对称算法

加密密钥能够从解密密钥中推算出来，反过来也成立。在大多数对称算法中，加密解密密钥是相同的。这些算法也叫秘密密钥算法或单密钥算法，它要求发送者和接受者在安全通信之前，商定一个密钥。

对称算法的安全性依赖于密钥，泄露密钥就意味着任何人都能对消息进行加密解密。

分组算法

对数据块运算，如果数据长度不够一块，则需要填充；加密之后数据长度可能会变长，某些场景下不适用；需要对数据进行缓存，某些场景下不适用。

分组算法的工作模式

• ECB 模式，最简单，加密长数据有风险；
• CBC 模式，最常用的工作模式，但本身并没有什么优势，单纯因为过去用的人多，属于历史遗留问题；
• OFB 模式，效果类似于流密码，适合处理音视频数据；
• CFB 模式，效果类似于流密码，几乎没人用；
• CTR 模式，可并行加速，只要有条件就推荐使用，广泛应用于 ATM 网络安全和 IPSec 应用中；
• GCM、CCM 认证加密模式，既能加密又能防篡改防重放；
• XTS 存储加密模式，适合随机读写模式；

流密码算法

对数据一位一位的运算，不需要填充；加密之后数据长度不变；不需要对数据进行缓存。

常见对称算法

商用算法（国产的）

• SM1，保密算法，常用于特殊行业，如社保卡、电力行业；

• SM4，公开算法，最常用的商密对称算法；

• SM7，保密算法，轻量级算法，RFID 电子标签常用，如地铁卡；

• ZUC，流密码算法，4G 通信可用；

国际算法（国际的）

• AES，应用最广泛的算法，设计精良；

• DES，历史遗留算法，强度有限，不推荐；

• RC4，历史遗留算法，强度有限，不推荐；

• MD5，历史遗留算法，不是对称算法；

• Snow3G，流密码算法，3G、4G 通信使用；

对称算法的特点

运算速度快，适合对大量数据进行加密解密，以及完整性保护（防篡改）；需要解决密钥管理问题——如何确保通信双方使用相同的密钥进行加解密；

非对称算法

指一个加密算法的加密密钥和解密密钥是不一样的，或者来说不能由其中一个密钥推导出另一个密钥。它是用两个数学相关的密钥对信息进行编码，在此系统中，其中一个密钥叫公钥，可随意发给期望同密钥持有者进行安全通信的人。公钥用于对信息进行加密。第二个密钥是私钥，属于密钥持有者，此人要安全保存私有密钥。密钥持有者用私钥对收到的加密信息进行解密。

公钥加密私钥解密

任何人都知道公钥，都可以做加密运算，只有持有私钥的人能解密，密钥管理非常简单，实际场景如下：A 要向 B 发送信息

1. A 使用 B 的公钥对信息加密，生成密文；
2. A 将密文发送给 B；
3. B 接收到来自 A 的密文后，使用自己的私钥对密文进行解密，获取信息；

私钥签名公钥验证签名

只有持有私钥的人能签名，任何人都知道公钥，都可以验证签名，密钥管理非常简单，通常用于验证数据来源并对数据进行完整性保护，实际场景如下：A 要向 B 发送信息

1. A 先对信息进行哈希运算得到 hash 值，称为摘要，命名为 h0；
2. A 用自己的私钥对摘要进行加密，生成数字签名；
3. A 将数字签名加在信息后面，一起发送给 B；
4. B 收到信息后，用 A 的公钥对数字签名解密，解密成功则代表信息确实来自 A，失败则说明有人冒充 A 发送该信息；
5. B 对信息进行哈希运算得到 hash 值，命名 h1；
6. B 对比 h1 和 h0，一致则说明邮件未被篡改。

特点和应用场景

• 用法独特，密钥管理简单；

• 运算复杂，速度慢，功耗高，很多场景不适用；

• 典型用法：与对称算法搭配使用

  1. A 使用 B的公钥加密一个对称算法的密钥 K，发送给 B；
  2. B 使用自己的私钥解密，获得密钥 K；
  3. A 和 B 使用密钥 K 进行对称算法的加密、解密；

• 存在公钥被冒用的风险，比如 A 和 B 通信时，B 的公钥被替换成 C 的公钥

  • A 想使用 B 的公钥加密一个对称算法的密钥 K，却被替换成了 C 的公钥，加密后发送给了 B；
  • B 使用自己的私钥解密，获得密钥乱码；
  • C 使用自己的私钥解密，获得密钥 K；
  • A 和 B 使用密钥 K 进行对称算法的加解密，通信失败；
  • C 截获 A 发送的信息，使用密钥 K 解密获得正确的明文；

常见非对称算法

商用算法

• SM2，公开算法，国内最常用
• SM9，公开算法，“基于标识的非对称算法”，特殊用处，运算复杂；

国际算法

• RSA，应用广泛，但性能并不好，同等效果下密钥长度是 SM2 的 8 倍；
• ECC，未来会逐渐取代 RSA，与 SM2 原理一致；

摘要算法

也称为杂凑算法、哈希算法，是一种单向算法，要由散列函数输出的结果，回推输入的资料是什么，是非常困难的。这种散列函数的输入资料，通常被称为讯息，而它的输出结果，经常被成为讯息摘要或摘要，也被称为数字指纹。

• 不需要密钥参与运算，因此不具备加密解密能力，不能保护数据的机密性；
• 杂凑算法也被称为“哈希（Hash）算法”；
• 把任意长度的数据变为固定长度的“杂凑值”；
• 常与非对称算法搭配，用于降低数字签名运算的数据长度；
• 在密码应用中不起眼，但其“单向性”有许多妙用；

常见杂凑算法

商用算法

• SM3，公开算法；

国际算法

• SHA3，性能出色，应用较少；
• SHA256，未来会逐渐成为主流；
• SHA1，曾经是主流算法，目前被认为强度有限，慎用；

总结

对称算法

• 1 个密钥，大量数据加解密与完整性保护；
• 典型算法 SM4/AES；

非对称算法

• 2 个密钥，数字签名或公钥加密分发对称密钥；
• 典型算法 SM2/ECC

杂凑算法

• 0 个密钥，单向性使其适用于部分特殊场景，如验证消息完整性、辅助数字签名；
• 典型算法 SM3/SHA256

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