DES、3DES、SM4 加密算法简介

1. DES（Data Encryption Standard）

• 设计时间：1975 年（IBM 开发，1977 年被 NIST 采纳为美国联邦标准）。

• 密钥长度：64 位（实际有效 56 位 + 8 位校验）。

• 分组长度：64 位。

• 加密轮数：16 轮 Feistel 结构。

• 安全性：

  • 已被破解（暴力破解可在数小时内完成）。

  • 密钥过短（56 位），无法抵抗现代算力攻击。

• 应用场景：

  • 已淘汰，仅用于历史系统或教学。

  • 被 AES 取代。

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2. 3DES（Triple DES）

• 设计时间：1998 年（DES 的增强版）。

• 密钥长度：168 位（实际有效 112 位，因存在中间相遇攻击）。

• 加密流程：三次 DES 操作（加密-解密-加密，即 EDE）。

• 分组长度：64 位。

• 安全性：

  • 安全性优于 DES，但效率低。

  • 2023 年后被 NIST 禁用（SP 800-171 Rev.5）。

• 应用场景：

  • 传统金融系统（如 POS 机、ATM）。

  • 逐步被 AES 或 SM4 替代。

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3. SM4（国密算法）

• 设计时间：2012 年（中国国家密码管理局发布）。

• 密钥长度：128 位。

• 分组长度：128 位。

• 加密轮数：32 轮非线性迭代结构。

• 安全性：

  • 抗差分和线性分析能力与 AES 相当。

  • 符合中国商用密码标准（GMT 0002-2012）。

• 应用场景：

  • 中国政府、金融、电力等关键领域。

  • 国产化替代（如 VPN、物联网设备）。

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对比总结

特性	DES	3DES	SM4
密钥长度	56 位（64 位存储）	112 位有效	128 位
分组长度	64 位	64 位	128 位
安全性	已破解	已淘汰	高（国密标准）
性能	快（但已过时）	慢（三次加密）	与 AES 相当
应用现状	完全淘汰	逐步淘汰	中国强制推广

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选择建议

1. 历史系统兼容：

   • 使用 3DES 过渡，尽快迁移至 AES 或 SM4。

2. 国内合规要求：

   • 必须使用 SM4（如政务、金融系统）。

3. 国际通用场景：

   • 优先选择 AES-256（高安全性）或 AES-128（高性能）。

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代码示例（Python）

3DES 加密（PyCryptodome）

from Crypto.Cipher import DES3  
from Crypto.Random import get_random_bytes  key = get_random_bytes(24)  # 3DES 需 24 字节密钥  
data = b"Data to encrypt"  # 加密  
cipher = DES3.new(key, DES3.MODE_CBC)  
ciphertext = cipher.encrypt(data.ljust(8 * (len(data)//8 + 1)))  # 填充至 8 字节倍数  # 解密  
decipher = DES3.new(key, DES3.MODE_CBC, iv=cipher.iv)  
plaintext = decipher.decrypt(ciphertext).strip()  

SM4 加密（需国密库，如 gmssl）

from gmssl import sm4  key = get_random_bytes(16)  
data = b"Sensitive data"  # 加密  
cipher = sm4.CryptSM4()  
cipher.set_key(key, sm4.SM4_ENCRYPT)  
ciphertext = cipher.crypt_ecb(data)  # 解密  
cipher.set_key(key, sm4.SM4_DECRYPT)  
plaintext = cipher.crypt_ecb(ciphertext)  

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注意事项

1. 加密模式：

   • 避免使用 ECB 模式（不安全），优先选 CBC 或 GCM。

2. 密钥管理：

   • 使用硬件安全模块（HSM）或密钥管理系统（KMS）。

3. 合规性：

   • 在中国境内，优先遵循 《密码法》 使用 SM2/SM3/SM4 组合。

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替代方案

• AES：国际通用标准，性能与安全性俱佳。

• ChaCha20：适用于移动设备（如 TLS 1.3）。

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总结

• DES 和 3DES 已过时，仅用于兼容旧系统。

• SM4 是中国自主密码标准，需在国内合规场景中使用。

• 新系统应优先选择 AES 或 SM4，并关注算法演进（如抗量子加密）。