對稱加密的過程
Ⅰ 簡要說說對稱加密和非對稱加密的原理以及區別是什麼
對稱加密的原理是數據發送方將明文（原始數據）和加密密鑰一起經過特殊加密演算法處理後，使其變成復雜的加密密文發送出去。接收方收到密文後，若想解讀原文，則需要使用加密密鑰及相同演算法的逆演算法對密文進行解密，才能使其恢復成可讀明文。
非對稱加密的原理是甲方首先生成一對密鑰同時將其中的一把作為公開密鑰；得到公開密鑰的乙方再使用該密鑰對需要加密的信息進行加密後再發送給甲方；甲方再使用另一把對應的私有密鑰對加密後的信息進行解密，這樣就實現了機密數據傳輸。
對稱加密和非對稱加密的區別為：密鑰不同、安全性不同、數字簽名不同。
一、密鑰不同
1、對稱加密：對稱加密加密和解密使用同一個密鑰。
2、非對稱加密：非對稱加密加密和解密所使用的不是同一個密鑰，需要兩個密鑰來進行加密和解密。
二、安全性不同
1、對稱加密：對稱加密如果用於通過網路傳輸加密文件，那麼不管使用任何方法將密鑰告訴對方，都有可能被竊聽。
2、非對稱加密：非對稱加密因為它包含有兩個密鑰，且僅有其中的「公鑰」是可以被公開的，接收方只需要使用自己已持有的私鑰進行解密，這樣就可以很好的避免密鑰在傳輸過程中產生的安全問題。
三、數字簽名不同
1、對稱加密：對稱加密不可以用於數字簽名和數字鑒別。
2、非對稱加密：非對稱加密可以用於數字簽名和數字鑒別。
Ⅱ 【密碼學筆記】第3部分 對稱密碼
跟諸位大牛相比，筆者閱歷尚淺、經驗不足，筆記中若有錯誤，還需繼續修正與增刪。歡迎大家的批評與指正。
查看上一篇請點擊以下鏈接： 【密碼學筆記】第2部分 歷史上的密碼
1. XOR運算
2. 一次性密碼本
3. 對稱密碼演算法
3.1 DES
3.2 三重DES
3.3 AES
3.4 Rijndael
4. 對稱密碼的選擇
5. 對稱密碼的評價
參考書目
XOR運算，又稱為 異或 運算，運算結果是 同0異1 。
對同一個比特序列進行兩次XOR之後就會回到最初的狀態，因此XOR運算可用於對稱密碼的加密和解密。
一次性密碼本（又稱為 維納密碼 ）是一種非常簡單的密碼，它的原理是「 將明文與一串隨機的比特序列進行XOR運算 」。
一次性密碼本是無法破譯的。 這是因為在對它嘗試解密的過程中，所有的排列組合都會出現，既會包含規則字元串，也會包含英文單詞，還會包含亂碼。由於明文中所有可能的排列組合都會出現，因此 我們無法判斷其中哪一個才是正確的明文 。
一次性密碼本是一種非常不實用的密碼。 原因如下：
a. 密鑰的配送 。（ 最大的問題 ）如果能夠有一種方法將密鑰安全地發送出去，那麼就可以用同樣的方法安全地發送明文。
b. 密鑰的保存 。 密鑰的長度必須和明文的長度相等。 如果能夠有辦法安全保存與明文一樣長的密鑰，那就有辦法安全保存明文本身。
c. 密鑰的重用 。在一次性密碼本中絕對不能重用過去用過的隨機比特序列，因為作為密鑰的比特序列一旦泄露，過去所有的機密通信內容將全部被解密。
d. 密鑰的同步 。在通信過程中，發送者和接收者的密鑰的比特序列不允許有任何錯位，否則錯位的比特後的所有信息都將無法解密。
e. 密鑰的生成 。一次性密碼本需要生成大量的隨機數，這里的隨機數並不是通過計算機程序生成的偽隨機數，而必須是無重現性的真正隨機數。
DES是一種將64比特的明文加密成64比特的密文的對稱密碼演算法，它的密鑰長度是56比特。
DES是以64比特的明文（比特序列）為一個單位來進行加密的，這個64比特的單位稱為 分組 。以分組為單位進行處理的密碼演算法稱為 分組密碼 。
DES每次只能加密64比特的數據，如果要加密的明文比較長，就需要對DES加密進行迭代，而迭代的具體方式就稱為 模式(mode) 。
DES的基本結構又稱為 Feistel網路 ，這一結構不僅被用於DES，在其他很多密碼演算法中也有應用。在Feistel網路中，加密的各個步驟稱為 輪(round) ，整個加密過程就是進行若干次輪的循環。下圖展現的是Feistel網路中一輪的計算流程。DES是一種16輪循環的Feistel網路。
一輪的具體計算步驟 如下：
a. 將輸入的數據等分為左右兩部分；
b. 將輸入的右側直接發送到輸出的右側；
c. 將輸入的右側發送到輪函數；
d. 輪函數根據右側數據和子密鑰，計算出一串看上去是隨機的比特序列；
e. 將上一步得到的比特序列與左側數據進行XOR運算，並將結果作為加密後的左側。
我們需要用不同的子密鑰對一輪的處理重復若干次，並在每兩輪處理之間將左側和右側的數據對調。
Feistel網路的解密操作只要按照相反的順序來使用子密鑰就可以完成了。
Feistel網路的性質 ：
a. 輪數可以任意增加；
b. 加密時無論使用任何函數作為輪函數都可以正確解密（即使該函數不存在反函數）；
c. 加密和解密可以用完全相同的結構來實現。
綜上所述，無論是任何輪數、任何輪函數，Feistel網路都可以 用相同的結構實現加密和解密 ，且加密的結果必定能夠正確解密。
三重DES是為了增加DES的強度，將DES重復3次所得到的一種密碼演算法，也稱為 TDEA ，通常縮寫為 3DES 。
明文經過三次DES處理才能變成最後的密文，由於DES密鑰的長度實質上是56比特，因此三重DES的密鑰長度就是168比特。
