一、一點(diǎn)歷史
1976年以前，所有的加密方法都是同一種模式：
（1）甲方選擇某一種加密規(guī)則，對(duì)信息進(jìn)行加密；
?。?）乙方使用同一種規(guī)則，對(duì)信息進(jìn)行解密。
由于加密和解密使用同樣規(guī)則（簡(jiǎn)稱"密鑰"），這被稱為"對(duì)稱加密算法"（Symmetric-key algorithm）。
這種加密模式有一個(gè)最大弱點(diǎn)：甲方必須把加密規(guī)則告訴乙方，否則無(wú)法解密。保存和傳遞密鑰，就成了最頭疼的問題。
1976年，兩位美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)家Whitfield Diffie 和 Martin Hellman，提出了一種嶄新構(gòu)思，可以在不直接傳遞密鑰的情況下，完成解密。這被稱為"Diffie-Hellman密鑰交換算法"。這個(gè)算法啟發(fā)了其他科學(xué)家。人們認(rèn)識(shí)到，加密和解密可以使用不同的規(guī)則，只要這兩種規(guī)則之間存在某種對(duì)應(yīng)關(guān)系即可，這樣就避免了直接傳遞密鑰。
這種新的加密模式被稱為"非對(duì)稱加密算法"。
?。?）乙方生成兩把密鑰（公鑰和私鑰）。公鑰是公開的，任何人都可以獲得，私鑰則是保密的。
?。?）甲方獲取乙方的公鑰，然后用它對(duì)信息加密。
（3）乙方得到加密后的信息，用私鑰解密。
如果公鑰加密的信息只有私鑰解得開，那么只要私鑰不泄漏，通信就是安全的。
1977年，三位數(shù)學(xué)家Rivest、Shamir 和 Adleman 設(shè)計(jì)了一種算法，可以實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱加密。這種算法用他們?nèi)齻€(gè)人的名字命名，叫做RSA算法。從那時(shí)直到現(xiàn)在，RSA算法一直是最廣為使用的"非對(duì)稱加密算法"。毫不夸張地說(shuō)，只要有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的地方，就有RSA算法。
這種算法非常可靠，密鑰越長(zhǎng)，它就越難破解。根據(jù)已經(jīng)披露的文獻(xiàn)，目前被破解的最長(zhǎng)RSA密鑰是768個(gè)二進(jìn)制位。也就是說(shuō)，長(zhǎng)度超過768位的密鑰，還無(wú)法破解（至少?zèng)]人公開宣布）。因此可以認(rèn)為，1024位的RSA密鑰基本安全，2048位的密鑰極其安全。
二、對(duì)稱加密算法（AES算法）
1. AES算法
對(duì)稱加密算法中，數(shù)據(jù)加密和解密采用的都是同一個(gè)密鑰，因而其安全性依賴于所持有密鑰的安全性。
對(duì)稱加密算法的主要優(yōu)點(diǎn)是加密和解密速度快，加密強(qiáng)度高，且算法公開。
缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)密鑰的秘密分發(fā)困難，在大量用戶的情況下密鑰管理復(fù)雜，而且無(wú)法完成身份認(rèn)證等功能，不便于應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)開放的環(huán)境中。
由于密鑰是對(duì)稱加密解密的核心，密鑰本身的安全性要求較高，以AES算法為例，它的密鑰長(zhǎng)度至少為128位（因此也稱
AES-128。AES-192和AES-256自然也知道是什么意思了吧）
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于對(duì)稱加密體制，通常也會(huì)包含3個(gè)算法：KeyGen(密鑰生成算法)，Encrypt(加密算法)以及Decrypt(解密算法)
(1) 密鑰生成算法
(Key) <— KeyGen(λ) // 密鑰生成算法
對(duì)于對(duì)稱加密體制來(lái)說(shuō)(以AES為例)，本身并沒有定義密鑰生成算法，僅僅是要求密鑰長(zhǎng)度達(dá)到要求即可(AES-128)，也就是說(shuō)，通常密鑰生成算法是由我們自己實(shí)現(xiàn)，只要最終生成的密鑰長(zhǎng)度達(dá)到算法要求的即可。
我們通常會(huì)隨機(jī)生成密鑰，如下代碼為例：
/**
* 自動(dòng)生成AES128位密鑰
*/
public static void getA221(){
try {
KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("AES");
kg.init(128);//要生成多少位，只需要修改這里即可128, 192或256
SecretKey sk = kg.generateKey();
byte[] b = sk.getEncoded();
String s = byteToHexString(b);
System.out.println(s);
System.out.println("十六進(jìn)制密鑰長(zhǎng)度為"+s.length());
