密码学基础（二）：对称加密

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：

对称加密和非对称加密算法的区别

https://blog.csdn.net/XZ85201/article/details/124974901

AES前端加密原文链接： https://blog.csdn.net/yingbaoyu/article/details/95761177

前后端AES加解密? https://blog.csdn.net/weixin_44910404/article/details/124196636

对称加密的加密和解密密钥都是一样的。而非对称加密的加密和解密密钥是不一样的。它们的算法也是不同的。

l 对称加密算法

对称加密算法是应用较早的加密算法，技术成熟。在对称加密算法中，数据发信方将明文（原始数据）和加密密钥一起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密，才能使其恢复成可读明文。在对称加密算法中，使用的密钥只有一个，发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密，这就要求解密方事先必须知道加密密钥。对称加密算法的特点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。不足之处是，交易双方都使用同样钥匙，安全性得不到保证。此外，每对用户每次使用对称加密算法时，都需要使用其他人不知道的惟一钥匙，这会使得发收信双方所拥有的钥匙数量成几何级数增长，密钥管理成为用户的负担。对称加密算法在分布式网络系统上使用较为困难，主要是因为密钥管理困难，使用成本较高。在计算机专网系统中广泛使用的对称加密算法有DES、IDEA和AES。

传统的DES由于只有56位的密钥，因此已经不适应当今分布式开放网络对数据加密安全性的要求。1997年RSA数据安全公司发起了一项“DES挑战赛”的活动，志愿者四次分别用四个月、41天、56个小时和22个小时破解了其用56位密钥DES算法加密的密文。即DES加密算法在计算机速度提升后的今天被认为是不安全的。

AES是美国联邦政府采用的商业及政府数据加密标准，预计将在未来几十年里代替DES在各个领域中得到广泛应用。AES提供128位密钥，因此，128位AES的加密强度是56位DES加密强度的1021倍还多。假设可以制造一部可以在1秒内破解DES密码的机器，那么使用这台机器破解一个128位AES密码需要大约149亿万年的时间。（更深一步比较而言，宇宙一般被认为存在了还不到200亿年）因此可以预计，美国国家标准局倡导的AES即将作为新标准取代DES。

l 不对称加密算法

不对称加密算法使用两把完全不同但又是完全匹配的一对钥匙—公钥和私钥。在使用不对称加密算法加密文件时，只有使用匹配的一对公钥和私钥，才能完成对明文的加密和解密过程。加密明文时采用公钥加密，解密密文时使用私钥才能完成，而且发信方（加密者）知道收信方的公钥，只有收信方（解密者）才是唯一知道自己私钥的人。不对称加密算法的基本原理是，如果发信方想发送只有收信方才能解读的加密信息，发信方必须首先知道收信方的公钥，然后利用收信方的公钥来加密原文；收信方收到加密密文后，使用自己的私钥才能解密密文。显然，采用不对称加密算法，收发信双方在通信之前，收信方必须将自己早已随机生成的公钥送给发信方，而自己保留私钥。由于不对称算法拥有两个密钥，因而特别适用于分布式系统中的数据加密。广泛应用的不对称加密算法有RSA算法和美国国家标准局提出的DSA。以不对称加密算法为基础的加密技术应用非常广泛。

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