三重DES並不是進行三次DES加密，而是 加密→解密→加密 的過程，目的是 讓三重DES能夠兼容普通的DES ，當所有密鑰都相同時，三重DES也就等同於普通的DES。
盡管三重DES目前還被銀行等機構使用，但其處理速度不高，除了特別重視向下兼容性的情況以外，很少被用於新的用途。
AES是取代其前任標准(DES)而成為新標準的一種對稱密碼演算法。全世界的企業和密碼學家提交了多個對稱密碼演算法作為AES的候選，最終選出了一種名為 Rijndael 的對稱密碼演算法，並將其確定為AES。
AES的選拔並不僅僅考慮一種演算法是否存在弱點，演算法的速度、實現的容易性等也都在考慮范圍內。此外，這種演算法還必須能夠在各種平台上有效工作。
Rijndael是由比利時密碼學家設計的 分組密碼演算法 ，被選為新一代的標准密碼演算法——AES。
和DES一樣，Rijndael演算法也是由多個 輪 構成的，其中每一輪分為 SubBytes 、 ShiftRows 、 MixColumns 和 AddRoundKey 共4個步驟。DES使用Feistel網路作為其基本結構，而Rijndael使用的是 SPN結構 。
加密過程 ：
a. 首先，需要 逐個位元組 地對16位元組的輸入數據進行SubBytes處理，即以每個位元組的值（0~255）為索引，從一張擁有256個值的 替換表 (S-Box)中查找出對應值（ 類似於簡單替換密碼 ）。
b. 進行ShiftRows處理，即以4位元組為單位的 行(row) 按照一定的規則向左平移，且每一行平移的位元組數是不同的。
c. 進行MixColumns處理，即對一個4位元組的值進行比特運算，將其變為另外一個4位元組值。
d. 最後，將MixColumns的輸出與輪密鑰進行 XOR ，即進行AddRoundKey處理。至此，Rijndael的一輪就結束了。實際上，在Rijndael中需要重復進行10~14輪計算。
在SPN結構中， 輸入的所有比特在一輪中都會被加密 。和每一輪都只加密一半輸入的比特的Feistel網路相比，這種方式的優勢在於 加密所需要的輪數更少 。此外，這種方式還有一個優勢，即 SubBytes、ShiftRows和MixColumns可以分別以位元組、行和列為單位進行並行計算 。
在Rijndael的 加密 過程中，每一輪所進行的處理為：
SubBytes→ShiftRows→MixColumns→AddRoundKey
而在 解密 時，則是按照相反的順序來進行的，即：
AddRoundKey→InvMixColumns→InvShiftRows→InvSubBytes
解密過程 ：
Rijndael演算法背後有著 嚴謹的數學結構 ，即從明文到密文的計算過程可以全部用公式來表達，這是以前任何密碼演算法都不具備的性質。如果Rijndael的公式能夠通過數學運算來求解，那也就意味著Rijndael能夠通過數學方法進行破譯，這也為新的攻擊方式的產生提供了可能。
(1) 因為現在用暴力破解法已經能夠在現實的時間內完成對DES的破譯， DES不應再用於任何新的用途 。但是也需要保持與舊版本軟體的兼容性。
(2) 盡管在一些重視兼容性的環境中會使用三重DES，但 我們也沒有理由將三重DES用於新的用途 ，它會逐漸被AES所取代。
(3) 現在應該使用的演算法是AES(Rijndael) ，因為它安全、快速，而且能夠在各種平台上工作。
(4) AES最終候選演算法應該可以作為AES的備份 ，因為這些密碼演算法也都經過了嚴格的測試，且沒有發現任何弱點。
(5) 一般來說， 我們不應該使用任何自製的密碼演算法 ，而是應該使用AES。
優點 ：
使用一種密鑰空間巨大，且在演算法上沒有弱點的對稱密碼，就可以通過密文來確保明文的機密性。 巨大的密鑰空間能夠抵禦暴力破解，演算法上沒有弱點可以抵禦其他類型的攻擊。
不足 ：
a. 用對稱密碼進行通信時，還會出現 密鑰的配送問題 ，即如何將密鑰安全地發送給接受者。為了解決密鑰配送問題，需要 公鑰密碼技術 。
b. 盡管使用對稱密碼可以確保機密性，但僅憑這一點還並不能完全放心。 例如發送者可能發送偽造的密文，並利用解密時返回的錯誤來盜取信息。
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Ⅲ 對稱加密演算法之DES介紹
DES (Data Encryption Standard)是分組對稱密碼演算法。
DES演算法利用 多次組合替代演算法 和 換位演算法 ，分散和錯亂的相互作用，把明文編製成密碼強度很高的密文，它的加密和解密用的是同一演算法。
DES演算法，是一種 乘積密碼 ，其在演算法結構上主要採用了 置換 、 代替 、 模二相加 等函數，通過 輪函數 迭代的方式來進行計算和工作。
DES演算法也會使用到數據置換技術，主要有初始置換 IP 和逆初始置換 IP^-1 兩種類型。DES演算法使用置換運算的目的是將原始明文的所有格式及所有數據全部打亂重排。而在輪加密函數中，即將數據全部打亂重排，同時在數據格式方面，將原有的32位數據格式，擴展成為48位數據格式，目的是為了滿足S盒組對數據長度和數據格式規范的要求。
