本篇文章主要介绍一下常见的加密算法种类，并且解析一下各个算法的应用场景以及优缺利弊。

加密技术分类

首先，我们了解一下什么是加密技术？简单来说，加密技术就是利用技术手段把重要的数据变为乱码（加密），当需要使用时再用相同或不同的手段还原（解密）。我们常用加密技术通常分为两大类：”对称式”和”非对称式”，当然还有“散列算法”。

1.对称加密算法

对称式加密就是加密和解密使用同一个密钥。信息接收双方都需事先知道密匙和加解密算法且其密匙是相同的，之后便是对数据进行加解密了。对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密。

示意图

下面介绍一下主流的对称加密算法：

(1) DES

DES（Data Encryption Standard）：研究过加密的朋友十分熟悉，老牌的加密方法了。这是一个可逆的对称加密算法，也是应用最广泛的密钥系统。好像是从1977年美国政府开始采用的。大家都看过U-571吧，DES的思路就是参照二战时期盟军缴获的德军恩格玛加密机，不过DES比那个要牛多了。到现在为止，除了差分分析法和线性分析法外只有暴力穷举法了。前两种方法不是密码学家或数学家都不懂，不过穷举DES，以现有我们大家都可以掌握的技术手段，恐怕没个几百上千年下不来啊。不过，咱们破解不了，不能说明就没人或没有设备破解不了。正因为如此，所以才衍生出了3重DES加密。常规的DES密钥是64位的(实际上有8位是校验用)，而3DES是128位(当然有16位也是校验用)。增加密钥长度并增加运算量来防止破解，并在后来的AES出来之前确定为过度方案。不过现在即便有了AES，3DES也没少用，它依然很牛。

(2) 3DES

3DES（Triple DES）：是基于DES，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高。

(3) AES

AES（Advanced Encryption Standard）：高级加密标准，也叫Rijndael算法，是下一代的加密算法标准，用来代替原来的DES加密方法的，优点是速度快，安全级别高。。AES是一个使用128为分组块的分组加密算法，分组块和128、192或256位的密钥一起作为输入，对4×4的字节数组上进行操作。众所周之AES是种十分高效的算法，尤其在8位架构中，这源于它面向字节的设计。AES适用于8位的小型单片机或者普通的32位微处理器,并且适合用专门的硬件实现，硬件实现能够使其吞吐量（每秒可以到达的加密/解密bit数）达到十亿量级。同样，其也适用于RFID系统。

(4) Blowfish

它使用变长的密钥，长度可达448位，运行速度很快。

(5) RC2、RC4

对称算法，用变长密钥对大量数据进行加密，比DES快。

(6) RC6

RC6：有个算法RC4听说过吧，在无线传输和串行流传输的加密领域占有相当的分量。据说RC6是同一帮人研究出来的，不过它和RC4没太大关系啊。它是AES方案征集时的候选算法之一，但是没有Rijndael算法那么幸运。RC6据说可以抵抗所有已知的攻击，并能够提供AES所要求的安全性，它也是相当优秀的一种可逆加密算法。不过当初它为什么没能当选为AES算法就不得而知了，不知道当时有没有给评委们足够的商务费用啊。

(7) SM4

国家密码局的隐蔽不公开的商用算法，在国内民用和商用的，除这些都不容许使用外，其他的都可以使用

2.非对称加密算法

非对称式加密就是加密和解密所使用的不是同一个密钥，通常有两个密钥，称为”公钥”和”私钥”，它们两个必需配对使用，否则不能打开加密文件。发送双方A,B事先均生成一堆密匙，然后A将自己的公有密匙发送给B，B将自己的公有密匙发送给A，如果A要给B发送消 息，则先需要用B的公有密匙进行消息加密，然后发送给B端，此时B端再用自己的私有密匙进行消息解密，B向A发送消息时为同样的道理。

示意图

下面介绍一下主流的对称加密算法：

(1) RSA

RSA：由RSA公司发明，是一个支持变长密钥的公共密钥算法，需要加密的文件块的长度也是可变的。RSA在国外早已进入实用阶段，已研制出多种高速的RSA的专用芯片。

(2) DSA

DSA（Digital Signature Algorithm）：数字签名算法，是一种标准的DSS（数字签名标准），严格来说不算加密算法。

(3) ECC

ECC（Elliptic Curves Cryptography）：椭圆曲线密码编码学。ECC和RSA相比，具有多方面的绝对优势，主要有：抗攻击性强。相同的密钥长度，其抗攻击性要强很多倍。计算量小，处理速度快。ECC总的速度比RSA、DSA要快得多。存储空间占用小。ECC的密钥尺寸和系统参数与RSA、DSA相比要小得多，意味着它所占的存贮空间要小得多。这对于加密算法在IC卡上的应用具有特别重要的意义。带宽要求低。当对长消息进行加解密时，三类密码系统有相同的带宽要求，但应用于短消息时ECC带宽要求却低得多。带宽要求低使ECC在无线网络领域具有广泛的应用前景。

