加密算法简介:

加密技术通常分为两大类:"对称式"和"非对称式"。

对称性加密算法：对称式加密就是加密和解密使用同一个密钥。信息接收双方都需事先知道密匙和加解密算法且其密匙是相同的，之后便是对数据进行加解密了。对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密。

非对称算法：非对称式加密就是加密和解密所使用的不是同一个密钥，通常有两个密钥，称为"公钥"和"私钥"，它们两个必需配对使用，否则不能打开加密文件。发送双方A,B事先均生成一堆密匙，然后A将自己的公有密匙发送给B，B将自己的公有密匙发送给A，如果A要给B发送消 息，则先需要用B的公有密匙进行消息加密，然后发送给B端，此时B端再用自己的私有密匙进行消息解密，B向A发送消息时为同样的道理。

散列算法：散列算法，又称哈希函数，是一种单向加密算法。在信息安全技术中，经常需要验证消息的完整性，散列(Hash)函数提供了这一服务，它对不同长度的输入消息，产生固定长度的输出。这个固定长度的输出称为原输入消息的"散列"或"消息摘要"(Message digest)。散列算法不算加密算法，因为其结果是不可逆的，既然是不可逆的，那么当然不是用来加密的，而是签名。

对称性加密算法有：AES、DES、3DES

用途：对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密

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是一个使用128为分组块的分组加密算法，分组块和128、192或256位的密钥一起作为输入，对4×4的字节数组上进行操作。众所周之AES是种十分高效的算法，尤其在8位架构中，这源于它面向字节的设计。AES 适用于8位的小型单片机或者普通的32位微处理器,并且适合用专门的硬件实现，硬件实现能够使其吞吐量（每秒可以到达的加密/解密bit数）达到十亿量级。同样，其也适用于RFID系统。

非对称性算法有：RSA、DSA、ECC

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在国外早已进入实用阶段，已研制出多种高速的RSA的专用芯片。

DSA（Digital Signature Algorithm）：数字签名算法，是一种标准的 DSS（数字签名标准），严格来说不算加密算法。

ECC（Elliptic Curves Cryptography）：椭圆曲线密码编码学。ECC和RSA相比，具有多方面的绝对优势，主要有：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。

散列算法（签名算法）有：MD5、SHA1、HMAC

用途：主要用于验证，防止信息被修。具体用途如：文件校验、数字签名、鉴权协议

MD5：MD5是一种不可逆的加密算法，目前是最牢靠的加密算法之一，尚没有能够逆运算的程序被开发出来，它对应任何字符串都可以加密成一段唯一的固定长度的代码。

SHA1：是由NISTNSA设计为同DSA一起使用的，它对长度小于264的输入，产生长度为160bit的散列值，因此抗穷举(brute-force)性更好。SHA-1设计时基于和MD4相同原理,并且模仿了该算法。SHA-1是由美国标准技术局（NIST）颁布的国家标准，是一种应用最为广泛的Hash函数算法，也是目前最先进的加密技术，被政府部门和私营业主用来处理敏感的信息。而SHA-1基于MD5，MD5又基于MD4。

HMAC：是密钥相关的哈希运算消息认证码（Hash-based Message Authentication Code）,HMAC运算利用哈希算法，以一个密钥和一个消息为输入，生成一个消息摘要作为输出。也就是说HMAC是需要一个密钥的。所以，HMAC_SHA1也是需要一个密钥的，而SHA1不需要。

其他常用算法：

Base64：其实不是安全领域下的加密解密算法，只能算是一个编码算法，通常用于把二进制数据编码为可写的字符形式的数据，对数据内容进行编码来适合传输(可以对img图像编码用于传输)。这是一种可逆的编码方式。编码后的数据是一个字符串，其中包含的字符为：A-Z、a-z、0-9、+、/，共64个字符(26 + 26 + 10 + 1 + 1 = 64，其实是65个字符，“=”是填充字符。Base64要求把每三个8Bit的字节转换为四个6Bit的字节(3*8 = 4*6 = 24)，然后把6Bit再添两位高位0，组成四个8Bit的字节，也就是说，转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。原文的字节最后不够3个的地方用0来补足，转换时Base64编码用=号来代替。这就是为什么有些Base64编码会以一个或两个等号结束的原因，中间是不可能出现等号的，但等号最多只有两个。其实不用"="也不耽误解码，之所以用"="，可能是考虑到多段编码后的Base64字符串拼起来也不会引起混淆。)

