AES、DES、RSA三种典型加密算法

AES、DES、RSA 三者加密都是可逆的，也就是加密的字符串可以重新解密出来

SHA1、SHA256、MD5 二者加密是不可逆的（实际不是加密，而是Hash散列），也就是加密了字符串无法再解密恢复

例如支付宝加密算法：

由于计算能力的飞速发展，从安全性角度考虑，蚂蚁金服在原来SHA1WithRSA签名算法的基础上，新增了支持SHA256WithRSA的签名算法。

该算法在摘要算法上比SHA1WithRSA有更强的安全能力。

AES、DES、RSA、SHA1、MD5 应用场景

DES：本地数据，安全级别低

AES：更快，兼容设备，安全级别高；

RSA：非对称加密，有公钥和私钥

SHA1：公钥后处理回传、密码保护

MD5：防篡改、密码保护

DES

1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES Data Encryption Standard) 

目前在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。

DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode

1）Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；

2）Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；

3）Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。

DES算法是这样工作的：

如Mode为加密，则用Key 去把数据Data进行加密， 生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；

如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。

在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网、光纤网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。

通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。

3DES

3DES是DES加密算法的一种模式，它使用3条64位的密钥对数据进行三次加密。

数据加密标准（DES）是美国的一种由来已久的加密标准，它使用对称密钥加密法。

3DES（即Triple DES）是DES向AES过渡的加密算法（1999年，NIST将3-DES指定为过渡的加密标准），是DES的一个更安全的变形。它以DES为基本模块，通过组合分组方法设计出分组加密算法。

设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，K代表DES算法使用的密钥，P代表明文，C代表密表，这样，

3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(P)))

3DES解密过程为：P=Dk1((EK2(Dk3(C)))

K1、K2、K3决定了算法的安全性，若三个密钥互不相同，本质上就相当于用一个长为168位的密钥进行加密。

多年来，它在对付强力攻击时是比较安全的。若数据对安全性要求不那么高，K1可以等于K3。

在这种情况下，密钥的有效长度为112位。

AES

AES(Advanced Encryption Standard，高级加密标准)，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高，AES正日益成为加密各种形式的电子数据的实际标准。

AES加密2000年10月，NIST（美国国家标准和技术协会）宣布通过从15种候选算法中选出的一项新的密匙加密标准。

Rijndael被选中成为将来的 AES，Rijndael是在1999年下半年，由研究员Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 创建的。

美国标准与技术研究院（NIST）于2002年5月26日制定了新的高级加密标准（AES）规范。

AES算法基于排列和置换运算，排列是对数据重新进行安排，置换是将一个数据单元替换为另一个。

AES使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。

AES是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128（16字节）、192（24字节）、256（32字节）位密钥，并且用128位（16字节）分组加密和解密数据。

与公共密钥加密（非对称加密）使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。

通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换和替换输入数据。

RSA

RSA公钥加密算法是1977年由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）、伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。1987年7月首次在美国公布，当时他们三人都在麻省理工学院工作实习。RSA就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的。

RSA是目前最有影响力和最常用的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的绝大多数密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。

今天只有短的RSA钥匙才可能被强力方式解破。到2008年为止，世界上还没有任何可靠的攻击RSA算法的方式。

只要其钥匙的长度足够长，用RSA加密的信息实际上是不能被解破的。但在分布式计算和量子计算机理论日趋成熟的今天，RSA加密安全性受到了挑战和质疑。

RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大质数相乘十分容易，但是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。

RSA算法是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，也易于理解和操作。（注：数字签名一般用MD5，下文有介绍）

RSA是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现今的三十多年里，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，截止2017年被普遍认为是最优秀的公钥方案之一。

SET(Secure Electronic Transaction)协议中要求CA采用2048bits长的密钥，其他实体使用1024比特的密钥。RSA密钥长度随着保密级别提高，增加很快。

下表列出了对同一安全级别所对应的密钥长度。

加密算法、DES、IDEA、RSA、DSA

RSA 加密算法的缺点: 

1）产生密钥很麻烦，受到素数产生技术的限制，因而难以做到一次一密。

2）安全性，RSA的安全性依赖于大数的因子分解，但并没有从理论上证明破译RSA的难度与大数分解难度等价，而且密码学界多数人士倾向于因子分解不是NPC问题。

3）速度太慢，由于RSA 的分组长度太大，为保证安全性，n 至少也要 600 bitx以上，使运算代价很高，尤其是速度较慢，较对称密码算法慢几个数量级；且随着大数分解技术的发展，这个长度还在增加，不利于数据格式的标准化。 

DSA (Digital Signature Algorithm)

被美国国家标准局用来做DSS数据签名标准(Digital Signature Standard)

DSA是基于整数有限域离散对数难题的，其安全性与RSA相比差不多。DSA的一个重要特点是两个素数公开，这样，当使用别人的p和q时，即使不知道私钥，你也能确认它们是否是随机产生的，还是作了手脚。RSA算法却做不到。DSA只是一种算法，和RSA不同之处在于它不能用作加密和解密，也不能进行密钥交换，只用于签名,它比RSA要快很多.