一組數據信息經過一系列的非線性變換以後，很難從中推導出其計算的過程和使用的非線性組合；但是如果這組數據信息使用的是線性變換，計算就容易的多。在DES演算法中，屬於非線性變換的計算過程只有S盒，其餘的數據計算和變換都是屬於線性變換，所以DES演算法安全的關鍵在於S盒的安全強度。此外，S盒和置換IP相互配合，形成了很強的抗差分攻擊和抗線性攻擊能力，其中抗差分攻擊能力更強一些。
DES演算法是一種分組加密機制，將明文分成N個組，然後對各個組進行加密，形成各自的密文，最後把所有的分組密文進行合並，形成最終的密文。
DES加密是對每個分組進行加密，所以輸入的參數為分組明文和密鑰，明文分組需要置換和迭代，密鑰也需要置換和循環移位。在初始置換IP中，根據一張8*8的置換表，將64位的明文打亂、打雜，從而提高加密的強度；再經過16次的迭代運算，在這些迭代運算中，要運用到子密鑰；每組形成的初始密文，再次經過初始逆置換 IP^-1 ，它是初始置換的逆運算，最後得到分組的最終密文。
圖2右半部分，給出了作用56比特密鑰的過程。DES演算法的加密密鑰是64比特，但是由於密鑰的第n*8(n=1,2…8)是校驗(保證含有奇數個1)，因此實際參與加密的的密鑰只有 56比特 。開始時，密鑰經過一個置換，然後經過循環左移和另一個置換分別得到子密鑰ki，供每一輪的迭代加密使用。每輪的置換函數都一樣，但是由於密鑰位的重復迭代使得子密鑰互不相同。
DES演算法 利用多次組合替代演算法和換位演算法，分散和錯亂的相互作用，把明文編製成密碼強度很高的密文，它的加密和解密用的是同一演算法。
DES演算法詳述：DES對64位明文分組(密鑰56bit)進行操作。
1、 初始置換函數IP：64位明文分組x經過一個初始置換函數IP，產生64位的輸出x0，再將分組x0分成左半部分L0和右半部分R0：即將輸入的第58位換到第一位，第50位換到第2位，…，依次類推，最後一位是原來的第7位。L0、R0則是換位輸出後的兩部分，L0是輸出的左32位，R0是右32位。例，設置換前的輸入值為D1D2D3…D64，則經過初始置換後的結果為：L0=D58D50…D8；R0=D57D49…D7.其置換規則如表1所示。
DES加密過程最後的逆置換 IP^-1 ，是表1的 逆過程 。就是把原來的每一位都恢復過去，即把第1位的數據，放回到第58位，把第2位的數據，放回到第50位。
2、 獲取子密鑰 Ki ：DES加密演算法的密鑰長度為56位，一般表示為64位(每個第8位用於奇偶校驗)，將用戶提供的64位初始密鑰經過一系列的處理得到K1,K2,…,K16，分別作為 1~16 輪運算的 16個子密鑰 。
(1). 將64位密鑰去掉8個校驗位，用密鑰置換 PC-1 (表2)置換剩下的56位密鑰；
(2). 將56位分成前28位C0和後28位D0，即 PC-1(K56)=C0D0 ;
(3). 根據輪數，這兩部分分別循環左移1位或2位，表3：
(4). 移動後，將兩部分合並成56位後通過壓縮置換PC-2(表4)後得到48位子密鑰，即Ki=PC-2(CiDi).
子密鑰產生如圖2所示：
3、 密碼函數F(非線性的)
(1). 函數F的操作步驟：密碼函數F 的輸入是32比特數據和48比特的子密鑰：
A．擴展置換(E):將數據的右半部分Ri從32位擴展為48位。位選擇函數(也稱E盒)，如表5所示：
B．異或：擴展後的48位輸出E(Ri)與壓縮後的48位密鑰Ki作異或運算；
C．S盒替代：將異或得到的48位結果分成八個6位的塊，每一塊通過對應的一個S盒產生一個4位的輸出。
(2)、D、P盒置換：將八個S盒的輸出連在一起生成一個32位的輸出，輸出結果再通過置換P產生一個32位的輸出即：F(Ri,Ki)，F(Ri,Ki)演算法描述如圖3，最後，將P盒置換的結果與最初的64位分組的左半部分異或，然後，左、右半部分交換，開始下一輪計算。
4、密文輸出：經過16次迭代運算後，得到L16、R16，將此作為輸入，進行逆置換，即得到密文輸出。逆置換正好是初始置的逆運算。例如，第1位經過初始置換後，處於第40位，而通過逆置換，又將第40位換回到第1位，其逆置換規則如表8所示：
圖4為DES演算法加密原理圖：
DES演算法加密和解密過程採用相同的演算法，並採用相同的加密密鑰和解密密鑰，兩者的區別是：(1)、DES加密是從L0、R0到L15、R15進行變換，而解密時是從L15、R15到L0、R0進行變換的；(2)、加密時各輪的加密密鑰為K0K1…K15，而解密時各輪的解密密鑰為K15K14…K0；(3)、加密時密鑰循環左移，解密時密鑰循環右移。
DES加密過程分析：
(1)、首先要生成64位密鑰，這64位的密鑰經過「子密鑰演算法」換轉後，將得到總共16個子密鑰。將這些子密鑰標識為Kn(n=1,2,…,16)。這些子密鑰主要用於總共十六次的加密迭代過程中的加密工具。
(2)、其次要將明文信息按64位數據格式為一組，對所有明文信息進行分組處理。每一段的64位明文都要經過初試置換IP，置換的目的是將數據信息全部打亂重排。然後將打亂的數據分為左右兩塊，左邊一塊共32位為一組，標識為L0；右邊一塊也是32位為一組，標識為R0.
