加密算法分析
# 加密算法分析
# 对称加密、非对称加密、摘要算法有哪些？
对称加密传内容，非对称传密钥，摘要算法保完整性。
- AES 快、RSA 安、SHA256 稳。
- 常用组合：
SHA256 摘要 + RSA 签名、HTTPS = RSA + AES + SHA256
# 分类与用途总览
| 类型 | 代表算法 | 用途示例 |
|---|---|---|
| ✅ 对称加密 | AES、DES、3DES、SM4、XXTEA | 数据加密传输、本地数据加密 |
| ✅ 非对称加密 | RSA、ECC、DSA、SM2 | 登录鉴权、数字签名、密钥交换 |
| ✅ 摘要算法 | MD5、SHA1、SHA256、SM3 | 数据完整性校验、签名、密码存储 |
# 对称加密（Symmetric Encryption）
特点
- 加密 & 解密使用 同一个密钥
- 加解密速度快
- 密钥分发是最大问题（必须安全传输密钥）
常见算法
| 算法 | 简介 |
|---|---|
| AES | 现代最常用，安全性高，推荐使用 |
| DES | 老旧，已不安全，不推荐 |
| 3DES | DES 的升级版，更安全但较慢 |
| SM4 | 中国国家密码算法（国密） |
| XXTEA | 轻量级加密，适合嵌入式设备 |
用途举例
- HTTPS 中对称加密用于加密通信内容（协商密钥后）
- 本地配置加密、数据库字段加密、App本地数据加密
# 非对称加密（Asymmetric Encryption）
特点
- 使用一对密钥：公钥（加密）、私钥（解密）
- 加密/解密速度慢
- 可用于：加密、签名、身份验证
常见算法
| 算法 | 简介 |
|---|---|
| RSA | 最常用非对称算法，安全性好，应用广泛 |
| ECC | 更短密钥同样安全，适合移动端 |
| DSA | 数字签名算法 |
| SM2 | 中国国家密码算法（国密） |
用途举例
- 登录验证（RSA 加密登录信息）
- 数字签名（防篡改、身份确认）
- 密钥协商（用来传递对称加密的密钥）
# 摘要算法（Hash / Digest）
特点
- 不可逆运算：从结果无法还原原文
- 用于校验数据完整性
- 输出为定长字符串（如 SHA256 输出 256 bit）
常见算法
| 算法 | 简介 |
|---|---|
| MD5 | 128bit，快，但已被破解（不安全） |
| SHA1 | 160bit，已不安全 |
| SHA256 | 256bit，安全，推荐使用 |
| SHA3 | 新一代 SHA 系列 |
| SM3 | 国密摘要算法，类似 SHA256 |
用途举例
- 密码加盐+摘要存储：
password -> salt -> SHA256 - 文件校验（如上传后 MD5 校验）
- 数字签名（摘要 + 私钥签名）
# 三者核心区别对比表
| 特性 | 对称加密 | 非对称加密 | 摘要算法 |
|---|---|---|---|
| 密钥数量 | 1（对称密钥） | 2（公钥+私钥） | 无密钥 |
| 是否可逆 | ✅ 是 | ✅ 是 | ❌ 不可逆 |
| 速度 | ⚡ 非常快 | 🐢 较慢 | ⚡ 非常快 |
| 用途 | 数据加解密 | 密钥协商、签名 | 完整性校验、签名 |
| 安全性 | 依赖密钥安全 | 依赖数学难题 | 防篡改，无法反推原文 |
# RSA vs AES
RSA 和 AES 是两种常用但原理、用途截然不同的加密算法，一个用于“非对称加密”，一个用于“对称加密”，在实际项目中经常配合使用。
# AES 加密（对称加密）
原理：
- 加密和解密使用相同的密钥（对称密钥）；
- 加密速度快，适合处理大量数据。
特点：
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| 加解密速度快 | 适合大数据量加密，例如文件、图片、音视频 |
| 密钥分发是难点 | 加密和解密用的是同一个密钥，必须安全传输 |
# RSA 加密（非对称加密）
原理：
- 使用一对密钥：公钥和私钥。
- 用公钥加密，私钥解密（或反过来做签名校验）；
- 公钥可以公开，但私钥必须保密。
特点：
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| 加解密速度慢 | 不适合加密大数据 |
| 解决密钥分发问题 | 公钥可以公开，私钥留在自己手里 |
# 实际场景中怎么选？
常见组合：RSA + AES 混合加密
这是我们在 HTTPS / 文件传输 / 登录系统 中常见的模式：
- 服务端生成一个随机的 AES 密钥；
- 用客户端的 RSA 公钥加密 AES 密钥；
- 客户端用自己的 RSA 私钥解密得到 AES 密钥；
- 双方后续通过 AES 对称加密传输数据；
# 总结
| 场景 | 使用方案 | 原因说明 |
|---|---|---|
| 大量数据传输（如视频） | AES | 快速高效，对称加密适合大数据 |
| 密钥交换、身份验证 | RSA | 解决密钥分发，提供签名功能 |
| 综合应用（如 HTTPS） | RSA + AES 混合加密 | 结合两者优点：RSA 传密钥，AES 传数据 |
# 举例说明
- HTTPS：客户端通过 RSA 获取服务端的 AES 密钥，后续数据用 AES 加密；
- JWT 签名：RSA 私钥签名，公钥验证（确保来源可信）；
- 支付接口加密：请求体用 AES 加密，AES 密钥用 RSA 加密；
# RSA 和 AES 加密效率差异
| 算法 | 加密速度 | 数据大小限制 | 密钥管理 |
|---|---|---|---|
| AES | 非常快 | 不限 | 难管理（要安全传输） |
| RSA | 慢 | 限制（比如2048位密钥只能加密245字节） | 易于管理（公钥可公开） |
# XXTEA 加密算法
XXTEA 是一种轻量级、对称加密算法，全称为 Corrected Block TEA（Tiny Encryption Algorithm），它是 TEA 算法的改进版，专为小块数据加密设计，尤其适用于嵌入式设备或资源受限的场景。
