DES、3DES、SM4 加密算法简介

news2025/4/23 15:07:37

1. DES（Data Encryption Standard）

设计时间：1975 年（IBM 开发，1977 年被 NIST 采纳为美国联邦标准）。
密钥长度：64 位（实际有效 56 位 + 8 位校验）。
分组长度：64 位。
加密轮数：16 轮 Feistel 结构。
安全性：
- 已被破解（暴力破解可在数小时内完成）。
- 密钥过短（56 位），无法抵抗现代算力攻击。
应用场景：
- 已淘汰，仅用于历史系统或教学。
- 被 AES 取代。

2. 3DES（Triple DES）

设计时间：1998 年（DES 的增强版）。
密钥长度：168 位（实际有效 112 位，因存在中间相遇攻击）。
加密流程：三次 DES 操作（加密-解密-加密，即 EDE）。
分组长度：64 位。
安全性：
- 安全性优于 DES，但效率低。
- 2023 年后被 NIST 禁用（SP 800-171 Rev.5）。
应用场景：
- 传统金融系统（如 POS 机、ATM）。
- 逐步被 AES 或 SM4 替代。

3. SM4（国密算法）

设计时间：2012 年（中国国家密码管理局发布）。
密钥长度：128 位。
分组长度：128 位。
加密轮数：32 轮非线性迭代结构。
安全性：
- 抗差分和线性分析能力与 AES 相当。
- 符合中国商用密码标准（GMT 0002-2012）。
应用场景：
- 中国政府、金融、电力等关键领域。
- 国产化替代（如 VPN、物联网设备）。

对比总结

特性	DES	3DES	SM4
密钥长度	56 位（64 位存储）	112 位有效	128 位
分组长度	64 位	64 位	128 位
安全性	已破解	已淘汰	高（国密标准）
性能	快（但已过时）	慢（三次加密）	与 AES 相当
应用现状	完全淘汰	逐步淘汰	中国强制推广

选择建议

历史系统兼容：
- 使用 3DES 过渡，尽快迁移至 AES 或 SM4。
国内合规要求：
- 必须使用 SM4（如政务、金融系统）。
国际通用场景：
- 优先选择 AES-256（高安全性）或 AES-128（高性能）。

代码示例（Python）

3DES 加密（PyCryptodome）


from Crypto.Cipher import DES3  
from Crypto.Random import get_random_bytes  

key = get_random_bytes(24)  # 3DES 需 24 字节密钥  
data = b"Data to encrypt"  

# 加密  
cipher = DES3.new(key, DES3.MODE_CBC)  
ciphertext = cipher.encrypt(data.ljust(8 * (len(data)//8 + 1)))  # 填充至 8 字节倍数  

# 解密  
decipher = DES3.new(key, DES3.MODE_CBC, iv=cipher.iv)  
plaintext = decipher.decrypt(ciphertext).strip()

SM4 加密（需国密库，如 `gmssl`）


from gmssl import sm4  

key = get_random_bytes(16)  
data = b"Sensitive data"  

# 加密  
cipher = sm4.CryptSM4()  
cipher.set_key(key, sm4.SM4_ENCRYPT)  
ciphertext = cipher.crypt_ecb(data)  

# 解密  
cipher.set_key(key, sm4.SM4_DECRYPT)  
plaintext = cipher.crypt_ecb(ciphertext)