(3)、置換後的數據塊總共要進行總共十六次的加密迭代過程。加密迭代主要由加密函數f來實現。首先使用子密鑰K1對右邊32位的R0進行加密處理，得到的結果也是32位的；然後再將這個32位的結果數據與左邊32位的L0進行模2處理，從而再次得到一個32位的數據組。我們將最終得到的這個32位組數據，作為第二次加密迭代的L1，往後的每一次迭代過程都與上述過程相同。
(4)、在結束了最後一輪加密迭代之後，會產生一個64位的數據信息組，然後我們將這個64位數據信息組按原有的數據排列順序平均分為左右兩等分，然後將左右兩等分的部分進行位置調換，即原來左等分的數據整體位移至右側，而原來右等分的數據則整體位移至左側，這樣經過合並後的數據將再次經過逆初始置換IP^-1的計算，我們最終將得到一組64位的密文。
DES解密過程分析：DES的解密過程與它的加密過程是一樣的，這是由於DES演算法本身屬於對稱密碼體制演算法，其加密和解密的過程可以共用同一個過程和運算。
DES加密函數f：在DES演算法中，要將64位的明文順利加密輸出成64位的密文，而完成這項任務的核心部分就是加密函數f。加密函數f的主要作用是在第m次的加密迭代中使用子密鑰Km對Km-1進行加密操作。加密函數f在加密過程中總共需要運行16輪。
十六輪迭代演算法：它先將經過置換後的明文分成兩組，每組32位；同時密鑰也被分成了兩組，每組28位，兩組密鑰經過運算，再聯合成一個48位的密鑰，參與到明文加密的運算當中。S盒子，它由8個4*16的矩陣構成，每一行放著0到15的數據，順序各個不同，是由IBM公司設計好的。經過異或運算的明文，是一個48位的數據，在送入到S盒子的時候，被分成了8份，每份6位，每一份經過一個S盒子，經過運算後輸出為4位，即是一個0到15的數字的二進製表示形式。具體運算過程為，將輸入的6位中的第1位為第6位合並成一個二進制數，表示行號，其餘4位也合並成一個二進制數，表示列號。在當前S盒子中，以這個行號和列號為准，取出相應的數，並以二進制的形式表示，輸出，即得到4位的輸出，8個S盒子共計32位。
DES演算法優缺點：
(1)、產生密鑰簡單，但密鑰必須高度保密，因而難以做到一次一密；
(2)、DES的安全性依賴於密鑰的保密。攻擊破解DES演算法的一個主要方法是通過密鑰搜索，使用運算速度非常高的計算機通過排列組合枚舉的方式不斷嘗試各種可能的密鑰，直到破解為止。一般，DES演算法使用56位長的密鑰，通過簡單計算可知所有可能的密鑰數量最多是2^56個。隨著巨型計算機運算速度的不斷提高，DES演算法的安全性也將隨之下降，然而在一般的民用商業場合，DES的安全性仍是足夠可信賴的。
(3)、DES演算法加密解密速度比較快，密鑰比較短，加密效率很高但通信雙方都要保持密鑰的秘密性，為了安全還需要經常更換DES密鑰。
參考鏈接 ： https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/42273257
Ⅳ ubuntu中對txt進行對稱加密
重復輸入兩次即可完成對文件的加密。
enc表示對文件進行對稱加密或解密，e表示對一個文件進行加密操作，aes256表示使用aes256演算法進行加密，in表示需要被加密的文件，out表示加密之後生成的新文件。加密過程中會要求輸入一個加密密碼，重復輸入兩次即可完成對文件的加密。
txt是微軟在操作系統上附帶的一種文本格式，是最常見的一種文件格式，早在DOS時代應用就很多，主要存文本信息，即為文字信息。
Ⅳ 加密技術02-對稱加密-AES原理
AES 全稱 Advanced Encryption Standard（高級加密標准）。它的出現主要是為了取代 DES 加密演算法的，因為 DES 演算法的密鑰長度是 56 位，因此演算法的理論安全強度是 2^56。但二十世紀中後期正是計算機飛速發展的階段，元器件製造工藝的進步使得計算機的處理能力越來越強，所以還是不能滿足人們對安全性的要求。於是 1997 年 1 月 2 號，美國國家標准技術研究所宣布希望徵集高級加密標准，用以取代 DES。AES 也得到了全世界很多密碼工作者的響應，先後有很多人提交了自己設計的演算法。最終有5個候選演算法進入最後一輪：Rijndael，Serpent，Twofish，RC6 和 MARS。最終經過安全性分析、軟硬體性能評估等嚴格的步驟，Rijndael 演算法獲勝。
AES 密碼與分組密碼 Rijndael 基本上完全一致，Rijndael 分組大小和密鑰大小都可以為 128 位、192 位和 256 位。然而 AES 只要求分組大小為 128 位，因此只有分組長度為 128 位的 Rijndael 才稱為 AES 演算法。本文只對分組大小 128 位，密鑰長度也為 128 位的 Rijndael 演算法進行分析。密鑰長度為 192 位和 256 位的處理方式和 128 位的處理方式類似，只不過密鑰長度每增加 64 位，演算法的循環次數就增加 2 輪，128 位循環 10 輪、192 位循環 12 輪、256 位循環 14 輪。
給定一個 128 位的明文和一個 128 位的密鑰，輸出一個 128 位的密文。這個密文可以用相同的密鑰解密。雖然 AES 一次只能加密 16 個位元組，但我們只需要把明文劃分成每 16 個位元組一組的塊，就可以實現任意長度明文的加密。如果明文長度不是 16 個位元組的倍數，則需要填充，目前填充方式主要是 PKCS7 / PKCS5。
下來主要分析 16 個位元組的加解密過程，下圖是 AES 演算法框架。
密鑰生成流程
G 函數
關於輪常量的生成下文會介紹。
主要作用：一是增加密鑰編排中的非線性；二是消除AES中的對稱性。這兩種屬性都是抵抗某些分組密碼攻擊必要的。
接下來詳細解釋一下幾個關鍵步驟。
明文矩陣和當前回次的子密鑰矩陣進行異或運算。
位元組代換層的主要功能是通過 S 盒完成一個位元組到另外一個位元組的映射。
依次遍歷 4 * 4 的明文矩陣 P 中元素，元素高四位值為行號，低四位值為列號，然後在 S 盒中取出對應的值。
行位移操作最為簡單，它是用來將輸入數據作為一個 4 * 4 的位元組矩陣進行處理的，然後將這個矩陣的位元組進行位置上的置換。ShiftRows 子層屬於 AES 手動的擴散層，目的是將單個位上的變換擴散到影響整個狀態當，從而達到雪崩效應。它之所以稱作行位移，是因為它只在 4 * 4 矩陣的行間進行操作，每行 4 位元組的數據。在加密時，保持矩陣的第一行不變，第二行向左移動 1 個位元組、第三行向左移動 2 個位元組、第四行向左移動 3 個位元組。
列混淆層是 AES 演算法中最為復雜的部分，屬於擴散層，列混淆操作是 AES 演算法中主要的擴散元素，它混淆了輸入矩陣的每一列，使輸入的每個位元組都會影響到 4 個輸出位元組。行位移層和列混淆層的組合使得經過三輪處理以後，矩陣的每個位元組都依賴於 16 個明文位元組成可能。其實質是在有限域 GF(2^8) 上的多項式乘法運算，也稱伽羅瓦域上的乘法。