System.out.println("二進(jìn)制密鑰的長(zhǎng)度為"+s.length()*4);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("沒有此算法。");
}
}
/**
* 二進(jìn)制byte[]轉(zhuǎn)十六進(jìn)制string
*/
public static String byteToHexString(byte[] bytes){
StringBuffer sb = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
String strHex=Integer.toHexString(bytes[i]);
if(strHex.length() > 3){
sb.append(strHex.substring(6));
} else {
if(strHex.length() < 2){
sb.append("0" + strHex);
} else {
sb.append(strHex);
}
}
}
return sb.toString();
}
/**
* 十六進(jìn)制string轉(zhuǎn)二進(jìn)制byte[]
*/
public static byte[] hexStringToByte(String s) {
byte[] baKeyword = new byte[s.length() / 2];
for (int i = 0; i < baKeyword.length; i++) {
try {
baKeyword[i] = (byte) (0xff & Integer.parseInt(s.substring(i * 2, i * 2 + 2), 16));
} catch (Exception e) {
System.out.println("十六進(jìn)制轉(zhuǎn)byte發(fā)生錯(cuò)誤?。?！");
e.printStackTrace();
}
}
return baKeyword;
}
/**
* 使用對(duì)稱密鑰進(jìn)行加密
*/
public static void getA231() throws Exception{
String keys = "c0e9fcff59ecc3b8b92939a1a2724a44"; //密鑰
byte[] keyb = hexStringToByte(keys);
String mingwen = "hello word!"; //明文
SecretKeySpec sKeySpec = new SecretKeySpec(keyb, "AES");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, sKeySpec);
byte[] bjiamihou = cipher.doFinal(mingwen.getBytes());
System.out.println(byteToHexString(bjiamihou)); //加密后數(shù)據(jù)為ecf0a6bc80dbaf657eac9b06ecd92962
}
/**
* 使用對(duì)稱密鑰進(jìn)行解密
*/
public static void getA232() throws Exception{
String keys = "c0e9fcff59ecc3b8b92939a1a2724a44"; //密鑰
byte[] keyb = hexStringToByte(keys);
String sjiami = "ecf0a6bc80dbaf657eac9b06ecd92962"; //密文
byte[] miwen = hexStringToByte(sjiami);
SecretKeySpec sKeySpec = new SecretKeySpec(keyb, "AES");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sKeySpec);
byte[] bjiemihou = cipher.doFinal(miwen);
System.out.println(new String(bjiemihou));
}
(2) 加密算法
(CT) <— Encrypt(Key,M) // 加密算法
加密算法以明文（我們要加密的內(nèi)容）和密鑰作為參數(shù)輸入，輸出密文CT。
這里解釋一下什么是可逆：當(dāng)我們拿到密文，又拿到了密鑰，那么是可以推算出原文的，這就是對(duì)稱加密體制中的解密算法
再多思考一下假如我們拿到了明文，又拿到了密文，我們可以推算出密鑰嗎？很直白的告訴你，沒有辦法直接算出密鑰，唯一的方式就是窮舉，俗稱暴力破解。舉個(gè)生活中的例子：我們知道礦泉水的原材料是水，但是礦泉水并不是簡(jiǎn)單的將水裝到瓶子包裝一下就成了礦泉水（農(nóng)夫三拳除外），是需要經(jīng)過工廠的很多工序之后，才會(huì)生產(chǎn)出一瓶礦泉水，我們能看到原材料-水（原文），我們也能看到產(chǎn)品-礦泉水（密文），但是我們看不到中間的工序（密鑰，不為外人所知，只有工廠自己知道）
突然發(fā)現(xiàn)礦泉水的這個(gè)栗子非常貼切：
礦泉水 <— 工廠工序(水) // 加密算法
水<—倒掉(礦泉水) // 解密算法，我們將礦泉水倒在地上（或者喝掉），最終又變回了水，
// 這里只是想說(shuō)明礦泉水是能夠!!!變回水的，不必太較真礦泉水是怎么!!!變回水的...
