本文不對具體的算法做深入研究，只是講解各種安全算法的原理和使用場景。

一、數據校驗算法

數據校驗,是為保護數據的完整性，用一種指定的算法對原始數據計算出的一個校驗值。當接收方用同樣的算法再算一次校驗值，如果兩次校驗值一樣，表示數據完整。

1、奇偶校驗

能檢測出信息傳輸過程當中的一位誤碼。出現錯誤不能檢測出錯誤，只能要求重發。

2、 CRC循環冗余校驗

通過增加若幹冗余位，可以檢測出傳輸過程中的錯誤。檢錯和糾錯能力強，在通信領域運用較廣泛。

3、MD5校驗

MD5算法是一種信息摘要算法，是通過哈希映射的原理得到一個大文件簡短的MD5值。該算法是一種不可逆算法

4、 SHA

SHA（Secure Hash Algorithm）是由美國專門制定密碼算法的標準機構——美國國家標準技術研究院（NIST）制定的，SHA系列算法的摘要長度分別為：SHA為20字節（160位）、SHA256為32字節（256位）、 SHA384為48字節（384位）、SHA512為64字節（512位），由於它產生的數據摘要的長度更長，因此更難以發生碰撞，因此也更為安全，它是未來數據摘要算法的發展方向。由於SHA系列算法的數據摘要長度較長，因此其運算速度與MD5相比，也相對較慢。

同MD5算法相同，他也是一種不可逆的算法。

二、對稱加密算法

• 1、Base64 編解碼

該算法只能稱為一種校驗，是對原始的數據進行了一個編碼的過程。 有編碼就有解碼，該過程是一個可逆的。該算法安全性較差，可以很輕松的通過解碼將密文轉換為明文，從而獲取信息。

• 2、DES 數據加密算法

是對稱加密算法領域中的典型算法，現在認為是一種不安全的加密算法，因為現在已經有用窮舉法攻破DES密碼的報道了。盡管如此，該加密算法還是運用非常普遍，是一種標準的加密算法。3DES是DES的加強版本。

DES加密的秘鑰是 56位，而3DES加密算法的秘鑰是 112位或者168位。3DES加密處理速度較慢、密鑰計算時間較長、加密效率不高。

• 3、AES 數據加密算法（推薦使用）

Advanced Encryption Standard ，高級數據加密標準，AES算法可以有效抵制針對DES的攻擊算法。

密鑰建立時間短、靈敏性好、內存需求低、安全性高

DES/3DES/AES 三種加密算法的對比如下：

• 4、異或加密

異或運算中，如果某個字符（或數值）x 與 一個數值m 進行異或運算得到y，則再用y 與 m 進行異或運算就可以還原為 x ，因此應用這個原理可以實現數據的加密解密功能。

這種加密算法較簡單，只是簡單的將明文轉換為不易看出的密文，破解的復雜度完全取決於秘鑰的長度。

三、非對稱加密算法

公開密鑰加密，又稱 asymmetric cryptography （非對稱加密），即存在兩把不同的密鑰，分別稱為公鑰 Pu 和私鑰 Pr,公鑰通常用來加密明文 M,只有私鑰才能解密密文 C,如果用 E 和 D 分別表示加密和解密算法，那麽有：

C = E(M，Pu)； // 加密公式,M為明文，C為密文，

M = D(C，Pr)； // 解密公式

傳統的對稱加密需雙方共享相同的密鑰，通信安全很大程度依賴雙方是否能妥善的管理密鑰。公開密鑰加密發明是密碼學最為重要的裏程碑之一，它從數學的角度保證了通信安全。公開密鑰加密體系有三大範疇：

• Encryption/Decryption:即加密與解密，發送方用接收方的公鑰加密消息(秘鑰由接收方生成，傳送給發送方)

• Digital Signature:數字簽名，發送方用公鑰加密消息摘要生成簽名，保證消息的完整性和可靠性

• Key Exchange:安全的交換密鑰，通常用於交換對稱加密的密鑰（迪菲-赫爾曼密鑰交換算法）

1、RSA加密

這種算法以歐拉函數為基礎，這裏不具體展開：

這種算法非常可靠，密鑰越長，它就越難破解。根據已經披露的文獻，目前被破解的最長RSA密鑰是768個二進制位。也就是說，長度超過768位的密鑰，還無法破解（至少沒人公開宣布,因為大數的因式分解計算量特別大）。因此可以認為，1024位的RSA密鑰基本安全，2048位的密鑰極其安全。

具體原理可以見：公鑰私鑰的生成及加解密過程

http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/06/rsa_algorithm_part_one.htm

https://www.kancloud.cn/kancloud/rsa_algorithm/48488

2、SSL/TLS協議

具體來說，SSL/TLS 並不是一種算法，而是為了保證通信安全的一種協議，當然裏面用到了相關加密算法如非對稱加密算法、數字證書、HD秘鑰交換算法等。Https多使用這種協議進行網絡數據的傳輸。