伽羅瓦域
伽羅瓦域上的乘法在包括加/解密編碼和存儲編碼中經常使用，AES 演算法就使用了伽羅瓦域 GF(2^8) 中的運算。以 2^n 形式的伽羅瓦域來說，加減法都是異或運算，乘法相對較復雜一些，下面介紹 GF(2^n) 上有限域的乘法運算。
本原多項式： 域中不可約多項式，是不能夠進行因子分解的多項式，本原多項式是一種特殊的不可約多項式。當一個域上的本原多項式確定了，這個域上的運算也就確定了，本原多項式一般通過查表可得，同一個域往往有多個本原多項式。通過將域中的元素化為多項式的形式，可以將域上的乘法運算轉化為普通的多項式乘法模以本原多項式的計算。比如 g(x) = x^3+x+1 是 GF(2^3) 上的本原多項式，那麼 GF(2^3) 域上的元素 3*7 可以轉化為多項式乘法：
乘二運算： 無論是普通計算還是伽羅瓦域上運算，乘二計算是一種非常特殊的運算。普通計算在計算機上通過向高位的移位計算即可實現，伽羅瓦域上乘二也不復雜，一次移位和一次異或即可。從多項式的角度來看，伽羅瓦域上乘二對應的是一個多項式乘以 x，如果這個多項式最高指數沒有超過本原多項式最高指數，那麼相當於一次普通計算的乘二計算，如果結果最高指數等於本原多項式最高指數，那麼需要將除去本原多項式最高項的其他項和結果進行異或。
比如：GF(2^8)（g(x) = x^8 + x^4 + x^3 + x^2 + 1）上 15*15 = 85 計算過程。
15 寫成生成元指數和異或的形式 2^3 + 2^2 + 2^1 + 1，那麼：
乘二運算計算過程：
列混淆 ：就是把兩個矩陣的相乘，裡面的運算，加法對應異或運算，乘法對應伽羅瓦域 GF(2^8) 上的乘法（本原多項式為：x^8 + x^4 + x^3 + x^1 + 1）。
Galois 函數為伽羅瓦域上的乘法。
解碼過程和 DES 解碼類似，也是一個逆過程。基本的數學原理也是：一個數進行兩次異或運算就能恢復，S ^ e ^ e = S。
密鑰加法層
通過異或的特性，再次異或就能恢復原數。
逆Shift Rows層
恢復 Shift Rows層 的移動。
逆Mix Column層
通過乘上正矩陣的逆矩陣進行矩陣恢復。
一個矩陣先乘上一個正矩陣，然後再乘上他的逆矩陣，相當於沒有操作。
逆位元組代換層
通過再次代換恢復位元組代換層的代換操作。
比如：0x00 位元組的置換過程
輪常量生成規則如下：
演算法原理和 AES128 一樣，只是每次加解密的數據和密鑰大小為 192 位和 256 位。加解密過程幾乎是一樣的，只是循環輪數增加，所以子密鑰個數也要增加，最後輪常量 RC 長度增加。
Ⅵ 對稱密鑰加密技術的工作流程
SQL Server 2005一個令人激動的特性是內置了加密的功能。在這個新版的SQL Server中，開發團隊直接在T-SQL中加入了加密工具、證書創建和密鑰管理的功能。對於因為法律要求或商業需求而需要加密表中的數據的人來說，這是一個好禮物。對於猶豫是否用加密來保證數據安全的人來說，做決定也更容易了。這篇文章介紹新的加密功能是怎麼工作，怎麼使用。
TSQL現在支持使用對稱密鑰和非對稱密鑰，證書和密碼。本文介紹如何創建、管理和使用對稱密鑰和證書。
根據涉及的內容，我決定把本文分為三節：
第一部分：服務主密鑰和資料庫主密鑰
第二部分：證書
第三部分：對稱密鑰
1. 服務主密鑰和資料庫主密鑰
圖：SQL Server 2005加密層次結構
1.1 服務主密鑰
當第一次需要使用服務主密鑰對鏈接伺服器密碼、憑據或資料庫主密鑰進行加密時，便會自動生成服務主密鑰。服務主密鑰為 SQL Server 加密層次結構的根。服務主密鑰直接或間接地保護樹中的所有其他密鑰和機密內容。使用本地計算機密鑰和 Windows 數據保護 API 對服務主密鑰進行加密。該 API 使用從 SQL Server 服務帳戶的 Windows 憑據中派生出來的密鑰。
因為服務主密鑰是自動生成且由系統管理的，它只需要很少的管理。服務主密鑰可以通過BACKUP SERVICE MASTER KEY語句來備份，格式為：
BACKUP SERVICE MASTER KEY TO FILE = 'path_to_file' ENCRYPTION BY PASSWORD = 'password'
'path_to_file' 指定要將服務主密鑰導出到的文件的完整路徑（包括文件名）。此路徑可以是本地路徑，也可以是網路位置的 UNC 路徑。
'password' 用於對備份文件中的服務主密鑰進行加密的密碼。此密碼應通過復雜性檢查。
應當對服務主密鑰進行備份，並將其存儲在另外一個單獨的安全位置。創建該備份應該是首先在伺服器中執行的管理操作之一。
如果需要從備份文件中恢復服務主密鑰，使用RESTORE SERVICE MASTER KEY語句。
RESTORE SERVICE MASTER KEY FROM FILE = 'path_to_file'
DECRYPTION BY PASSWORD = 'password' [FORCE]
'path_to_file' 指定存儲服務主密鑰的完整路徑（包括文件名）。path_to_file 可以是本地路徑，也可以是網路位置的 UNC 路徑。
PASSWORD = 'password' 指定對從文件中導入的服務主密鑰進行解密時所需的密碼。
FORCE 即使存在數據丟失的風險，也要強制替換服務主密鑰。
註：如果你在使用RESTORE SERVICE MASTER KEY時不得不使用FORCE選項，你可能會遇到部分或全部加密數據丟失的情況。
如果你的服務主密鑰泄露了，或者你想更改SQL Server服務帳戶，你可以通過ALTERSERVICE MASTER KEY語句重新生成或者恢復服務主密鑰。它的用法請參考聯機叢書。
因為服務主密鑰是SQL Server自動生成的，所以，它沒有對應的CREATE和DROP語句。
1.2 資料庫主密鑰
正如每個SQL Server有一個服務主密鑰，每個資料庫有自己的資料庫主密鑰。資料庫主密鑰通過CREATE MASTER KEY語句生成：
CREATE MASTER KEY ENCRYPTION BY PASSWORD = 'password'
這個語句創建資料庫主密鑰，使用指定的密碼加密它，並保存在資料庫中。同時，資料庫主密鑰也被使用服務主密鑰加密之後保存在master資料庫中，這就是所謂的「自動密鑰管理」。這個特性我們待會再講。
象服務主密鑰一樣，你可以備份和恢復資料庫主密鑰。使用BACKUP MASTER KEY備份資料庫主密鑰。語法類似於備份服務主密鑰：
BACKUP MASTER KEY TO FILE = 'path_to_file'
ENCRYPTION BY PASSWORD = 'password'