(3) 解密算法
(M) <— Decrypt(Key,CT) // 解密算法
解密算法以密鑰和密文CT作為參數(shù)輸入，輸出明文M。
這里的栗子可以參照上面礦泉水變?yōu)樗焕?br>
那么在這里提個(gè)疑問：我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中，比如手機(jī)和后臺(tái)交互，數(shù)據(jù)采用對(duì)稱加密（對(duì)稱加密速度快?。?，那么這個(gè)密鑰該如何傳遞呢？明文傳遞密鑰肯定不合適咯，那么我們?cè)撊绾伟踩膫鬟f密鑰呢？
Follow Me！Let's go！
三、非對(duì)稱加密算法（RSA算法）
注意：非對(duì)稱加密由于非對(duì)稱體制，可能難于理解，但是只要記住我下面的筆記，你就能很清晰的記住后面我所講的一些名詞。
首先給大家畫一張思維導(dǎo)圖，這里我推薦一家在線制圖網(wǎng)站https://www.processon.com
https://www.processon.com
思維導(dǎo)圖
1. RSA的加密算法（PK加密，SK解密）
我們來(lái)回顧一下RSA的加密算法。我們從公鑰加密算法和簽名算法的定義出發(fā)，用比較規(guī)范的語(yǔ)言來(lái)描述這一算法。
RSA公鑰加密體制包含如下3個(gè)算法：KeyGen（密鑰生成算法），Encrypt（加密算法）以及Decrypt（解密算法）。
(1) 密鑰生成算法
[圖片上傳失敗...(image-e1c0cc-1513844367128)]
密鑰生成算法以安全常數(shù)λ作為輸入，輸出一個(gè)公鑰PK，和一個(gè)私鑰SK。安全常數(shù)用于確定這個(gè)加密算法的安全性有多高，一般以加密算法使用的質(zhì)數(shù)p的大小有關(guān)。λ越大，質(zhì)數(shù)p一般越大，保證體制有更高的安全性。在RSA中，密鑰生成算法如下：算法首先隨機(jī)產(chǎn)生兩個(gè)不同大質(zhì)數(shù)p和q，計(jì)算N=pq。隨后，算法計(jì)算歐拉函數(shù)φ(N)=(p-1)(q-1)。接下來(lái)，算法隨機(jī)選擇一個(gè)小于φ(N)的整數(shù)e，并計(jì)算e關(guān)于φ(N)的模反元素d。最后，公鑰為PK=(N, e)，私鑰為SK=（N, d）。
(2) 加密算法
加密算法以公鑰PK和待加密的消息M作為輸入，輸出密文CT。在RSA中，加密算法如下：算法直接輸出密文為CT = M^e mod N
(3) 解密算法
解密算法以私鑰SK和密文CT作為輸入，輸出消息M。在RSA中，解密算法如下：算法直接輸出明文為M = CT^d mod N。由于e和d在φ(N)下互逆，因此我們有：CT^d = M^ed = M mod N
所以，從算法描述中我們也可以看出：公鑰用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，私鑰用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。當(dāng)然了，這個(gè)也可以很直觀的理解：公鑰就是公開的密鑰，其公開了大家才能用它來(lái)加密數(shù)據(jù)。私鑰是私有的密鑰，誰(shuí)有這個(gè)密鑰才能夠解密密文。否則大家都能看到私鑰，就都能解密，那不就亂套了。
2. RSA的簽名算法（SK加密，PK解密）
我們?cè)賮?lái)回顧一下RSA簽名體制。簽名體制同樣包含3個(gè)算法：KeyGen（密鑰生成算法），Sign（簽名算法），Verify（驗(yàn)證算法）。
(1) 密鑰生成算法
密鑰生成算法同樣以安全常數(shù)λ作為輸入，輸出一個(gè)公鑰PK和一個(gè)私鑰SK。在RSA簽名中，密鑰生成算法與加密算法完全相同。
(2) 簽名算法
簽名算法以私鑰SK和待簽名的消息M作為輸入，輸出簽名α。在RSA簽名中，簽名算法直接輸出簽名為α = M^d mod N。注意，簽名算法和RSA加密體制中的解密算法非常像。
(3) 驗(yàn)證算法
