网络安全之加密算法

Original 计算机与网络安全计算机与网络安全 2022-06-01

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加密是指将明文直接可见的数据以特定的算法进行混淆，以保证数据的安全掩蔽性。加密一直是一个很热的话题，在密码学中占很大一块比例，目前常见的加密算法可以分为对称加密、非对称加密以及单向加密（哈希算法），这些加密算法大量运用在各种系统和应用中，最常见的是我们访问使用HTTPS的网站流量是经过加密的，密码保存在网站数据库中大多也是经过MD5或者DES加密，而通常不推荐使用可逆的加密算法来加密保存用户登录密码，因为黑客在拿到密钥的情况下可对数据进行还原。下面我们来看看常用的加解密算法的实现方式。

一、对称加密

对称加密指的是采用单密钥进行加密，并且该密钥可以对数据进行加密和解密处理，目前这类加密算法安全性均比较高，数据的实际安全性取决于密钥的管理，就算黑客拿到加密后的数据，如果没有密钥，这些数据对于黑客来说也是垃圾数据而已，而拿到密钥之后可以对加密数据进行还原，所以不建议使用对称加密对用户密码进行加密存储。它的原理比较简单，如下图所示。

明文数据123456可以在加密算法的作用下使用密钥0s9ansk2处理后变成d2fm83jjf，同样使用这个密钥也能把d2fm83jjf解密回123456。

在对称加密算法中常用的算法有DES、3DES、TDEA、Blowfish、RC2、RC4、RC5、IDEA、SKIPJACK、AES等。

1、3DES加密

DES（Data Encrypt Standard）又称Triple DES，是DES加密算法的一种模式，它使用3条56位的密钥对数据进行三次加密。DES加密算法是美国的一种由来已久的加密标准，这种算法通常用于加密需要传输的数据。

PHP中需要在php.ini中打开php_mcrypt.dll以及php_mcrypt_filter.dll两个lib库的引用，即去掉以下代码前面的分号：

；extension=php_mcrypt.dll
；extension=php_mcrypt_filter.dll

PHP的3DES已经有很简洁成熟的加密，我们来看一个简单的3DES加解密类，代码如下：

<？php
class Crypt3Des {public $key = "xxxx"；
//加密密钥
function Crypt3Des（$key）
{
$this->key=$key；
}
//加密函数
function encrypt（$input）
{
$size = mcrypt_get_block_size（MCRYPT_3DES，'ecb'）；
$input = $this->pkcs5_pad（$input，$size）；
$key = str_pad（$this->key，24，'0'）；
$td = mcrypt_module_open（MCRYPT_3DES，''，'ecb'，''）；
$iv = @mcrypt_create_iv（mcrypt_enc_get_iv_size（$td），MCRYPT_RAND）；
@mcrypt_generic_init（$td，$key，$iv）；
$data = mcrypt_generic（$td，$input）；
mcrypt_generic_deinit（$td）；
mcrypt_module_close（$td）；
$data = base64_encode（$data）；
return $data；
}
//解密函数
function decrypt（$encrypted）
{
$encrypted = base64_decode（$encrypted）；
$key = str_pad（$this->key，24，'0'）；
$td = mcrypt_module_open（MCRYPT_3DES，''，'ecb'，''）；
$iv = @mcrypt_create_iv（mcrypt_enc_get_iv_size（$td），MCRYPT_RAND）；
$ks = mcrypt_enc_get_key_size（$td）；
@mcrypt_generic_init（$td，$key，$iv）；
$decrypted = mdecrypt_generic（$td，$encrypted）；
mcrypt_generic_deinit（$td）；
mcrypt_module_close（$td）；
$y=$this->pkcs5_unpad（$decrypted）；
return $y；
}
function pkcs5_pad（$text，$blocksize）
{
$pad = $blocksize -（strlen（$text）% $blocksize）；
return $text . str_repeat（chr（$pad），$pad）；
}
function pkcs5_unpad（$text）
{
$pad = ord（$text{strlen（$text）-1}）；
if（$pad > strlen（$text））
{
return false；
}
if（strspn（$text，chr（$pad），strlen（$text）- $pad）！= $pad）
{
return false；
}
return substr（$text，，-1 * $pad）；
}
function PaddingPKCS7（$data）
{
$block_size = mcrypt_get_block_size（MCRYPT_3DES，MCRYPT_MODE_CBC）；
$padding_char = $block_size -（strlen（$data）% $block_size）；
$data .= str_repeat（chr（$padding_char），$padding_char）；
return $data；
}
}
？>

