常见加密算法原理及概念(密码加密解密原理)
常见加密算法原理及概念(密码加密解密原理)
在安全领域，利用密钥加密算法来对通信的过程进行加密是一种常见的安全手段。利用该手段能够保障数据安全通信的三个目标：
而常见的密钥加密算法类型大体可以分为三类：对称加密、非对称加密、单向加密。下面我们来了解下相关的算法原理及其常见的算法。
对称加密算法采用单密钥加密，在通信过程中，数据发送方将原始数据分割成固定大小的块，经过密钥和加密算法逐个加密后，发送给接收方；接收方收到加密后的报文后，结合密钥和解密算法解密组合后得出原始数据。由于加解密算法是公开的，因此在这过程中，密钥的安全传递就成为了至关重要的事了。而密钥通常来说是通过双方协商，以物理的方式传递给对方，或者利用第三方平台传递给对方，一旦这过程出现了密钥泄露，不怀好意的人就能结合相应的算法拦截解密出其加密传输的内容。
对称加密算法拥有着算法公开、计算量小、加密速度和效率高得特定，但是也有着密钥单一、密钥管理困难等缺点。
常见的对称加密算法有：
DES：分组式加密算法，以64位为分组对数据加密，加解密使用同一个算法。
3DES：三重数据加密算法，对每个数据块应用三次DES加密算法。
AES：高级加密标准算法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准，用于替代原先的DES，目前已被广泛应用。
Blowfish：Blowfish算法是一个64位分组及可变密钥长度的对称密钥分组密码算法，可用来加密64比特长度的字符串。
非对称加密算法采用公钥和私钥两种不同的密码来进行加解密。公钥和私钥是成对存在，公钥是从私钥中提取产生公开给所有人的，如果使用公钥对数据进行加密，那么只有对应的私钥才能解密，反之亦然。
下图为简单非对称加密算法的常见流程：
发送方Bob从接收方Alice获取其对应的公钥，并结合相应的非对称算法将明文加密后发送给Alice；Alice接收到加密的密文后，结合自己的私钥和非对称算法解密得到明文。这种简单的非对称加密算法的应用其安全性比对称加密算法来说要高，但是其不足之处在于无法确认公钥的来源合法性以及数据的完整性。
非对称加密算法具有安全性高、算法强度负复杂的优点，其缺点为加解密耗时长、速度慢，只适合对少量数据进行加密，其常见算法包括：
RSA ：RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥，可用于加密，也能用于签名。
DSA ：数字签名算法，仅能用于签名，不能用于加解密。
DSS ：数字签名标准，技能用于签名，也可以用于加解密。
ELGamal ：利用离散对数的原理对数据进行加解密或数据签名，其速度是最慢的。
单向加密算法常用于提取数据指纹，验证数据的完整性。发送者将明文通过单向加密算法加密生成定长的密文串，然后传递给接收方。接收方在收到加密的报文后进行解密，将解密获取到的明文使用相同的单向加密算法进行加密，得出加密后的密文串。随后将之与发送者发送过来的密文串进行对比，若发送前和发送后的密文串相一致，则说明传输过程中数据没有损坏；若不一致，说明传输过程中数据丢失了。单向加密算法只能用于对数据的加密，无法被解密，其特点为定长输出、雪崩效应。常见的算法包括：MD5、sha1、sha224等等，其常见用途包括：数字摘要、数字签名等等。
密钥交换IKE（Internet Key Exchange）通常是指双方通过交换密钥来实现数据加密和解密，常见的密钥交换方式有下面两种：
1、公钥加密，将公钥加密后通过网络传输到对方进行解密，这种方式缺点在于具有很大的可能性被拦截破解，因此不常用；
2、Diffie-Hellman，DH算法是一种密钥交换算法，其既不用于加密，也不产生数字签名。DH算法的巧妙在于需要安全通信的双方可以用这个方法确定对称密钥。然后可以用这个密钥进行加密和解密。但是注意，这个密钥交换协议/算法只能用于密钥的交换，而不能进行消息的加密和解密。双方确定要用的密钥后，要使用其他对称密钥操作加密算法实际加密和解密消息。DH算法通过双方共有的参数、私有参数和算法信息来进行加密，然后双方将计算后的结果进行交换，交换完成后再和属于自己私有的参数进行特殊算法，经过双方计算后的结果是相同的，此结果即为密钥。
如：
在整个过程中，第三方人员只能获取p、g两个值，AB双方交换的是计算后的结果，因此这种方式是很安全的。
公钥基础设施是一个包括硬件、软件、人员、策略和规程的集合，用于实现基于公钥密码机制的密钥和证书的生成、管理、存储、分发和撤销的功能，其组成包括：签证机构CA、注册机构RA、证书吊销列表CRL和证书存取库CB。