驗(yàn)證算法以公鑰PK，簽名α以及消息M作為輸入，輸出一個(gè)比特值b。b=1意味著驗(yàn)證通過。b=0意味著驗(yàn)證不通過。在RSA簽名中，驗(yàn)證算法首先計(jì)算M' = α^e mod N，隨后對(duì)比M'與M，如果相等，則輸出b=1，否則輸出b=0。注意：驗(yàn)證算法和RSA加密體制中的加密算法非常像。
所以，在簽名算法中，私鑰用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名，公鑰用于對(duì)簽名進(jìn)行驗(yàn)證。這也可以直觀地進(jìn)行理解：對(duì)一個(gè)文件簽名，當(dāng)然要用私鑰，因?yàn)槲覀兿Ｍ挥凶约翰拍芡瓿珊炞?。?yàn)證過程當(dāng)然希望所有人都能夠執(zhí)行，大家看到簽名都能通過驗(yàn)證證明確實(shí)是我自己簽的。
3. 應(yīng)用場(chǎng)景
其實(shí)公鑰和私鑰都可以用來(lái)加密或解密——只要能保證用A加密，就用B解密就行。至于A是公鑰還是私鑰，其實(shí)可以根據(jù)不同的用途而定。例如說(shuō)，如果你想把某個(gè)消息秘密的發(fā)給某人，那你就可以用他的公鑰加密。因?yàn)橹挥兴浪乃借€，所以這消息也就只有他本人能解開，于是你就達(dá)到了你的目的。
但是如果你想發(fā)布一個(gè)公告，需要一個(gè)手段來(lái)證明這確實(shí)是你本人發(fā)的，而不是其他人冒名頂替的。那你可以在你的公告開頭或者結(jié)尾附上一段用你的私鑰加密的內(nèi)容（例如說(shuō)就是你公告正文的一段話），那所有其他人都可以用你的公鑰來(lái)解密，看看解出來(lái)的內(nèi)容是不是相符的。如果是的話，那就說(shuō)明這公告確實(shí)是你發(fā)的---因?yàn)橹挥心愕墓€才能解開你的私鑰加密的內(nèi)容，而其他人是拿不到你的私鑰的。
最后再說(shuō)一下數(shù)字簽名。數(shù)字簽名無(wú)非就兩個(gè)目的：證明這消息是你發(fā)的；證明這消息內(nèi)容確實(shí)是完整的——也就是沒有經(jīng)過任何形式的篡改（包括替換、缺少、新增）。其實(shí)，上面關(guān)于“公告”那段內(nèi)容，已經(jīng)證明了第一點(diǎn)：證明這消息是你發(fā)的。那么要做到第二點(diǎn)，也很簡(jiǎn)單，就是把你公告的原文做一次哈希（md5或者sha1都行），然后用你的私鑰加密這段哈希作為簽名，并一起公布出去。當(dāng)別人收到你的公告時(shí)，他可以用你的公鑰解密你的簽名，如果解密成功，并且解密出來(lái)的哈希值確實(shí)和你的公告原文一致，那么他就證明了兩點(diǎn)：這消息確實(shí)是你發(fā)的，而且內(nèi)容是完整的。
四、散列算法(也稱HASH，消息摘要，不可逆算法)
Hash的應(yīng)用場(chǎng)景非常之多，常見的算法有MD5、SHA-1，只要涉及到通訊傳輸，都離不開hash(說(shuō)的有些絕對(duì)，只為突出其重要性)，因?yàn)閔ash最大的用途是用于校驗(yàn)信息完整性，保證服務(wù)端傳送的信息被客戶端完整的收到，防止丟包后客戶端無(wú)法判定文件是否完整。
1. MD5算法
hash值 <— MD5(M); // 算法表達(dá)式
哈希運(yùn)算的輸入M可以是任意長(zhǎng)度的字節(jié)碼（長(zhǎng)度不限，但是過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致hash運(yùn)算很慢，因此一般我們會(huì)發(fā)送的消息截取部分進(jìn)行hash），輸出固定長(zhǎng)度的hash值（通常為128位）
由于hash的不可逆性，我們會(huì)經(jīng)常使用它來(lái)生成唯一標(biāo)示，只要M不同，那么輸出的hash值絕對(duì)不會(huì)相同，我們的UUID生成就使用到了hash。
2. Hash的碰撞攻擊
