对称加密系统解析

目录​​​​​​​

1.概述

2. 对称密码类型

3. 对称加密优缺点

4. 对称加密算法

4.1 DES

4.2 3DES

4.3 AES

​​​​​​4.4 SM1

4.5 SM4

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1.概述

        对称加密，是指在加密和解密时使用同一秘钥的方式。秘钥的传送和保存的保护非常重要，务必不要让秘钥被他人窃取。

2. 对称密码类型

• 序列密码体制

  • 序列密码是以一个字符为单位进行加密变换

  • 每一字符数据的加密与报文的其他部分无关

  • 明文和密文的长度一般不变，多用于通信领域

• 分组密码体制

  • 分组密码将定长的明文块转换成等长的密文

  • 电子编码本（ECB）

  • 密码分组链接（CBC）或密码反馈（CFB）

3. 对称加密优缺点

• 优点
  • 较非对称加密要快速
  • 密钥位数大的话很难被攻破
• 缺点
  • 每一对使用者都需要唯一的密钥，密钥数量较大，管理难度增加
  • 提供机密性，但不提供认证和防抵赖功能

4. 对称加密算法

4.1 DES

        DES（Data Encryption Standard）是1977年美国联邦信息处理标准（FIPS）中所采用的一种对称密钥（FIPS 46-3）。

        然后，随着计算机的进步，DES已经能够被暴力破解，1999年的DES Challenge III中只用了22小时15分钟。由于DES的密文可以在短时间内被破译，因此除了用它来解密以前的密文以外，现在我们不应该再使用DES了。

        DES是一种64比特的明文加密成64比特的密文的对称密码算法，它的密钥长度是56比特。（尽管从规格上来说，DES的密钥长度是64比特，但由于每隔7比特会设置一个用于错误检查的比特，因此实质上其秘钥长度是56比特。）

        DES是以64比特的明文（比特序列）为一个单位来进行加密的，这个64比特的单位称为分组。一般来说，以分组为单位进行处理的密码算法称为分组密码（block cipher），DES就是分组密码的一种。

        DES每次只能加密64比特的数据，如果要加密的明文比较长，就需要对DES加密进行迭代(反复)，而迭代的具体方式就称为模式(mode)。关于模式会在后续的博文中详细介绍。

4.2 3DES

        3DES（triple-DES）是为了增加DES的强度，将DES重复3次所得到的一种密码算法，也称为TDES（Triple Data Encryption Algorithm），通常缩写为3DES。

        明文经过三次 DES处理才能变成最后的密文，由于DES密钥的长度实质上是56比特，因此三重DES的密钥长度就是56x3=168比特。

        三重DES并不是进行三次DES加密(加密→加密一加密)，而是加密一解密一加密的过程。在加密算法中加入解密操作让人感觉很不可思议，实际上这个方法是IBM公司设计出来的，目的是为了让三重DES能够兼容普通的DES。

        当三重 DES中所有的密钥都相同时，三重DES也就等同于普通的DES了。这是因为在前两步加密一解密之后，得到的就是最初的明文。因此，以前用 DES加密的密文，就可以通过这种方式用三重 DES来进行解密。也就是说，三重DES对DES具备向下兼容性。

        三重 DES 的解密过程和加密正好相反，是以密钥3、密钥2、密钥1的顺序执行解密一加密→解密的操作。

4.3 AES

        AES(Advanced Encryption Standard)是取代其前任标准(DES)而成为新标准的一种对称密码算法。全世界的企业和密码学家提交了多个对称密码算法作为AES的候选，最终在2000年从这些候选算法中选出了一种名为Rijndael的对称密码算法，并将其确定为了 AES。

        在AES的规格中，分组长度固定为128比特，密钥长度只有128、192和256比特三种。

        Rijndael的算法背后有着严谨的数学结构，也就是说从明文到密文的计算过程可以全部用公式来表达，这是以前任何密码算法都不具备的性质。如果Rijndael的公式能够通过数学运算来求解，那也就意味着Riindael能够通过数学方法进行破译。不过，这也只是一种假设而已，实际上到现在为止还没有出现针对Rijndael的有效攻击。

         一般来说，我们不应该使用任何自制的密码算法，而是应该使用AES。因为 AES 安全、快速，而且能够在各种平台上工作；在其选定过程中，经过了全世界密码学家所进行的高品质的验证工作，而对于自制的密码算法则很难进行这样的验证。

​​​​​​4.4 SM1

        其加密强度与AES相当。该算法不公开，调用该算法时，需要通过加密芯片的接口进行调用。

4.5 SM4

        我国自主设计的分组对称密码算法，用于实现数据的加密/解密运算，以保证数据和信息的机密性。要保证一个对称密码算法的安全性的基本条件是其具备足够的密钥长度，SM4算法与AES算法具有相同的密钥长度分组长度128比特。