Base64编码是从二进制到字符的过程，像一些中文字符用不同的编码转为二进制时，产生的二进制是不一样的，所以最终产生的Base64字符也不一样。例如"上网"对应utf-8格式的Base64编码是"5LiK572R"， 对应GB2312格式的Base64编码是"yc/N+A=="。

标准的Base64并不适合直接放在URL里传输，因为URL编码器会把标准Base64中的“/”和“+”字符变为形如“%XX”的形式，而这些“%”号在存入数据库时还需要再进行转换，因为ANSI SQL中已将“%”号用作通配符。

为解决此问题，可采用一种用于URL的改进Base64编码，它不在末尾填充'='号，并将标准Base64中的“+”和“/”分别改成了“-”和“_”，这样就免去了在URL编解码和数据库存储时所要作的转换，避免了编码信息长度在此过程中的增加，并统一了数据库、表单等处对象标识符的格式。

另有一种用于正则表达式的改进Base64变种，它将“+”和“/”改成了“!”和“-”，因为“+”，“*”以及前面在IRCu中用到的“[”和“]”在正则表达式中都可能具有特殊含义。

此外还有一些变种，它们将“+/”改为“_-”或“._”（用作编程语言中的标识符名称）或“.-”（用于XML中的Nmtoken）甚至“_:”（用于XML中的Name）。

​HTTPS（全称：Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL(SSL使用40 位关键字作为RC4流加密算法，这对于商业信息的加密是合适的。)，因此加密的详细内容就需要SSL。https:URL表明它使用了HTTP，但HTTPS存在不同于HTTP的默认端口及一个加密/身份验证层（在HTTP与TCP之间），提供了身份验证与加密通讯方法，现在它被广泛用于万维网上安全敏感的通讯，例如交易支付方面。它的主要作用可以分为两种：一种是建立一个信息安全通道，来保证数据传输的安全；另一种就是确认网站的真实性。

项目应用总结：

1. 加密算法是可逆的，用来对敏感数据进行保护。散列算法(签名算法、哈希算法)是不可逆的，主要用于身份验证。

2. 对称加密算法使用同一个密匙加密和解密，速度快，适合给大量数据加密。对称加密客户端和服务端使用同一个密匙，存在被抓包破解的风险。

3. 非对称加密算法使用公钥加密，私钥解密，私钥签名，公钥验签。安全性比对称加密高，但速度较慢。非对称加密使用两个密匙，服务端和客户端密匙不一样，私钥放在服务端，黑客一般是拿不到的，安全性高。

4. Base64不是安全领域下的加解密算法，只是一个编码算法，通常用于把二进制数据编码为可写的字符形式的数据，特别适合在http，mime协议下的网络快速传输数据。UTF-8和GBK中文的Base64编码结果是不同的。采用Base64编码不仅比较简短，同时也具有不可读性，即所编码的数据不会被人用肉眼所直接看到，但这种方式很初级，很简单。Base64可以对图片文件进行编码传输。

5. https协议广泛用于万维网上安全敏感的通讯，例如交易支付方面。它的主要作用可以分为两种：一种是建立一个信息安全通道，来保证数据传输的安全；另一种就是确认网站的真实性。

6. 大量数据加密建议采用对称加密算法，提高加解密速度；小量的机密数据，可以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。

7. MD5标准密钥长度128位（128位是指二进制位。二进制太长，所以一般都改写成16进制，每一位16进制数可以代替4位二进制数，所以128位二进制数写成16进制就变成了128/4=32位。16位加密就是从32位MD5散列中把中间16位提取出来）；sha1标准密钥长度160位(比MD5摘要长32位)，Base64转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。

AES算法

什么是AES加密算法

AES是高级加密标准，在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，目前已经被全世界广泛使用，同时AES已经成为对称密钥加密中最流行的算法之一。AES支持三种长度的密钥：128位，192位，256位。

AES加密需要：明文 + 密钥+ 偏移量（IV）+密码模式(算法/模式/填充)

AES解密需要：密文 + 密钥+ 偏移量（IV）+密码模式(算法/模式/填充)