使用方法很简单，只要实例化这个类，直接调用相应函数即可，如下所示：

$rep=new Crypt3Des（'加密key'）；
$input="hello 3des"；
echo "原文：".$input." "；
$encrypt_card=$rep->encrypt（$input）；
echo "加密：".$encrypt_card." "；
echo "解密：".$rep->decrypt（$rep->encrypt（$input））；

我们来看看经过它处理后的数据，如下图所示。

2、AES加密

AES（Advanced Encryption Standard）加密在密码学中又称Rijndael加密法，比3DES更加安全，密钥长度的最少支持为128、192、256位，所以逐渐替代原先的DES。

PHP中需要在php.ini中打开php_mcrypt.dll库的引用，设置方法我们已在前面介绍过，我们来看一个PHP中AES的加解密实例：

<？php
class Aes{public $_secrect_key=''；
//密钥
function Aes（$key）
{
$this->_secrect_key = $key；
}
/***加密方法* @param string $str* @return string*/
function encrypt（$str）
{
//AES，128 ECB模式加密数据
$screct_key = $this->_secrect_key；
$screct_key = base64_decode（$screct_key）；
$str = trim（$str）；
$str = $this->addPKCS7Padding（$str）；
$iv = mcrypt_create_iv（mcrypt_get_iv_size（MCRYPT_RIJNDAEL_128，MCRYPT_MODE_ECB），MCRYPT_RAND）；
$encrypt_str = mcrypt_encrypt（MCRYPT_RIJNDAEL_128，$screct_key，$str，MCRYPT_MODE_ECB，$iv）；
return base64_encode（$encrypt_str）；
}
/***解密方法* @param string $str* @return string*/
function decrypt（$str）
{
//AES，128 ECB模式加密数据
$screct_key = $this->_secrect_key；
$str = base64_decode（$str）；
$screct_key = base64_decode（$screct_key）；
$iv = mcrypt_create_iv（mcrypt_get_iv_size（MCRYPT_RIJNDAEL_128，MCRYPT_MODE_ECB），MCRYPT_RAND）；
$encrypt_str = mcrypt_decrypt（MCRYPT_RIJNDAEL_128，$screct_key，$str，MCRYPT_MODE_ECB，$iv）；
$encrypt_str = trim（$encrypt_str）；
$encrypt_str = $this->stripPKSC7Padding（$encrypt_str）；
return $encrypt_str；
}
/***填充算法* @param string $source* @return string*/
function addPKCS7Padding（$source）
{
$source = trim（$source）；
$block = mcrypt_get_block_size（'rijndael-128'，'ecb'）；
$pad = $block -（strlen（$source）% $block）；
if（$pad <= $block）
{
$char = chr（$pad）；
$source .= str_repeat（$char，$pad）；
}
return $source；
}
/***移去填充算法* @param string $source* @return string*/
function stripPKSC7Padding（$source）
{
$source = trim（$source）；
$char = substr（$source，-1）；
$num = ord（$char）；
if（$num==62）
return $source；
$source = substr（$source，，-$num）；
return $source；
}
}

这个加密类使用起来也相当简单：

$rep=new Aes（'xxxx'）；
$input="hello aes"；
echo "原文：".$input." "；
$encrypt_card=$rep->encrypt（$input）；
echo "加密：".$encrypt_card." "；
echo "解密：".$rep->decrypt（$rep->encrypt（$input））；

我们来看看使用它加解密后的效果，如下图所示。

二、非对称加密

非对称加密与对称加密不一样的地方在于，非对称加密算法有两个密钥，分别为公钥和私钥，它的安全性比对称加密更好，公钥用来加密，私钥用来解密，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密，两个密钥不一致，所以叫非对称加密。

