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一. 对称加密
1. 原理
通信双方使用同一个密钥,使用加密算法配合上密钥来加密,解密时使用加密过程的完全逆过程配合密钥来进行解密。
2. 例子
原始字符:ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ 密码字符:BCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA 原始书信:I love you 加密书信:J mpwf zpv 解读后:I love you 这里的算法就是每个字符采用后一位的字符替换,密钥就是原始的英文字母表。
3. 算法
DES(56 位密钥,密钥太短被逐渐被弃用)
AES(128 位、192 位、256 位密钥,现在最流行)密钥长增加破解的难度和成本
4. 缺点
因为加密和解密都用的相同的密钥,如果密钥再传输过程中被截获,那么信息很容易就会被破解甚至伪造身份(如网络通信过程中,A 和 B 是两个不认识的用户要通信,那么 A 要把密钥先传给 B 再开始通信,这样 B 在接收密钥的过程中可能被第三方劫持从而造成密钥的泄露,第三方取到密钥后便可以破解加密信息)。
5. 破解思路
拿到一组或多组原文 - 密文对 设法找到一个密钥,这个密钥可以将这些原文 - 密文对中的原文加密为密文,以及将密文解密为原文的组合,即为成功破解。反破解 让破解者找不到穷举法(暴力破解法,可以理解为一个一个尝试)更有效的破解手段,并 且穷举法的破解时间足够长(例如数千年,那么认为不可破解)。
二. 非对称加密
1. 原理
使用公钥对数据进行加密得到密文;使用私钥对数据进行解密得到原数据,加密解密用的算法相同,公钥私钥互相是可解的(所以可以用于数字签名技术, 但双方不能替换,因为公钥是要暴露出去的,是可以被劫获的)。
2. 例子
原数据:110 —-> 加密算法都是普通的加法 公钥是加 4,私钥是加 6 加密数据:554 解密数据:111110 —-> 去掉每个的第一位,得出原数据 110(注意:溢出是满足非对称加密一个很重要的条件)。
3. 签名验证
由于私钥和公钥互相可解,因此非对称加密还可以应用于数字签名技术(主要是为了验证数据的来源,也就是要确定是我给你发的数据而不是别人给你发的数据, 防止数据被篡改被伪造)。发送方用自身私钥加密,接收方获取签名数据后用发送方的公钥解密(验证)获取原数据,然后用获取的原数据和发送来的原数据比对是否一致,一致则证明数据是从目标发送过来的。
通常会将原数据做 hash 处理后再加密,降低原数据签名后的数据大小(例如你要传 10G 大小的文件,那么原数据 10G,作为比对的签名数据难道也要放 10G 吗?不能这么做,非常消耗流量和速度。所以直接对文件的 hash 值进行签名,最后比对 hash 值即可)。
为什么签名验证可以证明数据的来源是安全的 (也就是是我发的而不是别人伪发或伪造的)
模拟场景:
伪造方换原数据 –> 签名数据验证以后的 Hash 和伪造数据的 Hash 不相同,验证失败。
伪造方换原数据和签名数据 –> 公钥验证后的数据和被换数据的 Hash 不符,验证失败。(因为签名数据是用的换数据方自身私钥签名的,只有与其对应的公钥可以还原回原 Hash 值,但此时用的还是原数据方的公钥去做的验证,所以公钥解密后得到的并不是伪造数据的 Hash 值)。
综上:信息是没有被伪造可能的。
4. 加密解密、签名验证的配合使用(开发中常见的使用方式)
4.1 例子