恢復資料庫主密鑰使用RESTORE MASTER KEY語句，它需要使用DECRYPTION BY PASSWORD子句提供備份時指定的加密密碼，還要使用ENCRYPTION BY PASSWORD子句，SQL Server使用它提供的密碼來加密資料庫主密鑰之後保存在資料庫中。
RESTORE MASTER KEY FROM FILE = 'path_to_file'
DECRYPTION BY PASSWORD = 'password'
ENCRYPTION BY PASSWORD = 'password'
[ FORCE ]
同樣，FORCE表示你將忽略在解密過程中的錯誤。
建議你在創建了資料庫主密鑰之後立即備份資料庫主密鑰，並把它保存到一個安全的地方。同樣，使用FORCE語句可能導致已加密數據的丟失。
要刪除資料庫主密鑰，使用DROP MASTER KEY語句，它刪除當前資料庫的主密鑰。在執行之前，確定你在正確的資料庫上下文中。
1.3 自動密鑰管理
當創建資料庫主密鑰時，它被使用提供的密碼加密然後被保存到當前資料庫中。同時，它被使用服務主密鑰加密並保存到master資料庫中。這份保存的資料庫主密鑰允許伺服器在需要的時候解密資料庫主密鑰，這就是自動密鑰管理。沒有自動密鑰管理的話，你必須在每次使用證書或密鑰加密或解密數據（它需要使用資料庫主密鑰）時使用OPEN MASTER KEY語句同時提供加密的密碼。使用自動密鑰管理，你不需要執行OPEN MASTER KEY語句，也不需要提供密碼。
自動密鑰管理的缺點就是每個sysadmin角色的成員都能夠解密資料庫主密鑰。你可以通過ALTER MASTER KEY語句的DROP ENCRYPTION BY SERVICE MASTER KEY子句，從而不使用自動密鑰管理。ALTER MASTER KEY的使用方法參見聯機叢書。
Ⅶ 對稱加密演算法以及使用方法
加密的原因：保證數據安全
加密必備要素：1、明文/密文 2、秘鑰 3、演算法
秘鑰：在密碼學中是一個定長的字元串、需要根據加密演算法確定其長度
加密演算法解密演算法一般互逆、也可能相同
常用的兩種加密方式：
對稱加密：秘鑰：加密解密使用同一個密鑰、數據的機密性雙向保證、加密效率高、適合加密於大數據大文件、加密強度不高(相對於非對稱加密)
非對稱加密：秘鑰：加密解密使用的不同秘鑰、有兩個密鑰、需要使用密鑰生成演算法生成兩個秘鑰、數據的機密性只能單向加密、如果想解決這個問題、雙向都需要各自有一對秘鑰、加密效率低、加密強度高
公鑰：可以公開出來的密鑰、公鑰加密私鑰解密
私鑰：需要自己妥善保管、不能公開、私鑰加密公鑰解密
安全程度高：多次加密
按位異或運算
凱撒密碼：加密方式 通過將銘文所使用的字母表按照一定的字數平移來進行加密
mod：取余
加密三要素：明文/密文(字母)、秘鑰(3)、演算法(向右平移3/-3)
安全常識：不要使用自己研發的演算法、不要鑽牛角尖、沒必要研究底層實現、了解怎麼應用；低強度的密碼比不進行任何加密更危險；任何密碼都會被破解；密碼只是信息安全的一部分
保證數據的機密性、完整性、認證、不可否認性
計算機操作對象不是文字、而是由0或1排列而成的比特序列、程序存儲在磁碟是二進制的字元串、為比特序列、將現實的東西映射為比特序列的操作稱為編碼、加密又稱之為編碼、解密稱之為解碼、根據ASCII對照表找到對應的數字、轉換成二進制
三種對稱加密演算法：DES\3DES\ AES
DES：已經被破解、除了用它來解密以前的明文、不再使用
密鑰長度為56bit/8、為7byte、每隔7個bit會設置一個用於錯誤檢查的比特、因此實際上是64bit
分組密碼(以組為單位進行處理)：加密時是按照一個單位進行加密(8個位元組/64bit為一組)、每一組結合秘鑰通過加密演算法得到密文、加密後的長度不變
3DES:三重DES為了增加DES的強度、將DES重復三次所得到的一種加密演算法 密鑰長度24byte、分成三份 加密--解密--加密 目的：為了兼容DES、秘鑰1秘鑰2相同==三個秘鑰相同 ---加密一次 密鑰1秘鑰3相同--加密三次 三個密鑰不相同最好、此時解密相當於加密、中間的一次解密是為了有三個密鑰相同的情況
此時的解密操作與加密操作互逆，安全、效率低
數據先解密後加密可以么？可以、解密相當於加密、加密解密說的是演算法
AES：(首選推薦)底層演算法為Rijndael 分組長度為128bit、密鑰長度為128bit到256bit范圍內就可以 但是在AES中、密鑰長度只有128bit\192bit\256bit 在go提供的介面中、只能是16位元組(128bit)、其他語言中秘鑰可以選擇
目前為止最安全的、效率高
底層演算法
分組密碼的模式：
按位異或、對數據進行位運算、先將數據轉換成二進制、按位異或操作符^、相同為真、不同為假、非0為假 按位異或一次為加密操作、按位異或兩次為解密操作：a和b按位異或一次、結果再和b按位異或
ECB : 如果明文有規律、加密後的密文有規律不安全、go里不提供該介面、明文分組分成固定大小的塊、如果最後一個分組不滿足分組長度、則需要補位
CBC：密碼鏈
問題：如何對字元串進行按位異或？解決了ECB的規律可查缺點、但是他不能並行處理、最後一個明文分組也需要填充 、初始化向量長度與分組長度相同
CFB:密文反饋模式
不需要填充最後一個分組、對密文進行加密
OFB：
不需要對最後一組進行填充
CTR計數器:
不需要對最後一組進行填充、不需要初始化向量
Go中的實現
官方文檔中：
在創建aes或者是des介面時都是調用如下的方法、返回的block為一個介面
func NewCipher(key [] byte ) ( cipher . Block , error )
type Block interface {
// 返回加密位元組塊的大小
BlockSize() int
// 加密src的第一塊數據並寫入dst，src和dst可指向同一內存地址
Encrypt(dst, src []byte)
// 解密src的第一塊數據並寫入dst，src和dst可指向同一內存地址
Decrypt(dst, src []byte)
}
Block介面代表一個使用特定密鑰的底層塊加/解密器。它提供了加密和解密獨立數據塊的能力。
Block的Encrypt/Decrypt也能進行加密、但是只能加密第一組、因為aes的密鑰長度為16、所以進行操作的第一組數據長度也是16
如果分組模式選擇的是cbc
func NewCBCEncrypter(b Block, iv []byte) BlockMode 加密
func NewCBCDecrypter(b Block, iv []byte) BlockMode 解密
加密解密都調用同一個方法CryptBlocks()
並且cbc分組模式都會遇到明文最後一個分組的補充、所以會用到加密位元組的大小
返回一個密碼分組鏈接模式的、底層用b加密的BlockMode介面，初始向量iv的長度必須等於b的塊尺寸。iv自己定義
返回的BlockMode同樣也是一個介面類型