它的使用流程原理如下图所示。

RSA加密

RSA公钥加密算法在1977年由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出，RSA正是他们三人的姓氏开头字母拼接。RSA是目前公认最有影响力的加密算法，不过并不是不可破解的，在短密钥的情况下，基于现在越来越强大的云计算，也存在被爆破的可能。早在1999年，就有花了五个月时间在一台有3.2G中央内存的Cray C916计算机上成功分解RSA-155（512位）。

RSA的最大问题在于加解密速度慢，整个运算过程相对要消耗不少时间，不过这一些问题在今后计算资源横向扩展的条件下，也不是很大的问题。

我们来测试一下PHP下的RSA加解密，如果希望简单一点，PHP上可以使用phpseclib，下载地址http://phpseclib.sourceforge.net/，不需要配置即可直接使用，首先下载phpseclib，文件结构如下图所示。

然后生成密钥，代码如下：

<？php
include（'./Crypt/RSA.php'）；
$rsa = new Crypt_RSA（）；
extract（$rsa->createKey（））；
echo "$privatekey $publickey"；

生成密钥后，我们来看看加解密代码：

<？php
$PUBLIC_KEY ='-----BEGIN PUBLIC KEY-----MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCm418GwRwXmYOC6eb6G6NzCMRtnan7Jt76kygfmfa2mGRu1Ff8t3bjyrrRPra8LQgcGxO1KZkDPxODsfX2fblXCNCzEXxYerZIrcQXR4utTMXkQCN7E7egNDlQOqrP0awFZ5OWrYcbDdmgxa2jAEGtR3Fam+GpAAH94H1crvcbSwIDAQAB-----END PUBLIC KEY-----'；
$PRIVATE_KEY = '-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----'；
include（'Crypt/RSA.php'）；
$rsa = new Crypt_RSA（）；
$rsa->loadKey（$PUBLIC_KEY）；
//载入公钥
$plaintext = 'phpsec'；
$rsa->setEncryptionMode（CRYPT_RSA_ENCRYPTION_PKCS1）；
$ciphertext = $rsa->encrypt（$plaintext）；
$rsa->loadKey（$PRIVATE_KEY）；
//载入私钥
echo $ciphertext.' '.' '.' '；
echo $rsa->decrypt（$ciphertext）；

可以看到$rsa->encrypt（$plaintext）；函数用来加密，最终用$rsa->decrypt（$ciphertext）来解密并输出明文字符串“phpsec”，效果如下图所示。

第一行的乱码就是加密后的“phpsec”，通常保存的时候还会用Base64转码一下才好。

三、单向加密

前面我们介绍的加密算法都是双向的，也就是加密后可以再逆向算出明文数据，而在加密算法里面，还有单向加密，也就是不可逆算法，常见的有MD系列（md4、md5）和sha1等。因为存在不可逆的性质，所以这类哈希算法通常用来保存密码和做数字签名，不过因为相同的字符串的哈希值是一样的，所以存在碰撞的问题，目前全球公开的最大MD5解密库cmd5.com号称有24万亿条数据，解密率全球第一，在实际应用中也感受到普通人常用的密码破解成功率也在90%以上。

MD5/sha1加密

MD5是目前使用最多的密码存储加密算法，几乎95%以上的网站都在使用MD5算法，MD5分为16位和32位，实际上它们的安全性并没有什么不一样的地方。根据实际经验来看，用单纯MD5（不加salt）来存储用户密码是非常不安全的，提供MD5解密的网站随处可见，如cmd5.com、xmd5.com，等等。

在PHP中进行MD5计算很简单，PHP提供了md5（）函数，只要传入一个字符串即可返回加密后的结果。

同样，sha1加密也被部分网站用来保存密码，它比MD5更长，足足有40位，支持sha1解密的网站相对较少，碰撞的数据量也相对较少，所以实际中它的“安全性”比MD5更好。我们来看看它的使用方法，代码如下：

<？php
echo 'phpsec md5：'.md5（'phpsec'）；
echo ' '；
echo 'phpsec sha1：'.sha1（'phpsec'）；

执行结果如下图所示。

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