# XXTEA 简介
类型：
- 对称加密（加密和解密使用相同密钥）
特点：
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 轻量级 | 算法简单，代码量小（适合嵌入式、前端） |
| 对称加密 | 加解密使用相同密钥 |
| 定长分组 | 输入被分割成固定大小的块（32bit/块） |
| 支持变长数据 | 相比 TEA 修复了加密长度限制问题 |
| 不可逆性强 | 安全性高于 TEA，但仍低于 AES |
# XXTEA 加密流程简要描述
- 将待加密数据按 32 位分组，组成整数数组；
- 使用固定的轮次进行整数之间的位运算（移位、加减、异或）；
- 解密过程则反向执行相同轮次的操作；
- 密钥是 128 位（16 字节），可看作是 4 个 32 位整数。
# 应用场景
| 场景 | 说明 |
|---|---|
| 前端加密通信 | 小程序 / JS 中使用，便于前端加密参数 |
| 嵌入式设备 | 资源有限不适合用 AES 的场景 |
| 客户端签名 | 对传输数据加密，防止伪造和篡改 |
# 与 AES、TEA 对比
| 算法 | 加密类型 | 安全性 | 资源消耗 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| AES | 对称加密 | 非常高 | 较高 | 行业标准 |
| TEA | 对称加密 | 已发现弱点 | 非常低 | 轻量但不推荐 |
| XXTEA | 对称加密 | 优于 TEA | 非常低 | 安全性在 AES 之下，适合轻量场景；加解密速度非常快 |
# 使用方式（加密解密）
String key = "1234567890abcdef"; // 16 字节密钥
String data = "Hello, XXTEA!";
// 加密
byte[] encryptData = XXTEA.encrypt(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), key.getBytes());
String base64Encrypted = Base64.getEncoder().encodeToString(encryptData);
// 解密
byte[] decryptData = XXTEA.decrypt(Base64.getDecoder().decode(base64Encrypted), key.getBytes());
String result = new String(decryptData, StandardCharsets.UTF_8);
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# 总结
- XXTEA 是轻量级、对称加密算法，主要优势是小巧、易于嵌入，适合 前端加密、嵌入式通信、小游戏、小程序中保护参数。
- 如果对安全性要求非常高，建议优先考虑 AES + HTTPS 或非对称加密方案。
# 不可逆算法
不可逆算法（Irreversible Algorithm），通常指无法通过 输出 推导出 输入的算法，常见于加密和安全领域，最典型的就是 哈希函数（Hash Function）。
# 定义
不可逆算法的核心特点是：
- 不可逆：从输出值无法还原出原始输入；
- 确定性：相同输入始终输出相同结果；
- 抗碰撞：不同输入不应产生相同输出（哈希冲突概率极低）；
- 雪崩效应：输入的微小变化导致输出完全不同。
# 常见不可逆算法（哈希函数）
- MD5（Message Digest 5）
- 输出长度：128 位（16 字节）
- 优点：计算快，广泛使用；
- 缺点：已被破解，不适合安全场景（存在碰撞攻击）；
- 应用场景：文件校验、数据库唯一标识。
- SHA 系列（Secure Hash Algorithm）
- SHA-1：输出 160 位（20 字节），比 MD5 稍安全，但也被逐步淘汰，已被破解；
- SHA-256/SHA-512：输出 256/512 位，目前安全性更高；
- 应用场景：密码存储、区块链、签名验证等。
- bcrypt
- 加盐哈希算法（加入随机 salt 提升安全）；
- 适合密码加密存储；
- 内部使用 Blowfish 加密算法；
- 支持自定义迭代轮数，计算成本高，抵抗暴力破解。
- scrypt / Argon2
- 现代密码哈希算法，加入内存消耗限制；
- Argon2 是密码学比赛冠军，现代系统中推荐使用。
# 常见用途
| 场景 | 不可逆算法的作用 |
|---|---|
| 密码加密 | 存储用户密码的哈希值，避免明文泄露 |
| 数据签名 | 数字签名中先做摘要，再签名（比如密钥） |
| 文件校验 | 验证文件完整性（如 MD5 校验码） |
| 区块链 | 区块 Hash 确保链条安全、不可篡改 |
| 防篡改 | 验证数据是否被更改（如日志签名） |
# 不可逆 ≠ 不可验证
虽然算法不可逆，但可通过“比对哈希值”来验证输入是否一致。例如密码验证流程：
- 不需要解密原始密码，提升安全性。
用户输入密码 -> 哈希加密 -> 与数据库中加密后的密码比对
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# 常见误区
| 误区 | 正解 |
|---|---|
| 不可逆 = 安全 | 不是，像 MD5、SHA-1 已被破解 |
| 不可逆无法验证 | 可以通过哈希比对验证 |
| 不可逆不能被暴力破解 | 如果不加 salt 或计算慢，仍可被彩虹表攻击 |
# 总结
不可逆算法通常是指哈希函数，如 MD5、SHA-256、bcrypt 等，广泛用于密码存储、签名验证、数据完整性校验等场景。
其核心特性是不可逆、抗碰撞、雪崩效应，适合保证数据不可被还原但可验证的需求。
上次更新: 2025/7/16 17:38:04