性
已知的针对aes唯一的成功攻击是旁道攻击，2005年时使用缓存时序攻击法，破解了一个装载OpenSSL aes加密系统的客户服务器。
针对区块加密系统最常见的方式，是通过对加密循环次数较少的版本尝试攻击，然后改进算法后继续攻击高级版本，目前这个破解方法还不太实用。
另外由于aes的数据结构具有井然有序的代数结构，有一个担心就是相关的代数攻击，目前基于此的有效攻击方法也暂时没有出现。
非对称密钥加密
非对称密钥加密 Asymmetric Key Cryptography 也可称为 Public Key Cryptography 公开密钥加密：需要两个密钥，分为公钥和私钥，一个用作加密而另外一个只能用于解密，而加密的密钥并不能用来解密。
根据此特性，除了加解密的应用外，还可以确保数字签名的功能：某用户用私钥加密明文，任何人都可以用该用户的公钥解密密文，以此判定身份。
对称密钥需要一个安全的渠道可以交换共用的密钥，而非对称密钥可以将加密公钥公开发布；不过公钥加密在计算上相当复杂，性能远比不上对称加密，所以一般会利用公钥加密来交换对称密钥，然后依靠对称密钥来传输具体的信息。
RSA
RSA是由三个人的名字组成 Ron Rivest、Adi Shamir、Leonard Adleman于1977年在MIT提出，并于1987年公布，是目前最常用的公钥加密算法。
RSA算法的核心是极大整数的因式分解，理论基础在于由两个大质数算出乘积很容易，但是要从一个极大整数因式分解得出两个质数却很难。
ECC
ECC即 Elliptic Curve Cryptography 椭圆曲线密码学，是基于椭圆曲线数学建立公开密钥加密的算法。ECC的主要优势是在提供相当的安全等级情况下，密钥长度更小。
ECC的原理是根据有限域上的椭圆曲线上的点群中的离散对数问题ECDLP，而ECDLP是比因式分解问题更难的问题，是指数级的难度。而ECDLP定义为：给定素数p和椭圆曲线E，对Q＝kP，在已知P，Q 的情况下求出小于p的正整数k。可以证明由k和P计算Q比较容易，而由Q和P计算k则比较困难。
数字签名
数字签名 Digital Signature 又称公钥数字签名是一种用来确保数字消息或文档真实性的数学方案。一个有效的数字签名需要给接收者充足的理由来信任消息的可靠来源，而发送者也无法否认这个签名，并且这个消息在传输过程中确保没有发生变动。
数字签名的原理在于利用公钥加密技术，签名者将消息用私钥加密，然后公布公钥，验证者就使用这个公钥将加密信息解密并对比消息。一般而言，会使用消息的散列值来作为签名对象。
对称加密算法（秘密钥匙加密）和非对称加密算法（公开密钥加密）。
对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密，常用的算法包括：
DES（Data Encryption Standard）：数据加密标准，速度较快，适用于加密大量数据的场合。
3DES（Triple DES）：是基于DES，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高。
aes（Advanced Encryption Standard）：高级加密标准，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高；
aes
常见的非对称加密算法如下：
RSA：由 RSA 公司发明，是一个支持变长密钥的公共密钥算法，需要加密的文件块的长度也是可变的；
DSA（Digital Signature Algorithm）：数字签名算法，是一种标准的 DSS（数字签名标准）；
ECC（Elliptic Curves Cryptography）：椭圆曲线密码编码学。
RSA算法是现今使用最广泛的公钥密码算法，也是号称地球上最安全的加密算法。在了解RSA算法之前，先熟悉下几个术语
根据密钥的使用方法，可以将密码分为对称密码和公钥密码
对称密码：加密和解密使用同一种密钥的方式
公钥密码：加密和解密使用不同的密码的方式，因此公钥密码通常也称为非对称密码。
RSA的加密过程可以使用一个通式来表达
也就是说RSA加密是对明文的E次方后除以N后求余数的过程。就这么简单？对，就是这么简单。
从通式可知，只要知道E和N任何人都可以进行RSA加密了，所以说E、N是RSA加密的密钥，也就是说 E和N的组合就是公钥 ，我们用(E,N)来表示公钥
不过E和N不并不是随便什么数都可以的，它们都是经过严格的数学计算得出的，关于E和N拥有什么样的要求及其特性后面会讲到。顺便啰嗦一句E是加密（Encryption）的首字母，N是数字（Number）的首字母
RSA的解密同样可以使用一个通式来表达
也就是说对密文进行D次方后除以N的余数就是明文，这就是RSA解密过程。知道D和N就能进行解密密文了，所以D和N的组合就是私钥
从上述可以看出RSA的加密方式和解密方式是相同的，加密是求“E次方的mod N”;解密是求“D次方的mod N”
此处D是解密（Decryption）的首字母；N是数字（Number）的首字母。
小结下
既然公钥是（E，N），私钥是（D，N）所以密钥对即为（E，D，N）但密钥对是怎样生成的？步骤如下：
准备两个质数p，q。这两个数不能太小，太小则会容易破解，将p乘以q就是N
L 是 p－1 和 q－1的最小公倍数，可用如下表达式表示
E必须满足两个条件：E是一个比1大比L小的数，E和L的最大公约数为1
用gcd(X,Y)来表示X，Y的最大公约数则E条件如下(gcd释义：greatest common divisor)：
之所以需要E和L的最大公约数为1是为了保证一定存在解密时需要使用的数D。现在我们已经求出了E和N也就是说我们已经生成了密钥对中的公钥了。