(4) Elgamal

(5) 背包算法

(6) Rabin

(7) D-H

(8) SM2

国家密码局的隐蔽不公开的商用算法，在国内民用和商用的，除这些都不容许使用外，其他的都可以使用

3.散列算法

散列算法，又称哈希函数，是一种单向加密算法。在信息安全技术中，经常需要验证消息的完整性，散列(Hash)函数提供了这一服务，它对不同长度的输入消息，产生固定长度的输出。这个固定长度的输出称为原输入消息的”散列”或”消息摘要”(Message digest)
。散列算法不算加密算法，因为其结果是不可逆的，既然是不可逆的，那么当然不是用来加密的，而是用于签名。主要用于验证，防止信息被修。具体用途如：文件校验、数字签名、鉴权协议等。下面介绍一下主流的散列算法：

(1) MD5

MD5：非常著名的哈希算法，不可逆算法。网站登录、操作系统的用户认证、文件完整性和数字签名等领域广泛应用。不可逆算法一般做的都比较绝，例如彩虹加密狗，只告诉你一个余数，你能知道原来的除数和被除数吗？只把运算过的数据相比较，而不非得知道原数据，这样就完成了认证过程。要想破解MD5的密码，即使采用现在最快的巨型计算机，据说也要运算100万年以上。不过，加密和解密都是数学领域的竞赛，每一种加密算法都或多或少的存在漏洞或缺陷，MD5看上去真那么牢不可破吗？和MD5同样有名的是山东大学的王小云教授。在2004年的国际密码大会上王小云宣布了她的研究小组完成了对MD5杂凑函数的杂凑冲撞，也就是从理论上说使用MD5的数字签名可以伪造。这也意味着MD5可能需要和其他加密算法共用才可以保证数字签名的安全。不过，说MD5已被破解，那也有些杞人忧天了。可以肯定的告诉你，网络上所有针对MD5提供的破解服务，全部都是查询用字典法暴力破解后的数据包，没有一个是真正伪造出来的数字签名，那些号称有几百亿条的记录对MD5庞大算法来说太小了。试想想，动用美国军方的巨型计算机，利用王小云研究理论，来破解我们的一个单片机或网站认证程序？没必要吧。所以MD5依然可用，只不过再加上3DES、AES或SHA来防止字典就更好了。

(2) SHA

SHA：SHA家族的五个算法，分别是SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384，和SHA-512，由美国国家安全局（NSA）所设计，并由美国国家标准与技术研究院（NIST）发布；是美国的政府标准。后四者有时并称为SHA-2。SHA-1在许多安全协定中广为使用，包括TLS和SSL、PGP、SSH、S/MIME和IPsec，曾被视为是MD5（更早之前被广为使用的杂凑函数）的后继者。但SHA-1和MD5一样，也被王小云教授找出杂凑冲撞的漏洞，并且在2017年Google也强势宣布成功攻破SHA-1加密，不过这些都是停留在理论上的，必经碰撞破解是要花费很高的代价的。举个栗子：“100个GPU大约需要计算一年，大概要花费几十万美元”，当然如果你有钱那也是可以的。不过话虽如此，使用SHA-256将是以后的趋势。

(3) HMAC

HMAC：是密钥相关的哈希运算消息认证码（Hash-based Message Authentication Code）,HMAC运算利用哈希算法，以一个密钥和一个消息为输入，生成一个消息摘要作为输出。也就是说HMAC是需要一个密钥的。所以，HMAC_SHA1也是需要一个密钥的，而SHA1不需要。

4.其他常用算法

(1) Base64

Base64：其实不是安全领域下的加密解密算法，只能算是一个编码算法，通常用于把二进制数据编码为可写的字符形式的数据，对数据内容进行编码来适合传输(可以对img图像编码用于传输)。这是一种可逆的编码方式。编码后的数据是一个字符串，其中包含的字符为：A-Z、a-z、0-9、+、/，共64个字符(26 + 26 + 10 + 1 + 1 = 64，其实是65个字符，“=”是填充字符。Base64要求把每三个8Bit的字节转换为四个6Bit的字节(38 = 46 = 24)，然后把6Bit再添两位高位0，组成四个8Bit的字节，也就是说，转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。原文的字节最后不够3个的地方用0来补足，转换时Base64编码用=号来代替。这就是为什么有些Base64编码会以一个或两个等号结束的原因，中间是不可能出现等号的，但等号最多只有两个。其实不用”=”也不耽误解码，之所以用”=”，可能是考虑到多段编码后的Base64字符串拼起来也不会引起混淆。)