PKI采用证书管理公钥，通过第三方可信任CA中心，把用户的公钥和其他用户信息组生成证书，用于验证用户的身份。
公钥证书是以数字签名的方式声明，它将公钥的值绑定到持有对应私钥的个人、设备或服务身份。公钥证书的生成遵循X.509协议的规定，其内容包括：证书名称、证书版本、序列号、算法标识、颁发者、有效期、有效起始日期、有效终止日期、公钥 、证书签名等等的内容。
CA证书认证的流程如下图，Bob为了向Alice证明自己是Bob和某个公钥是自己的，她便向一个Bob和Alice都信任的CA机构申请证书，Bob先自己生成了一对密钥对（私钥和公钥），把自己的私钥保存在自己电脑上，然后把公钥给CA申请证书，CA接受申请于是给Bob颁发了一个数字证书，证书中包含了Bob的那个公钥以及其它身份信息，当然，CA会计算这些信息的消息摘要并用自己的私钥加密消息摘要（数字签名）一并附在Bob的证书上，以此来证明这个证书就是CA自己颁发的。Alice得到Bob的证书后用CA的证书（自签署的）中的公钥来解密消息摘要，随后将摘要和Bob的公钥发送到CA服务器上进行核对。CA在接收到Alice的核对请求后，会根据Alice提供的信息核对Bob的证书是否合法，如果确认合法则回复Alice证书合法。Alice收到CA的确认回复后，再去使用从证书中获取的Bob的公钥加密邮件然后发送给Bob，Bob接收后再以自己的私钥进行解密。
RSA是目前使用最为广泛的公钥密码算法，公钥加密也称为非对称加密，与对称加密的最大区别在于加密与解密使用不同的密钥。
在RSA中，明文、密文和密钥都是数字，假设公钥用二元组(E,N)来表示，私钥用(D,N)来表示，其中E、D、N都是数字，那么加解密过程可表示如下：
可见，在RSA中，不论加密还是解密，都可归结为求x的y次幂对m取余问题。
生成RSA密钥可分成以下4步：
首先准备两个很大的质数p和q，那么N = p * q。
L = lcm(p-1, q-1)
由于存在恒等式gcd(a,b) * lcm(a,b) = a * b，求lcm可转换为求gcd，而求gcd可通过欧几里德算法在对数时间内算出。
E是一个比1大、比L小的数，且满足E与L互质，即有：gcd(E,L)=1, 1 E L。gcd(E,L)=1是为了保证后面要求的数字D一定存在。
可不断地生成[2,L-1]之间的随机数作为E的候选数，检查是否满足条件，直到找出符合要求的E为止。
至此，E和N都已求出，那么公钥(E,N)也就得到了。
数D是由数E计算得到的，D、E和L之间满足关系：E * D mod L = 1, 1 D L。
只要D满足上述条件，那么通过E与N加密的内容，就可通过D和N进行解密。
求D也可采用类似求E的方法，不断产生随机数去试，直到找出满足条件的D为止，这样私钥(D,N)也准备好了。
为方面说明，这里用较小的数计算。先准备两个质数，例如，p=17, q=19，那么N=17*19=323，L=lcd(16,18)=144。
满足gcd(E,L)=1的数很多，例如5,7,11,13,25等，这里取E=5。
满足E*D mod L = 1的数也很多，这里取D=29。
到这里，公私钥都有了，公钥为(5,323)，私钥为(29,323)，公钥可任意公开，私钥则保密。
明文必须是小于N的数，因为加密运算中要求mod N。假设明文是123，用公钥(5,323)对其加密：
再用私钥(29,323)对密文225进行解密：
解出的明文与原始明文一致。
你是想知道密码学怎样加解密还是？
近代密码学：编码密码学主要致力于信息加密、信息认证、数字签名和密钥管理方面的研究。信息加密的目的在于将可读信息转变为无法识别的内容，使得截获这些信息的人无法阅读，同时信息的接收人能够验证接收到的信息是否被敌方篡改或替换过；数字签名就是信息的接收人能够确定接收到的信息是否确实是由所希望的发信人发出的；密钥管理是信息加密中最难的部分，因为信息加密的安全性在于密钥。历史上，各国军事情报机构在猎取别国的密钥管理方法上要比破译加密算法成功得多。
密码分析学与编码学的方法不同，它不依赖数学逻辑的不变真理，必须凭经验，依赖客观世界觉察得到的事实。因而，密码分析更需要发挥人们的聪明才智，更具有挑战性。
现代密码学是一门迅速发展的应用科学。随着因特网的迅速普及，人们依靠它传送大量的信息，但是这些信息在网络上的传输都是公开的。因此，对于关系到个人利益的信息必须经过加密之后才可以在网上传送，这将离不开现代密码技术。