数D是由数E计算出来的。D、E和L之间必须满足以下关系：
只要D满足上述2个条件，则通过E和N进行加密的密文就可以用D和N进行解密。
简单地说条件2是为了保证密文解密后的数据就是明文。
现在私钥自然也已经生成了，密钥对也就自然生成了。
小结下：
我们用具体的数字来实践下RSA的密钥对对生成，及其加解密对全过程。为方便我们使用较小数字来模拟。
我们准备两个很小对质数，
p ＝ 17
q ＝ 19
N ＝ p ＊ q ＝ 323
L ＝ lcm（p－1， q－1）＝ lcm(16，18） ＝ 144
144为16和18对最小公倍数
求E必须要满足2个条件：1 E L ，gcd（E，L）=1
即1 E 144，gcd（E，144） ＝ 1
E和144互为质数，5显然满足上述2个条件
故E ＝ 5
此时 公钥=(E，N）＝ （5，323）
求D也必须满足2个条件：1 D L，E＊D mod L ＝ 1
即1 D 144，5 ＊ D mod 144 ＝ 1
显然当D＝ 29 时满足上述两个条件
1 29 144
5＊29 mod 144 ＝ 145 mod 144 ＝ 1
此时 私钥＝（D，N）＝（29，323）
准备的明文必须时小于N的数，因为加密或者解密都要mod N其结果必须小于N
假设明文 ＝ 123
解密后的明文为123。
至此RSA的算法原理已经讲解完毕
“非对称加密也叫公钥密码：使用公钥 加密 ，使用私钥解密”
在对称密码中，由于加密和解密的密钥是相同的，因此必须向接收者配送密钥。用于解密的密钥必须被配送给接收者，这一问题称为密钥配送问题。如果使用非对称加密，则无需向接收者配送用于解密的密钥，这样就解决了密钥配送的问题。
非对称加密中，密钥分为加密密钥和解密密钥两种。发送者用加密密钥对消息进行加密，接收者用解密密钥对密文进行解密。需理解公钥密码，清楚地分加密密钥和解密密钥是非常重要的。加密密钥是发送者加密时使用的，而解密密钥则是接收者解密时使用的。
加密密钥和解密密钥的区别：
a.发送者只需要加密密钥
b.接收者只需要解密密钥
c.解密密钥不可以被窃听者获取
d.加密密钥被窃听者获取也没关系
也就是说，解密密钥从一开始就是由接收者自己保管的，因此只要将加密密钥发给发送者就可以解决密钥配送问题了，而根本不需要配送解密密钥。
非对称加密中，加密密钥一般是公开的。真是由于加密密钥可以任意公开，因此该密钥被称为公钥(pulickey)。相对地解密密钥是绝对不能公开的，这个密钥只能由你自己来使用，因此称为私钥(privatekey)****。私钥不可以被别人知道，也不可以将它发送给别人。
公钥和私钥是"一一对应的"，一对公钥和私钥统称为密钥对(keypair)。由公钥进行加密的密文，必须使用与该公钥配对的私钥才能解密。密钥对中的两个密钥之间具有非常密切的的关系(数学上的关系)。因此公钥和私钥不能分别单独生成。
非对称加密通讯流程
假设A要给B发一条信息，A是发送者，B是接收者，窃听者C可以窃听他们之间的通讯内容。
1.B生成一个包含公钥和私钥的密钥对
私钥由B自行妥善保管
2.B将自己的公钥发送给A
B的公钥被C截获也没关系。将公钥发给A，表示B请A用这个公钥对消息进行加密并发送给他。
3.A用B的公钥对消息进行加密
加密后的消息只有B的私钥才能够解密。
虽然A拥有B的公钥，但用B的公钥是无法对密文进行解密的。
4.A将密文发送给B
密文被C截获也没关系，C可能拥有B的公钥，但是B的公钥是无法进行解密的。
5.B用自己的私钥对密文进行解密。
参考下图
RSA是一种非对称加密算法，它的名字由三位开发者。即RonRivest、AdiShamir和LeonardAdleman 的姓氏的首字母组成的（Rivest-Shamir-Leonard）
RSA的加密工程可以用下来公式来表达，如下。
也就是说，RSA的密文是对代表明文的数字的E次方求modN的结果。换句话说，就是将明文自己做E次乘法，然后将其结果除以N求余数，这个余数就是密文。
RSA的加密是求明文的E次方modN，因此只要知道E和N这两个数，任何人都可以完成加密的运算。所以说E和N是RSA加密的密钥。也就是说E和N的组合就是公钥
有一个很容易引起误解的地方需要大家注意一一E和N这两个数并不是密钥对（公钥和私钥的密钥对）。E和N两个数才组成了一个公钥，因此我们一般会写成 “公钥是(E，N)” 或者 “公钥是{E, N}" 这样的形式，将E和N用括号括起来。
1.3.2 RSA解密
RSA的解密和加密一样简单，可以用下面的公式来表达:
也就是说，对表示密文的数字的D次方求modN就可以得到明文。换句话说，将密文自己做D次乘法，在对其结果除以N求余数，就可以得到明文 。
这里所使用的数字N和加密时使用的数字N是相同的。数D和数N组合起来就是RSA的解密密钥，因此D和N的组合就是私钥。只有知道D和N两个数的人才能够完成解密的运算。
大家应该已经注意到，在RSA中，加密和解密的形式是相同的。加密是求 "E次方的mod N”，而解密则是求 "D次方的modN”，这真是太美妙了。
当然，D也并不是随便什么数都可以的，作为解密密钥的D，和数字E有着相当紧密的联系。否则，用E加密的结果可以用D来解密这样的机制是无法实现的。
顺便说一句， D是解密〈Decryption）的首字母，N是数字（Number）的首字母 。
RSA加密和解密
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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。
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