AES加密模式

AES的加密模式有以下几种

• • 电码本模式(ECB)
  • 密码分组链接模式(CBC)
  • 计算器模式(CTR)
  • 密码反馈模式(CFB)
  • 输出反馈模式(OFB)

密码分组链接模式(CBC)：将整段明文切成若干小段，然后每一小段与初始块或者上一段的密文段进行异或运算后，再与密钥进行加密。

电码本模式 ECB （Electronic codebook，ECB）：需要加密的消息按照块密码的块大小被分为数个块，并对每个块进行独立加密。

根据图示，在 CBC 模式下，使用 AES 加解密方式进行分组加解密时，需要用到的两个参数

1、初始化向量，也就是偏移量

2、加解密秘钥

AES加密算法原理

1.密钥

密钥是AES算法实现加密和解密的根本。对称加密算法之所以对称，是因为这类算法对明文的加密和解密需要使用同一个密钥。

AES支持三种长度的密钥：128位，192位，256位

平时大家所说的AES128，AES192，AES256，实际上就是指的AES算法对不同长度密钥的使用。

2.填充

要想了解填充的概念，我们先要了解AES的分组加密特性。什么是分组加密呢？我们来看看下面这张图：AES算法在对明文加密的时候，并不是把整个明文一股脑加密成一整段密文，而是把明文拆分成一个个独立的明文块，每一个明文块长度128bit。

这些明文块经过AES加密器的复杂处理，生成一个个独立的密文块，这些密文块拼接在一起，就是最终的AES加密结果。

假如一段明文长度是192bit，如果按每128bit一个明文块来拆分的话，第二个明文块只有64bit，不足128bit。这时候怎么办呢？就需要对明文块进行填充（Padding）。

填充涉及以下三种填充模式：

NoPadding：不做任何填充，但是要求明文必须是16字节的整数倍。

PKCS5Padding（默认）：如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符，且每个字节的值等于缺少的字符数。

比如明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,6,6,6,6,6,6}

ISO10126Padding：如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字节，最后一个字符值等于缺少的字符数，其他字符填充随机数。

比如明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则可能补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,5,c,3,G,$,6}

常见填充模式

算法/模式/填充	16字节加密后数据长度	不满16字节加密后长度
AES/CBC/NoPadding	16	不支持
AES/CBC/PKCS5Padding	32	16
AES/CBC/ISO10126Padding	32	16
AES/CFB/NoPadding	16	原始数据长度
AES/CFB/PKCS5Padding	32	16
AES/CFB/ISO10126Padding	32	16
AES/ECB/NoPadding	16	不支持
AES/ECB/PKCS5Padding	32	16
AES/ECB/ISO10126Padding	32	16
AES/OFB/NoPadding	16	不支持
AES/OFB/PKCS5Padding	32	16
AES/OFB/ISO10126Padding	32	16
AES/PCBC/NoPadding	16	不支持
AES/PCBC/PKCS5Padding	32	16
AES/PCBC/ISO10126Padding	32	16

AES算法流程

AES加密算法涉及4种操作：字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。下图给出了AES加解密的流程，从图中可以看出：

1、解密算法的每一步分别对应加密算法的逆操作；

2、加解密所有操作的顺序正好是相反的。正是由于这几点（再加上加密算法与解密算法每步的操作互逆）保证了算法的正确性。加解密中每轮的密钥分别由种子密钥经过密钥扩展算法得到。算法中16字节的明文、密文和轮子密钥都以一个4x4的矩阵表示。

AddRoundKey （轮密钥加）— 矩阵中的每一个字节都与该次轮密钥（round key）做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。

SubBytes（字节替代） — 通过非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。

ShiftRows（行移位） — 将矩阵中的每个横列进行循环式移位。

MixColumns （列混淆）— 为了充分混合矩阵中各个直行的操作。这个步骤使用线性转换来混合每列的四个字节。

以上为AES在加密中的大致流程。

Code sample:

*&---------------------------------------------------------------------*

*& Report  YYZ_TEST_AES

*&

*&---------------------------------------------------------------------*

*&

*&

*&---------------------------------------------------------------------*

REPORT yyz_test_aes.