Base64编码是从二进制到字符的过程，像一些中文字符用不同的编码转为二进制时，产生的二进制是不一样的，所以最终产生Base64字符也不一样。例如”上网”对应UTF-8格式的Base64编码是”5LiK572R”，对应GB2312格式的Base64编码是”yc/N+A==”。

标准的Base64并不适合直接放在URL里传输，因为URL编码器会把标准Base64中的“/”和“+”字符变为形如“%XX”的形式，而这些“%”号在存入数据库时还需要再进行转换，因为ANSI SQL中已将“%”号用作通配符。为解决此问题，可采用一种用于URL的改进Base64编码，它不在末尾填充’=’号，并将标准Base64中的“+”和“/”分别改成了“-”和“”，这样就免去了在URL编解码和数据库存储时所要作的转换，避免了编码信息长度在此过程中的增加，并统一了数据库、表单等处对象标识符的格式。另有一种用于正则表达式的改进Base64变种，它将“+”和“/”改成了“!”和“-”，因为“+”，“*”以及前面在IRCu中用到的“[”和“]”在正则表达式中都可能具有特殊含义。此外还有一些变种，它们将“+/”改为“-”或“.”（用作编程语言中的标识符名称）或“.-”（用于XML中的Nmtoken）甚至“:”（用于XML中的Name）。

(2) TEA

TEA：它是一种分组加密算法，也是可逆算法。短小精悍。它的实现非常简单，超不过10行代码。TEA算法每一次可以操作64位(8字节)，采用128位(16字节)作为密钥，算法采用迭代的形式，尽管32轮迭代已经足够了，但是最好的迭代轮数是64轮。数据流加密可能比较适合，因为据说早期的QQ采用过TEA加密算法。

加密算法比较

1.对称加密算法(加解密密钥相同)

2.非对称算法（加密密钥和解密密钥不同）

3.散列算法

4.对称与非对称算法

加密算法选择（从性能和安全性综合）

对称加密：AES(128位)

非对称加密：ECC(160位)、RSA(1024)

消息摘要：MD5

数字签名：DSA

速度排名（估测，未验证）：IDEA<DES<GASTI28<GOST<AES<RC4<TEA<Blowfish

总结

1. 加密算法是可逆的，用来对敏感数据进行保护。散列算法(签名算法、哈希算法)是不可逆的，主要用于身份验证。
2. 对称加密算法使用同一个密匙加密和解密，速度快，适合给大量数据加密。对称加密客户端和服务端使用同一个密匙，存在被抓包破解的风险。
3. 非对称加密算法使用公钥加密，私钥解密，私钥签名，公钥验签。安全性比对称加密高，但速度较慢。非对称加密使用两个密匙，服务端和客户端密匙不一样，私钥放在服务端，黑客一般是拿不到的，安全性高。
4. Base64不是安全领域下的加解密算法，只是一个编码算法，通常用于把二进制数据编码为可写的字符形式的数据，特别适合在http，mime协议下的网络快速传输数据。UTF-8和GBK中文的Base64编码结果是不同的。采用Base64
   编码不仅比较简短，同时也具有不可读性，即所编码的数据不会被人用肉眼所直接看到，但这种方式很初级，很简单。Base64可以对图片文件进行编码传输。
5. https协议广泛用于万维网上安全敏感的通讯，例如交易支付方面。它的主要作用可以分为两种：一种是建立一个信息安全通道，来保证数据传输的安全；另一种就是确认网站的真实性。
6. 大量数据加密建议采用对称加密算法，提高加解密速度；小量的机密数据，可以采用非对称加密算法。在实际的操作过程中，我们通常采用的方式是：采用非对称加密算法管理对称算法的密钥，然后用对称加密算法加密数据，这样我们就集成了两类加密算法的优点，既实现了加密速度快的优点，又实现了安全方便管理密钥的优点。
7. MD5标准密钥长度128位（128位是指二进制位。二进制太长，所以一般都改写成16进制，每一位16进制数可以代替4位二进制数，所以128位二进制数写成16进制就变成了128/4=32位。16位加密就是从32位MD5散列中把中间16位提取出来）；sha1标准密钥长度160
   位(比MD5摘要长32位)，Base64转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。