带你理解加密和Hash

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）。

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？不可能的呀，这么搞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的方私钥签名的，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，所以不能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   （重要！！仔细看，看懂为止）

 

 

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，所以在通信中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。

 

 

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() 。

 

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！！）