算法与可逆性对照表（重要，推荐）

算法    Key                  位数                 可逆              	其它
MD5    没有Key             	有区别16位和32位    	不可逆               (无)
SHA    ？              		？               	不可逆               (无)
RSA    有（公Key,私KEY）   	？                	可逆                 公、私Key采用不同的加密算法
DES    有                  	？                	可逆                 (无)
DES3   有                  	？                	可逆                 (无)
AES    有                  	？                	可逆                 (无)
BASE64 没有KEY             	？                	可逆                 (无)

Java源码推荐参考：RsaDemo

DES与AES的比较

自DES 算法公诸于世以来，学术界围绕它的安全性等方面进行了研究并展开了激烈的争论。

在技术上，对DES的批评主要集中在以下几个方面：

1、作为分组密码，DES 的加密单位仅有64 位二进制，这对于数据传输来说太小，因为每个分组仅含8 个字符，而且其中某些位还要用于奇偶校验或其他通讯开销。

2、DES 的密钥的位数太短，只有56 比特，而且各次迭代中使用的密钥是递推产生的，这种相关必然降低密码体制的安全性，在现有技术下用穷举法寻找密钥已趋于可行。

3、DES 不能对抗差分和线性密码分析。

4、DES 用户实际使用的密钥长度为56bit，理论上最大加密强度为256。DES 算法要提高加密强度（例如增加密钥长度），则系统开销呈指数增长。除采用提高硬件功能和增加并行处理功能外，从算法本身和软件技术方面都无法提高DES 算法的加密强度。

相对DES算法来说，AES算法无疑解决了上述问题

AES算法，主要表现在以下几个方面：

1、运算速度快，在有反馈模式、无反馈模式的软硬件中，Rijndael都表现出非常好的性能。

2、对内存的需求非常低，适合于受限环境。

3、Rijndael 是一个分组迭代密码， 分组长度和密钥长度设计灵活。

4、AES标准支持可变分组长度，分组长度可设定为32 比特的任意倍数，最小值为128 比特，最大值为256 比特。

5、AES的密钥长度比DES大， 它也可设定为32 比特的任意倍数，最小值为12 比特，最大值为256 比特，所以用穷举法是不可能破解的。

6、AES算法的设计策略是WTS。WTS 是针对差分分析和线性分析提出的，可对抗差分密码分析和线性密码分析。

DES与RSA的比较

RSA算法的密钥很长，具有较好的安全性，但加密的计算量很大，加密速度较慢限制了其应用范围。

为减少计算量，在传送信息时，常采用传统加密方法与公开密钥加密方法相结合的方式，即信息采用改进的DES对话密钥加密，然后使用RSA密钥加密对话密钥和信息摘要。对方收到信息后，用不同的密钥解密并可核对信息摘要。

采用DES与RSA相结合的应用，使它们的优缺点正好互补，即

1）DES加密速度快，适合加密较长的报文，可用其加密明文；

2）RSA加密速度慢，安全性好，应用于DES 密钥的加密，可解决DES 密钥分配的问题。

目前这种RSA和DES结合的方法已成为EMAIL保密通信标准。

MD5 和 SHA1

这两种不能算加密算法，而是哈希函数，用于计算出一段不可逆向计算的数值，以此来验证该文件是否被修改的

它可以验证从网上下载下来文件是否与发布人发布的完全一致，也就是验证文件有没有经过他人（非发布人）的修改。

MD5和SHA1是哈希函数，没有密钥，相当于指纹的概念，只有加密，没有解密，不可逆；

md5是128位的，SHA有不同的算法，有128、256等位...  如SHA-256、SHA-384

MD5

MD5（Message-Digest Algorithm 5，消息摘要算法第五版）在90年代初由MIT的计算机科学实验室和RSA Data Security Inc发明，经MD2、MD3和MD4发展而来。

