【前端知识】常见的加密算法介绍

- 1 常见的加密算法
- - （1）哈希函数
  - （2）对称加密
  - （3）非对称加密
  - （4）消息认证码（MAC）
- 2.总结

1 常见的加密算法

略微介绍一下前端中常见的加密算法。前端中常见的加密算法主要形式包括——哈希函数，消息认证码，对称加密和非对称加密算法，其中：

（1）哈希函数

在这里插入图片描述
图片来源于：知乎yaoyao——区块链100讲：盘点那些常用的加密算法原理

定义：哈希也叫散列，是指将任意长度的消息映射为固定长度的输出的算法，该输出一般叫做散列值或者哈希值，也叫做摘要（Digest)。简单来说，这种映射就是一种数据压缩，而且散列是不可逆的，也就是无法通过输出还原输入。
特点：不可逆性（单向性）、抗碰撞性（消息不同其散列值也不同）、长度固定
常见应用场景：由于不可逆性，常用于密码存储、数字签名、电子邮件验证、验证下载等方面，更多的是用用在验证数据的完整性方面。
- 密码存储：明文保存密码是危险的。通常我们把密码哈希加密之后保存，这样即使泄漏了密码，因为是散列后的值，也没有办法推导出密码明文(字典攻击难以破解)。验证的时候，只需要对密码(明文)做同样的散列，对比散列后的输出和保存的密码散列值，就可以验证同一性。
- 可用于验证下载文件的完整性以及防篡改：比如网站提供安装包的时候，通常也同时提供md5值，这样用户下载之后，可以重算安装包的md5值，如果一致，则证明下载到本地的安装包跟网站提供的安装包是一致的，网络传输过程中没有出错。
优势：不可逆，速度快、存储体积小，可以帮助保护数据的完整性和减轻篡改风险。
缺点：安全性不高、容易受到暴力破解
图片来源于：知乎码农StayUp——一文搞懂单向散列加密：MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-3
常见类型：SHA-512、SHA-256、MD5（MD5生成的散列码是128位）等。
- 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。
- SHA（Secure Hash Algorithm）：可以对任意长度的数据运算生成一个固定位数的数值。
- SHA/MD5对比：SHA在安全性方面优于MD5，并且可以选择多种不同的密钥长度。但是，由于内存需求更高，运行速度可能会更慢。不过，MD5因其速度而得到广泛使用，但是由于存在碰撞攻击风险，因此不再推荐使用。

（2）对称加密

定义：指加密和解密使用同一种密钥的算法。
图片来源于：简书 SwiftGo——对称加密、非对称加密、数字签名
特点：优点是速度快，通信效率高；缺点是安全性相对较低。信息传输使用一对一，需要共享相同的密码，密码的安全是保证信息安全的基础，服务器和N个客户端通信，需要维持N个密码记录且不能修改密码。
优势：效率高，算法简单，系统开销小，速度快，适合大数量级的加解密，安全性中等
缺点：秘钥管理比较难，密钥存在泄漏风险。
常见应用场景：适用于需要高速加密/解密的场景，例如 HTTP 传输的 SSL/TLS 部分，适用于加密大量数据，如文件加密、网络通信加密、数据加密、电子邮件、Web 聊天等。
- 文件加密：将文件用相同的密钥加密后传输或存储，只有拥有密钥的用户才能解密文件。
- 数据库加密：对数据库中的敏感信息进行加密保护，防止未经授权的人员访问。
- 通信加密：将网络数据通过对称加密算法进行加密，确保数据传输的机密性，比较适合大量短消息的加密和解密。
- 个人硬盘加密：对称加密可以为硬盘加密提供较好的安全性和高处理速度，这对个人电脑而言可能是一个不错的选择。

这里说一下，为什么上面提到，这是因为笔者我购买的加密移动硬盘就是采用AES加密的（这里不是广告)，前段时间突然忘记密码，结果去查询了一下硬盘的加密算法，可以看到商品界面采用的就是AES加密方式：