使用非对称加密通信,可以在不可信网络上将双方的公钥传给对方,然后在发消息前分别对消息使用 对方的公钥来加密和使用自身的私钥来签名,做到不可信网络上的可靠密钥传播及加密通信。A 和 B 通信, 首先 B 要把自己的公钥发给 A,A 用 B 自己的公钥加密数据传给 B,B 再用自己的私钥解密。但是公钥因为是暴露的,可能被 C 获得,那么 C 获取 B 的公钥后完全可以自己发伪造消息给 B,所以 A 和 B 通信的时候 B 需要知道信息是 A 发送的,所以通信中 A 会把自身的公钥发给 B,再发送数据的时候对数据用自身的私钥加密,因为公钥私钥互相可解,发送到 B 后 B 用 A 的公钥去解密,比对用 B 公钥加密 B 私钥解密和 A 私钥加密(签名)A 公钥解密(验证)的数据结果是否一致,如果一致则证明是 A 发送的数据而不是别人篡改过的数据。
5. 优点
可以在不安全网络上传输密钥,公钥别人拿到也没用,因为他没有私钥无法解数据,而私钥又不会传给别人只是自身持有,没有泄露的风险。
6. 缺点
计算复杂,因此性能相比对称加密差很多。
7. 算法
RSA(可用于加密和签名)、
DSA(仅用于签名,但速度更快)
8. 破解思路
和对称加密不同之处在于,非对称加密的公钥很容易获得,因此制造原文 - 密文对是没有困难的事 所以,非对称加密破解的关键只在于,如何找到找到正确的私钥,可以解密所有经过公钥加密过的密文。找到这样的私钥即为成功破解 由于非对称加密的自身特性,怎样通过公钥来推断出私钥通常是一种思路(例如 RSA),但往往 最佳手段依然是穷举法,只是和对称加密破解的区别在于,对称加密破解是不断尝试自己的新密钥是否可以将拿到的原文 - 密文对进行加密和解密,而非对称加密是不断尝试自己 的新私钥 是否和公钥互相可解。
三. 延伸知识:Hash
1. 是什么?
把任意数据转换成指定大小范围(通常很小,例如 256 字节以内)的数据。
2. 算法
MD5
SHA256
3. 作用
从数据中提出摘要信息,因此最主要用途是数字指纹。(也就是根据数据的所有特征算出一个值)。
4. 例子
public class A{
private String name;
private int age;
private void hashCode(){ // 只是举一个例子,实际中的 hashCode 计算要比这个复杂很多,因为要尽量减少 Hash 碰撞的概率.
return name.length()+age;
}
}
5. 用途
唯一性验证
例如 Java 中的 hashCode() 方法。怎么重写 hashCode 方法?
把 equals() 方法中的每个用于判断相等的变量都放进 hashCode() 中,一起生成一个尽量不会碰撞的整数即可。
为什么每次重写 equals() 方法都需要?
因为你要把新的判断条件放进 hashCode()。
特别注意:hashCode 相同不代表对象相同, 因为它只是数据的特征值,equals 方法相同对象才是一样的, 但 hashCode 可以用于 ** 快速检查对象 ** 是否相同,毕竟 hashCode 只是一个值的比较,而 equals 是多个值的比较。
6. 实际用途
6.1 数据完整性验证
从网络上下载文件后,通过比对文件的 Hash 值(例如 MD5、SHA1),可以确认下载的文件是否有损坏。如果下载的文件 Hash 值和文件提供方给出的 Hash 值一致,则证明下载的文件是完好无损的。
6.2 快速查找
HashMap(通过 hashCode/Map 的长度 - 1 算出一个余数,根据余数确认在数组中的 index 位置,参考 HashMap 源码)。
6.3 隐私保护
当重要数据必须暴露的时候,有时可以选择暴露它的 Hash 值(例如 MD5),以保障原数据的安全。例如网站登录时,可以只保存用户密码的 Hash 值,在每次登录验证时只需要将输入的密码的 Hash 值和数据库中保存的 Hash 值作比对就好,网站无需知道用户的密码。这样,当网站数据失窃时,用户不会因为自身的密码被盗导致其他网站的安全也受到威胁(有可能设置的密码都是相同的)。
7.Hash 是加密吗?
不是(划重点!!!)。Hash 是单向过程,无法进行逆向恢复操作(10G 的文件进行 hash 后可能 hashcode 只有几 KB 大小,那么这几 KB 怎么可能恢复成 10G 的原文件呢),因此 Hash 不属于加密。(MD5 不是加密!!)