MD5将任意长度的“字节串”变换成一个128bit的大整数，并且它是一个不可逆的字符串变换算法，换句话说就是，即使你看到源程序和算法描述，也无法将一个MD5的值变换回原始的字符串，从数学原理上说，是因为原始的字符串有无穷多个，这有点象不存在反函数的数学函数。

MD5算法具有以下特点：

1、压缩性：任意长度的数据，算出的MD5值长度都是固定的。

2、容易计算：从原数据计算出MD5值很容易。

3、抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。

4、强抗碰撞：已知原数据和其MD5值，想找到一个具有相同MD5值的数据（即伪造数据）是非常困难的。

MD5的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密钥前被"压缩"成一种保密的格式，就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的十六进制数字串。

除了MD5以外，其中比较有名的还有sha-1、RIPEMD、Haval等，具体应用详见米扑博客：php 加密算法md5, sha1

MD5的典型应用是对一段Message(字节串)产生fingerprint(指纹)，以防止被“篡改”。

举个例子，你将一段话写在一个叫 readme.txt文件中，并对这个readme.txt产生一个MD5的值并记录在案，然后你可以传播这个文件给别人，别人如果修改了文件中的任何内容，你对这个文件重新计算MD5时就会发现。如果再有一个第三方的认证机构，用MD5还可以防止文件作者的“抵赖”，这就是所谓的数字签名应用。

MD5还广泛用于加密和解密技术上，在很多操作系统中，用户的密码是以MD5值（或类似的其它算法）的方式保存的， 用户Login的时候，系统是把用户输入的密码计算成MD5值，然后再去和系统中保存的MD5值进行比较，而系统并不“知道”用户的密码是什么（米扑科技的用户密码就是MD5存储，所以我也不知道用户的密码）忘记密码的唯一找回方式（实际是无法找回）就是重置密码，重新记录一个MD5值，而不是输入原密码修改，这也是很多网站支持重置密码的小秘密~

SHA-1

在1993年，安全散列算法（SHA）由美国国家标准和技术协会(NIST)提出，并作为联邦信息处理标准（FIPS PUB 180）公布；1995年又发布了一个修订版FIPS PUB 180-1，通常称之为SHA-1。SHA-1是基于MD4算法的，并且它的设计在很大程度上是模仿MD4的。现在已成为公认的最安全的散列算法之一，并被广泛使用。

原理：SHA-1是一种数据加密算法，该算法的思想是接收一段明文，然后以一种不可逆的方式将它转换成一段（通常更小）密文，也可以简单的理解为取一串输入码（称为预映射或信息），并把它们转化为长度较短、位数固定的输出序列即散列值（也称为信息摘要或信息认证代码）的过程。

Base64

更加不属于加密算法的范围了，它只是将byte[]数组进行了转换，为什么要转换呢？

就是因为很多加密后的密文后者一些特殊的byte[]数组需要显示出来，或者需要进行传递（电子邮件），但是直接转换就会导致很多不可显示的字符，会丢失一些信息，因此就转换位Base64编码，这些都是可显示的字符。所以转换后，长度会增加，它是可逆的，很容易被破解，一般用于防止人眼睛看，但是计算机反解就一目了然。

DES、3DES、AES、RSA

这些才是真正意义的加密算法，而且是可逆的，加解密需要密钥

密钥可以相同（DES、3DES、AES），也可以不同（RSA）

非对称加密（公开密钥加密）

公开密钥加密（public-key cryptography），也称为非对称加密（asymmetric cryptography），一种密码学算法类型，在这种密码学方法中，需要一对密钥，一个是私人密钥，另一个则是公开密钥。这两个密钥是数学相关（例如大素数乘积），用某用户密钥加密后所得的信息，只能用该用户的解密密钥才能解密。如果知道了其中一个，并不能计算出另外一个。因此如果公开了一对密钥中的一个，并不会危害到另外一个的秘密性质。称公开的密钥为公钥；不公开的密钥为私钥。

简单说，就是加密和解密用的密钥是不同的，这种加密方式是用数学上的难解问题构造的，例如将数学上的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，其中一个乘数因子作为私密密钥。

参考推荐：

AES 加密算法的详细介绍与实现

AES加密算法的五种加密模式

PHP 对称加密AES算法

php 加密算法md5, sha1

Python 常用加密算法 base64, md5, sha1

Python中Base64编码和解码

公钥，私钥，数字签名的通俗理解

网络安全之数据加密（DES、AES、RSA、MD5）