常见类型：DES，3DES，AES 等
- DES（Data Encryption Standard）：分组式加密算法，以64位为分组对数据加密，加解密使用同一个算法，速度较快，适用于加密大量数据的场合。
- 3DES（Triple DES）：三重数据加密算法，是基于DES，对每个数据块应用三次DES加密算法，强度更高。
- AES（Advanced Encryption Standard）：高级加密标准算法，速度快，安全级别高，目前已被广泛应用，适用于加密大量数据，如文件加密、网络通信加密等。
AES与DES区别
AES与DES之间的主要区别在于加密过程。在DES中，将明文分为两半，然后再进行进一步处理；而在AES中，整个块不进行除法，整个块一起处理以生成密文。相对而言，AES比DES快得多，与DES相比，AES能够在几秒钟内加密大型文件。
- DES
  - 优点：DES算法具有极高安全性，到目前为止，除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。
  - 缺点：分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、运算速度较慢。
- AES
  - 优点：运算速度快，对内存的需求非常低，适合于受限环境。分组长度和密钥长度设计灵活， AES标准支持可变分组长度；具有很好的抵抗差分密码分析及线性密码分析的能力。
  - 缺点：目前尚未存在对AES 算法完整版的成功攻击，但已经提出对其简化算法的攻击。

（3）非对称加密

定义：指加密和解密使用不同密钥的算法，通常情况下使用公共密钥进行加密，而私有密钥用于解密数据。公钥和私钥是成对存在，公钥是从私钥中提取产生公开给所有人的，如果使用公钥对数据进行加密，那么只有对应的私钥（不能公开）才能解密，反之亦然。
图片来源于：简书 SwiftGo——对称加密、非对称加密、数字签名
特点：缺点是加密解密速度较慢，通信效率较低，优点是安全性高，需要两个不同密钥，信息一对多。因为它使用的是不同的密钥，所以需要耗费更多的计算资源。服务器只需要维持一个私钥就可以和多个客户端进行通信，但服务器发出的信息能够被所有的客户端解密，且该算法的计算复杂，加密的速度慢。
优势：秘钥容易管理，不存在密钥的交换问题，安全性好，主要用在数字签名，更适用于区块链技术的点对点之间交易的安全性与可信性。
缺点：加解密的计算量大，比对称加密算法计算复杂，性能消耗高，速度慢，适合小数据量或数据签名
常见应用场景：在实际应用中，非对称加密通常用于需要确保数据完整性和安全性的场合，例如数字证书的颁发、SSL/TLS 协议的加密、数字签名、加密小文件、密钥交换、实现安全的远程通信等。
- 数字签名：数字签名是为了保证数据的真实性和完整性，通常使用非对称加密实现。发送方使用自己的私钥对数据进行签名，接收方使用发送方的公钥对签名进行验证，如果验证通过，则可以确认数据的来源和完整性。常见的数字签名算法都基于非对称加密，如RSA、DSA等。
- 身份认证：Web浏览器和服务器使用SSL/TLS技术来进行安全通信，其中就使用了非对称加密技术。Web浏览器在与服务器建立连接时，会对服务器进行身份验证并请求其证书。服务器将其证书发送给浏览器，证书包含服务器的公钥。浏览器使用该公钥来加密随机生成的“对话密钥”，然后将其发送回服务器。服务器使用自己的私钥解密此“对话密钥”，以确保双方之间的会话是安全的。
- 安全电子邮件：非对称加密可用于电子邮件中，确保邮件内容只能由预期的收件人看到。发件人使用收件人的公钥对邮件进行加密，收件人使用自己的私钥对其进行解密。这确保了只有目标收件人才能读取邮件。
常见类型：RSA，DSA，DSS，ECC 等
- 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。RSA 是一种非对称加密算法，即加密和解密使用一对不同的密钥，分别称为公钥和私钥。公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。RSA 算法的安全性基于大数分解问题，密钥长度通常选择 1024 位、2048 位或更长。RSA 算法用于保护数据的机密性、确保数据的完整性和实现数字签名等功能。
- DSA（Digital Signature Algorithm）：数字签名算法，仅能用于签名，不能用于加解密。
- ECC（Elliptic Curves Cryptography）：椭圆曲线密码编码学。
- DSS：数字签名标准，可用于签名，也可以用于加解密。