通過上述這張圖大致了解這種協議的通信過程。上述過程的目的只是為了獲取比較安全的Session Key，當然這個Key需要Client Random + Server Random + Permaster secret 三者共同生成，安全性較高。Session key 用於後面通信對數據進行對稱加密。 雙方獲得Session Key 後通過http協議進行數據傳輸，Session Key 用來對http傳輸的內容進行加密。

關於SSL/TLS的詳細講解請參考 阮一峰的博客鏈接。

http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/02/ssl_tls.html

http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/09/illustration-ssl.html

TOTP

TOTP 的全稱是"基於時間的一次性密碼"（Time-based One-time Password）。它是公認的可靠解決方案，已經寫入國際標準 RFC6238。

它的步驟如下。

第一步：用戶開啟雙因素認證後，服務器生成一個密鑰。

第二步：服務器提示用戶掃描二維碼（或者使用其他方式），把密鑰保存到用戶的手機。也就是說，服務器和用戶的手機，現在都有了同一把密鑰。

第四步，服務器也使用密鑰和當前時間戳，生成一個哈希，跟用戶提交的哈希比對。只要兩者不一致，就拒絕登錄。

註意，密鑰必須跟手機綁定。一旦用戶更換手機，就必須生成全新的密鑰。

算法原理：

TC = floor((unixtime(now) ? unixtime(T0)) / TS)

上面的公式中，TC 表示一個時間計數器，unixtime(now)是當前 Unix 時間戳，unixtime(T0)是約定的起始時間點的時間戳，默認是0，也就是1970年1月1日。TS 則是哈希有效期的時間長度，默認是30秒。因此，上面的公式就變成下面的形式。

TC = floor(unixtime(now) / 30)

所以，只要在 30 秒以內，TC 的值都是一樣的。前提是服務器和手機的時間必須同步。

接下來，就可以算出哈希了。

TOTP = HASH(SecretKey, TC)

TOTP 有硬件生成器和軟件生成器之分，都是采用上面的算法。

數字簽名過程（防止公鑰被偽造 ）：

http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html

1、通過公鑰私鑰進行加密通信，發送方發送的內容只有通過私鑰才能打開，所以保證了發送信息的私密性。

2、第三方可以把偽造的公鑰給發送方，再截獲發送的信息，通過自己的私鑰解密信息。 這裏Https協議中引入的CA（certificate authority）可以很好的解決這個問題。證書中心用自己的私鑰為傳輸的公鑰和一些信息進行加密，發送者可以通過證書中的公鑰解密證書中的信息，這些信息中包含了需要傳送的公鑰。（暫且認為證書中的信息都是對的，一般證書中心都是可靠性比較高的機構頒發的）

通過Chrome打開百度網頁的時候，F12建， Security菜單欄可以看到百度的證書。證書裏面包含：頒發者、頒給者、公鑰、有效期等信息。

簽名的實際應用

現在有三個參數（A、B、C 封裝在一個類Data中）需要傳輸到服務端，那麽如何保證 這三個數據不是別人偽造發送的，可以在傳這三個數據數據之外再添加一個數據 sign（String類型）。

　　客戶端sign的生成算法：

　　第一步：對三個參數名稱（與服務端提前約定好傳輸變量的名稱）進行字典排序，拼接成字符串StringA（key1=value1&key2=value2&key3=value3），同時字符串的拼接遵循指定的規則。

　　第二步：在stringA最後拼接秘鑰key（只有服務端和客戶端知道，第三方不能獲得，這也是簽名的關鍵）得到finalStringA

　　第三部： 對finalStringA 做MD5計算，並將字符數組轉換成16進制的字符串。

　　　　自此sign生成過程結束。

生成根據Data 中A、B、C三個參數的值以及Key 生成了sign之後，將sign值賦給Data中的sign。將Data轉換成JSONObject格式再轉換成字符數組

通過 HttpURLConnection傳送到服務端。服務端通過拿到A、B、C的數值後會自己通過同樣的算法生成sign，如果和客戶端傳送的Sign不一樣則這次傳送可能是第三方偽造的。

　　這種簽名就保證了第三方不能偽造數據和服務端進行通信。（具體的流程如下圖所示）

但是這裏有個問題，其它人員獲取到了通信秘鑰secret，則可以偽造數據，畢竟客戶端的代碼很有可能被破解的（就算放在native層都可以被破解），但是對於安全等級較低通信這種加密措施也足夠了。

對稱（DES/AES）與非對稱（RSA/SSL/數字證書）加密介紹及實際應用