type BlockMode interface {
// 返回加密位元組塊的大小
BlockSize() int
// 加密或解密連續的數據塊，src的尺寸必須是塊大小的整數倍，src和dst可指向同一內存地址
CryptBlocks(dst, src []byte)
}
BlockMode介面代表一個工作在塊模式（如CBC、ECB等）的加/解密器
返回的BlockMode其實是一個cbc的指針類型中的b和iv
# 加密流程:
1. 創建一個底層使用des/3des/aes的密碼介面 "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分組模式需要對明文分組進行填充
3. 創建一個密碼分組模式的介面對象 - 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：
先求出最後一組中的位元組數、創建新切片、長度為新切片、值也為切片的長度、然後利用bytes.Reapet將長度換成位元組切片、追加到原明文中
//明文補充
func padPlaintText(plaintText []byte,blockSize int)[]byte{
//1、求出需要填充的個數
padNum := blockSize-len(plaintText) % blockSize
//2、對填充的個數進行操作、與原明文進行合並
newPadding := []byte{byte(padNum)}
newPlain := bytes.Repeat(newPadding,padNum)
plaintText = append(plaintText,newPlain...)
return plaintText
}
去掉填充數據：
拿去切片中的最後一個位元組、得到尾部填充的位元組個數、截取返回
//解密後的明文曲調補充的地方
func createPlaintText(plaintText []byte,blockSize int)[]byte{
//1、得到最後一個位元組、並將位元組轉換成數字、去掉明文中此數字大小的位元組
padNum := int(plaintText[len(plaintText)-1])
newPadding := plaintText[:len(plaintText)-padNum]
return newPadding
}
des加密：
1、創建一個底層使用des的密碼介面、參數為秘鑰、返回一個介面
2、對明文進行填充
3、創建一個cbc模式的介面、需要創建iv初始化向量、返回一個blockmode對象
4、加密、調用blockmode中的cryptBlock函數進行加密、參數為目標參數和源參數
//des利用分組模式cbc進行加密
func EncryptoText(plaintText []byte,key []byte)[]byte{
//1、創建des對象
cipherBlock,err := des.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//2、對明文進行填充
newText := padPlaintText(plaintText,cipherBlock.BlockSize())
//3、選擇分組模式、其中向量的長度必須與分組長度相同
iv := make([]byte,cipherBlock.BlockSize())
blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(cipherBlock,iv)
//4、加密
blockMode.CryptBlocks(newText,newText)
return newText
}
des解密：
1、創建一個底層使用des的密碼介面、參數為秘鑰、返回一個介面
2、創建一個cbc模式的介面、需要創建iv初始化向量，返回一個blockmode對象
3、加密、調用blockmode中的cryptBlock函數進行解密、參數為目標參數和源參數
4、調用去掉填充數據的方法
//des利用分組模式cbc進行解密
func DecryptoText(cipherText []byte, key []byte)[]byte{
//1、創建des對象
cipherBlock,err := des.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//2、創建cbc分組模式介面
iv := []byte("12345678")
blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(cipherBlock,iv)
//3、解密
blockMode.CryptBlocks(cipherText,cipherText)
//4、將解密後的數據進行去除填充的數據
newText := clearPlaintText(cipherText,cipherBlock.BlockSize())
return newText
}
Main函數調用
func main(){
//需要進行加密的明文
plaintText := []byte("CBC--密文沒有規律、經常使用的加密方式，最後一個分組需要填充，需要初始化向量" +
"(一個數組、數組的長度與明文分組相等、數據來源:負責加密的人提供，加解密使用的初始化向量必須相同)")
//密鑰Key的長度需要與分組長度相同、且加密解密的密鑰相同
key := []byte("1234abcd")
//調用加密函數
cipherText := EncryptoText(plaintText,key)
newPlaintText := DecryptoText(cipherText,key)
fmt.Println(string(newPlaintText))
}
AES加密解密相同、所以只需要調用一次方法就可以加密、調用兩次則解密
推薦是用分組模式：cbc、ctr
aes利用分組模式cbc進行加密
//對明文進行補充
func paddingPlaintText(plaintText []byte , blockSize int ) []byte {
//1、求出分組余數
padNum := blockSize - len(plaintText) % blockSize
//2、將余數轉換為位元組切片、然後利用bytes.Repeat得出有該余數的大小的位元組切片
padByte := bytes.Repeat([]byte{byte(padNum)},padNum)
//3、將補充的位元組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、創建aes對象
block,err := aes.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//2、明文補充