DATA: lv_output    TYPE string,

      lv_key_xs    TYPE xstring,

      lv_input_xs  TYPE xstring,

      lv_cipertext TYPE xstring,

      lv_result    TYPE string.

SELECTION-SCREEN PUSHBUTTON 1(15) pb_key USER-COMMAND gen_key.

PARAMETERS: p_en RADIOBUTTON GROUP g1 DEFAULT 'X' USER-COMMAND ucomm1,

            p_de RADIOBUTTON GROUP g1.

PARAMETERS: p_input  TYPE string MODIF ID m1 LOWER CASE,

            p_output TYPE string MODIF ID m2 LOWER CASE,

            p_key    TYPE string LOWER CASE.

INITIALIZATION.

  pb_key = 'Generate Key'.

AT SELECTION-SCREEN OUTPUT.

  LOOP AT SCREEN.

    CASE abap_true.

      WHEN p_en.

        CASE screen-group1 .

          WHEN 'M1'.

            screen-active = 1.

            MODIFY SCREEN.

          WHEN 'M2'.

            screen-active = 0.

            MODIFY SCREEN.

          WHEN OTHERS.

        ENDCASE.

      WHEN p_de.

        CASE screen-group1 .

          WHEN 'M1'.

            screen-active = 0.

            MODIFY SCREEN.

          WHEN 'M2'.

            screen-active = 1.

            MODIFY SCREEN.

          WHEN OTHERS.

        ENDCASE.

      WHEN OTHERS.

    ENDCASE.

  ENDLOOP.

AT SELECTION-SCREEN.

  CASE sy-ucomm.

    WHEN 'GEN_KEY'.

      CALL METHOD cl_sec_sxml_writer=>generate_key

        EXPORTING

          algorithm = cl_sec_sxml_writer=>co_aes128_algorithm

        RECEIVING

          key       = lv_key_xs.

      p_key = lv_key_xs.

    WHEN OTHERS.

  ENDCASE.

START-OF-SELECTION.

  CHECK p_key IS NOT INITIAL.

  lv_key_xs = p_key.

  CASE abap_true.

    WHEN p_en.

*      lv_input_xs = cl_abap_codepage=>convert_to( source = lv_input ).

      CALL FUNCTION 'SCMS_STRING_TO_XSTRING'

        EXPORTING

          text   = p_input

        IMPORTING

          buffer = lv_input_xs

        EXCEPTIONS

          failed = 1

          OTHERS = 2.

      TRY .

          CALL METHOD cl_sec_sxml_writer=>encrypt

            EXPORTING

              plaintext  = lv_input_xs

              key        = lv_key_xs

              algorithm  = cl_sec_sxml_writer=>co_aes128_algorithm

*              algorithm  = 'http://www.portaldasfinancas.gov.pt/SAFT#aes128-ecb'

            IMPORTING

              ciphertext = lv_cipertext.

        CATCH cx_sec_sxml_encrypt_error.

      ENDTRY.

      CALL FUNCTION 'SCMS_BASE64_ENCODE_STR'

        EXPORTING

          input  = lv_cipertext

        IMPORTING

          output = lv_result.

    WHEN p_de.

      CHECK p_output IS NOT INITIAL.

      CALL FUNCTION 'SCMS_BASE64_DECODE_STR'

        EXPORTING

          input  = p_output

*         UNESCAPE       = 'X'

        IMPORTING

          output = lv_cipertext

        EXCEPTIONS

          failed = 1

          OTHERS = 2.

      IF lv_cipertext IS NOT INITIAL AND lv_key_xs IS NOT INITIAL.

        CALL METHOD cl_sec_sxml_writer=>decrypt

          EXPORTING

            ciphertext = lv_cipertext

            key        = lv_key_xs

*            algorithm  = cl_sec_sxml_writer=>co_aes128_algorithm

           algorithm  = 'http://www.portaldasfinancas.gov.pt/SAFT#aes128-ecb'

          IMPORTING

            plaintext  = lv_input_xs.

*        cl_abap_conv_in_ce=>create( input = lv_input_xs )->read( IMPORTING data = lv_result ).

        lv_result = /ui2/cl_abap2json=>conv_xstring_to_string( lv_input_xs ).

      ENDIF.

    WHEN OTHERS.

  ENDCASE.

  WRITE: lv_result.