我們一上來(lái)也提到了hash是一種不可逆運(yùn)算，那么想根據(jù)hash值反推明文的方式就只有一種，暴力破解！但是，暴力破解并不是無(wú)腦破解（就像你猜一個(gè)人的銀行密碼一樣，你肯定會(huì)從這個(gè)人的身份信息開始猜測(cè)）。由于Hash算法本身是公開的，算法本身可能存在一些漏洞，2004年8月17日的美國(guó)加州圣巴巴拉的國(guó)際密碼學(xué)會(huì)議（Crypto’2004）上，來(lái)自中國(guó)山東大學(xué)的王小云教授做了破譯MD5、HAVAL-128、 MD4和RIPEMD算法的報(bào)告，公布了MD系列算法的破解結(jié)果。宣告了固若金湯的世界通行密碼標(biāo)準(zhǔn)MD5的堡壘轟然倒塌，引發(fā)了密碼學(xué)界的軒然大波。(注意:并非是真正的破解，只是加速了雜湊沖撞）
關(guān)于王小云博士的故事有興趣的人可以自己百度（還是蠻有意思的）。
而目前大數(shù)據(jù)云計(jì)算的興起，越多越多的MD5計(jì)算網(wǎng)站開始興起，他們有大量的機(jī)器(分布式云計(jì)算)不停地計(jì)算不同的文本對(duì)應(yīng)的md5值，并將結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)或Hadoop(大數(shù)據(jù))。如圖所示：
百度搜索結(jié)果
五、常見名詞解釋
1. 數(shù)字簽名
數(shù)字簽名是非對(duì)稱密鑰加密技術(shù)與數(shù)字摘要技術(shù)的應(yīng)用。
主要功能
保證信息傳輸?shù)耐暾?、發(fā)送者的身份認(rèn)證、防止交易中的抵賴發(fā)生。
數(shù)字簽名技術(shù)是將摘要信息用發(fā)送者的私鑰加密，與原文一起傳送給接收者。接收者只有用發(fā)送者的公鑰才能解密被加密的摘要信息，然后用HASH函數(shù)對(duì)收到的原文產(chǎn)生一個(gè)摘要信息，與解密的摘要信息對(duì)比。如果相同，則說(shuō)明收到的信息是完整的，在傳輸過程中沒有被修改，否則說(shuō)明信息被修改過，因此數(shù)字簽名能夠驗(yàn)證信息的完整性。
數(shù)字簽名是個(gè)加密的過程，數(shù)字簽名驗(yàn)證是個(gè)解密的過程。
狹義上的數(shù)字簽名(也被叫做數(shù)字指紋)過程
發(fā)送報(bào)文時(shí)，發(fā)送方用一個(gè)哈希函數(shù)從報(bào)文文本中生成報(bào)文摘要,然后用自己的私人密鑰對(duì)這個(gè)摘要進(jìn)行加密(簽名)，這個(gè)加密(簽名)后的摘要將作為報(bào)文的數(shù)字簽名和報(bào)文一起發(fā)送給接收方，接收方首先用與發(fā)送方一樣的哈希函數(shù)從接收到的原始報(bào)文中計(jì)算出報(bào)文摘要，接著再用發(fā)送方的公用密鑰來(lái)對(duì)報(bào)文附加的數(shù)字簽名進(jìn)行解密，如果這兩個(gè)摘要相同、那么接收方就能確認(rèn)該數(shù)字簽名是發(fā)送方的。
數(shù)字簽名有兩種功效：一是能確定消息確實(shí)是由發(fā)送方簽名并發(fā)出來(lái)的，因?yàn)閯e人假冒不了發(fā)送方的簽名。二是數(shù)字簽名能確定消息的完整性。因?yàn)閿?shù)字簽名的特點(diǎn)是它代表了文件的特征，文件如果發(fā)生改變，數(shù)字摘要的值也將發(fā)生變化。不同的文件將得到不同的數(shù)字摘要。 一次數(shù)字簽名涉及到一個(gè)哈希函數(shù)、發(fā)送者的公鑰、發(fā)送者的私鑰。
廣義上的數(shù)字簽名過程(僅僅是簽名與校驗(yàn))：
發(fā)送方用自己的密鑰對(duì)報(bào)文X進(jìn)行Encrypt(編碼)運(yùn)算，生成不可讀取的密文Dsk，然后將Dsk傳送給接收方，接收方為了核實(shí)簽名，用發(fā)送方的公用密鑰進(jìn)行Decrypt(解碼)運(yùn)算，還原報(bào)文。
2. 數(shù)字證書
狹義上的數(shù)字證書是一個(gè)經(jīng)證書授權(quán)中心數(shù)字簽名的包含公開密鑰擁有者信息以及公開密鑰的文件。最簡(jiǎn)單的證書包含一個(gè)公開密鑰、名稱以及證書授權(quán)中心的數(shù)字簽名。數(shù)字證書還有一個(gè)重要的特征就是只在特定的時(shí)間段內(nèi)有效。
廣義上的數(shù)字證書指包含了公鑰以及證書有效期，加密算法信息，頒發(fā)機(jī)構(gòu)等信息的文件
