二. 加密算法介绍
对称加密算法
对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密，常用的算法包括：
DES（Data Encryption Standard）：数据加密标准，速度较快，适用于加密大量数据的场合。
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。
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与3DES的比较
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算法名称 |
算法类型 |
密钥长度 |
速度 |
解密时间（建设机器每秒尝试255个密钥） |
资源消耗 |
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AES |
对称block密码 |
128、192、256位 |
高 |
1490000亿年 |
低 |
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3DES |
对称feistel密码 |
112位或168位 |
低 |
46亿年 |
中 |
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；
DSA（Digital Signature Algorithm）：数字签名算法，是一种标准的 DSS（数字签名标准）；
ECC（Elliptic Curves Cryptography）：椭圆曲线密码编码学。
ECC和RSA相比，在许多方面都有对绝对的优势，主要体现在以下方面：
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。
下面两张表示是RSA和ECC的安全性和速度的比较。
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攻破时间(MIPS年) |
RSA/DSA(密钥长度) |
ECC密钥长度 |
RSA/ECC密钥长度比 |
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104 |
512 |
106 |
5：1 |
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108 |
768 |
132 |
6：1 |
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1011 |
1024 |
160 |
7：1 |
|
1020 |
2048 |
210 |
10：1 |
|
1078 |
21000 |
600 |
35：1 |
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攻破时间(MIPS年) |
RSA/DSA(密钥长度) |
ECC密钥长度 |
RSA/ECC密钥长度比 |
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104 |
512 |
106 |
5：1 |
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108 |
768 |
132 |
6：1 |
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1011 |
1024 |
160 |
7：1 |
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1020 |
2048 |
210 |
10：1 |
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1078 |
21000 |
600 |
35：1 |
RSA和ECC安全模长得比较
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功能 |
Security Builder 1.2 |
BSAFE 3.0 |
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163位ECC(ms) |
1,023位RSA(ms) |
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密钥对生成 |
3.8 |
4,708.3 |
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签名 |
2.1(ECNRA) |
228.4 |
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3.0(ECDSA) |
||
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认证 |
9.9(ECNRA) |
12.7 |
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10.7(ECDSA) |
||
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Diffie—Hellman密钥交换 |
7.3 |
1,654.0 |
RSA和ECC速度比较
散列是信息的提炼，通常其长度要比信息小得多，且为一个固定长度。加密性强的散列一定是不可逆的，这就意味着通过散列结果，无法推出任何部分的原始信息。任何输入信息的变化，哪怕仅一位，都将导致散列结果的明显变化，这称之为雪崩效应。散列还应该是防冲突的，即找不出具有相同散列结果的两条信息。具有这些特性的散列结果就可以用于验证信息是否被修改。
单向散列函数一般用于产生消息摘要，密钥加密等，常见的有：
l MD5（Message Digest Algorithm 5）：是RSA数据安全公司开发的一种单向散列算法，非可逆，相同的明文产生相同的密文。
l SHA（Secure Hash Algorithm）：可以对任意长度的数据运算生成一个160位的数值；
SHA-1与MD5的比较
因为二者均由MD4导出，SHA-1和MD5彼此很相似。相应的，他们的强度和其他特性也是相似，但还有以下几点不同：
l 对强行供给的安全性：最显著和最重要的区别是SHA-1摘要比MD5摘要长32 位。使用强行技术，产生任何一个报文使其摘要等于给定报摘要的难度对MD5是2128数量级的操作，而对SHA-1则是2160数量级的操作。这样，SHA-1对强行攻击有更大的强度。
l 对密码分析的安全性：由于MD5的设计，易受密码分析的攻击，SHA-1显得不易受这样的攻击。
l 速度：在相同的硬件上，SHA-1的运行速度比MD5慢。
以上综述了两种加密方法的原理，总体来说主要有下面几个方面的不同：
l 在管理方面：公钥密码算法只需要较少的资源就可以实现目的，在密钥的分配上，两者之间相差一个指数级别（一个是n一个是n2）。所以私钥密码算法不适应广域网的使用，而且更重要的一点是它不支持数字签名。
l 在安全方面：由于公钥密码算法基于未解决的数学难题，在破解上几乎不可能。对于私钥密码算法，到了AES虽说从理论来说是不可能破解的，但从计算机的发展角度来看。公钥更具有优越性。
l 从速度上来看：AES的软件实现速度已经达到了每秒数兆或数十兆比特。是公钥的100倍，如果用硬件来实现的话这个比值将扩大到1000倍。
由于非对称加密算法的运行速度比对称加密算法的速度慢很多，当我们需要加密大量的数据时，建议采用对称加密算法，提高加解密速度。
对称加密算法不能实现签名，因此签名只能非对称算法。
由于对称加密算法的密钥管理是一个复杂的过程，密钥的管理直接决定着他的安全性，因此当数据量很小时，我们可以考虑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。
那采用多少位的密钥呢？ RSA建议采用1024位的数字，ECC建议采用160位，AES采用128为即可。
保密通信：保密通信是密码学产生的动因。使用公私钥密码体制进行保密通信时，信息接收者只有知道对应的密钥才可以解密该信息。
数字签名：数字签名技术可以代替传统的手写签名，而且从安全的角度考虑，数字签名具有很好的防伪造功能。在政府机关、军事领域、商业领域有广泛的应用环境。
秘密共享：秘密共享技术是指将一个秘密信息利用密码技术分拆成n个称为共享因子的信息，分发给n个成员，只有k(k≤n)个合法成员的共享因子才可以恢复该秘密信息，其中任何一个或m(m≤k)个成员合作都不知道该秘密信息。利用秘密共享技术可以控制任何需要多个人共同控制的秘密信息、命令等。
认证功能：在公开的信道上进行敏感信息的传输，采用签名技术实现对消息的真实性、完整性进行验证，通过验证公钥证书实现对通信主体的身份验证。
基于公钥密码体制可以实现以上通用功能以外，还可以设计实现以下的系统：安全电子商务系统、电子现金系统、电子选举系统、电子招投标系统、电子彩票系统等。