1976年Diffie和Hellman在《密码新方向》中提出了著名的D-H密钥交换协议，标志着公钥密码体制的出现。 Diffie和Hellman第一次提出了不基于秘密信道的密钥 分发，这就是D-H协议的重大意义所在。
PKI（Public Key Infrastructure）是一个用公钥概念与技术来实施和提供安全服务的具有普适性的安全基础设施。PKI公钥基础设施的主要任务是在开放环境中为开放性业务提供数字签名服务。
要查看具体的某个密码体系的知识可参考《密码学概论》。
棋盘密码的加密方法，其实方法十分简单，在密码学并不发达的古代，也够用了。棋盘密码的解题思路是这样
这种密码的原理是：通信双方各掌握一个m*n列的矩阵，比如A列第一行写上“我”，A列第2行写上“的”……以此类推，构成：
所以，“我的名字叫XXX”的密文即：A1 A2 A3 A4 B1 B2。这样，一份密文就出来了。
使用这种密码表的加密也叫作 ADFGX 密码（密文中只有 A D F G X）
明文：HELLO 密文：DD XF AG AG DF
对于解密，对密文每两个字符一组，分别进行解密
由于密文仅包含5个字符，所以其密钥（也就是密码表）只有5！种可能
写脚本暴力攻击（brute-force）即可
棋盘密码的由来：
公元前2世纪前后希腊人提出了棋盘密码，在当时得到了广泛的运用。同时，它也是密码史上第一个密码。棋盘密码通过将26个字母设法变成十位数来达到加密的目的。棋盘密码的密钥是一个5×5的棋盘，将26个英文字母放置在里面。其中 i 和 j 共用一个密码。
RSA加密是一种非对称加密。可以在不直接传递密钥的情况下，完成解密。这能够确保信息的安全性，避免了直接传递密钥所造成的被破解的风险。是由一对密钥来进行加解密的过程，分别称为公钥和私钥。两者之间有数学相关，该加密算法的原理就是对一极大整数做因数分解的困难性来保证安全性。通常个人保存私钥，公钥是公开的（可能同时多人持有）。
加密和签名都是为了安全性考虑，但略有不同。常有人问加密和签名是用私钥还是公钥？其实都是对加密和签名的作用有所混淆。简单的说，加密是为了防止信息被泄露，而签名是为了防止信息被篡改。这里举2个例子说明。
RSA的加密过程如下：
RSA签名的过程如下：
总结：公钥加密、私钥解密、私钥签名、公钥验签。
RSA加密对明文的长度有所限制，规定需加密的明文最大长度=密钥长度-11（单位是字节，即byte），所以在加密和解密的过程中需要分块进行。而密钥默认是1024位，即1024位/8位-11=128-11=117字节。所以默认加密前的明文最大长度117字节，解密密文最大长度为128字。那么为啥两者相差11字节呢？是因为RSA加密使用到了填充模式（padding），即内容不足117字节时会自动填满，用到填充模式自然会占用一定的字节，而且这部分字节也是参与加密的。
互联网上的加密方式主要分为对称加密和非对称加密二种，
采用单钥密码系统的加密方法，同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密，这种加密方法称为对称加密，也称为单密钥加密。
需要对加密和解密使用相同密钥的加密算法。由于其速度快，对称性加密通常在消息发送方需要加密大量数据时使用。对称性加密也称为密钥加密。
所谓对称，就是采用这种加密方法的双方使用方式用同样的密钥进行加密和解密。密钥是控制加密及解密过程的指令。算法是一组规则，规定如何进行加密和解密。
加密的安全性不仅取决于加密算法本身，密钥管理的安全性更是重要。因为加密和解密都使用同一个密钥，如何把密钥安全地传递到解密者手上就成了必须要解决的问题。
常用的对称加密有：DES、IDEA、RC2、RC4、SKIPJACK、RC5、AES算法等
非对称加密算法需要二个秘钥，公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。
明白了互联网上的加密原理之后，下面来看看浏览器与服务器交互时，浏览器想将数据加密后再发送给服务器，那么该怎么做呢？服务器首先要向浏览器出示一份数字证书，浏览器看到数字证书后，就可以使用数字证书里面的公钥加密数据，所以要想做浏览器和服务器的加密数据传输，那么首先得针对服务器生成一份数字证书。然后再配置一下服务器，让服务器收到浏览器的请求之后，会向浏览器出示它的数字证书。
SUN公司提供了制作证书的工具keytool， 在JDK 1.4以后的版本中都包含了这一工具，它的位置为JAVA_HOME\bin\keytool.exe
使用keytool生成一个名字为tomcat的证书，存放在.keystore这个密钥库中