newText := paddingPlaintText(plaintText,block.BlockSize())
//3、創建cbc對象
iv := []byte("12345678abcdefgh")
blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block,iv)
//4、加密
blockMode.CryptBlocks(newText,newText)
return newText
}
//解密後的去尾
func clearplaintText(plaintText []byte, blockSize int) []byte {
//1、得到最後一個位元組、並轉換成整型數據
padNum := int(plaintText[len(plaintText)-1])
//2、截取明文位元組中去掉得到的整型數據之前的數據、此處出錯、沒有用len-padNum
newText := plaintText[:len(plaintText)-padNum]
return newText
}
//aes解密
func deCryptionText(crypherText []byte, key []byte ) []byte {
//1、創建aes對象
block, err := aes.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//2、創建cbc對象
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(){
//需要進行加密的明文
plaintText := []byte("CBC--密文沒有規律、經常使用的加密方式，最後一個分組需要填充，需要初始化向量")
//密鑰Key的長度需要與分組長度相同、且加密解密的密鑰相同
key := []byte("12345678abcdefgh")
//調用加密函數
cipherText := encryptionText(plaintText,key)
//調用解密函數
newPlaintText := deCryptionText(cipherText,key)
fmt.Println("解密後",string(newPlaintText))
}
//aes--ctr加密
func encryptionCtrText(plaintText []byte, key []byte) []byte {
//1、創建aes對象
block,err := aes.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//2、創建ctr對象，雖然ctr模式不需要iv，但是go中使用ctr時還是需要iv
iv := []byte("12345678abcdefgh")
stream := cipher.NewCTR(block,iv)
stream.XORKeyStream(plaintText,plaintText)
return plaintText
}
func main() {
//aes--ctr加密解密、調用兩次即為解密、因為加密解密函數相同stream.XORKeyStream
ctrcipherText := encryptionCtrText(plaintText, key)
ctrPlaintText := encryptionCtrText(ctrcipherText,key)
fmt.Println("aes解密後", string(ctrPlaintText))
}
英文單詞：
明文：plaintext 密文：ciphertext 填充：padding/fill 去掉clear 加密Encryption 解密Decryption
Ⅷ 什麼是對稱加密什麼是非對稱加密
對稱加密:舉個例子來簡要說明一下對稱加密的工作過程。甲和乙是一對生意搭檔，他們住在不同的城市。由於生意上的需要，他們經常會相互之間郵寄重要的貨物。為了保證貨物的安全，他們商定製作一個保險盒，將物品放入其中。他們打造了兩把相同的鑰匙分別保管，以便在收到包裹時用這個鑰匙打開保險盒，以及在郵寄貨物前用這把鑰匙鎖上保險盒。
上面是一個將重要資源安全傳遞到目的地的傳統方式，只要甲乙小心保管好鑰匙，那麼就算有人得到保險盒，也無法打開。這個思想被用到了現代計算機通信的信息加密中。在對稱加密中，數據發送方將明文（原始數據）和加密密鑰一起經過特殊加密演算法處理後，使其變成復雜的加密密文發送出去。接收方收到密文後，若想解讀原文，則需要使用加密密鑰及相同演算法的逆演算法對密文進行解密，才能使其恢復成可讀明文。在對稱加密演算法中，使用的密鑰只有一個，發收信雙方都使用這個密鑰對數據進行加密和解密。
非對稱加密:美國學者Dime和Henman為解決信息公開傳送和密鑰管理問題，提出一種新的密鑰交換協議，允許在不安全的媒體上的通訊雙方交換信息，安全地達成一致的密鑰，這就是「公開密鑰系統」。
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Ⅸ 對稱密鑰加密是如何進行的
對稱密鑰加密也叫秘密/專用密鑰加密（Secret Key Encryption），即發送和接收數據的雙方必須使用相同的/對稱的密鑰對明文進行加密和解密運算。
非對稱密鑰加密也叫公開密鑰加密（Public Key Encryption），是指每個人都有一對唯一對應的密鑰：公開密鑰和私有密鑰，公鑰對外公開，私鑰由個人秘密保存；用其中一把密鑰來加密，就只能用另一把密鑰來解密。發送數據的一方用另一方的公鑰對發送的信息進行加密，然後由接受者用自己的私鑰進行解密。公開密鑰加密技術解決了密鑰的發布和管理問題，是目前商業密碼的核心。使用公開密鑰技術，進行數據通信的雙方可以安全地確認對方身份和公開密鑰，提供通信的可鑒別性。
Ⅹ 對稱加密的工作過程
下面舉個例子來簡要說明一下對稱加密的工作過程。甲和乙是一對生意搭檔，他們住在不同的城市。由於生意上的需要，他們經常會相互之間郵寄重要的貨物。為了保證貨物的安全，他們商定製作一個保險盒，將物品放入其中。他們打造了兩把相同的鑰匙分別保管，以便在收到包裹時用這個鑰匙打開保險盒，以及在郵寄貨物前用這把鑰匙鎖上保險盒。
上面是一個將重要資源安全傳遞到目的地的傳統方式，只要甲乙小心保管好鑰匙，那麼就算有人得到保險盒，也無法打開。這個思想被用到了現代計算機通信的信息加密中。在對稱加密中，數據發送方將明文（原始數據）和加密密鑰一起經過特殊加密演算法處理後，使其變成復雜的加密密文發送出去。接收方收到密文後，若想解讀原文，則需要使用加密密鑰及相同演算法的逆演算法對密文進行解密，才能使其恢復成可讀明文。在對稱加密演算法中，使用的密鑰只有一個，發收信雙方都使用這個密鑰對數據進行加密和解密。