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資料安全及加密演算法對比

阿新 • • 發佈：2018-11-01

平時開發中不僅會遇到各種需要保護使用者隱私的情況，而且還有可能需要對公司核心資料進行保護，這時候加密隱私資料就成為了必要。然而市場上存在著各種各樣的抓包工具及解密演算法，甚至一些公司有專門的逆向部門，這就加大了資料安全的風險，本文將通過以下幾個方面對各種加密演算法進行分析對比：


  • Base64編碼（基礎）

  • 單項雜湊函式 MD5、SHA1、SHA256、SHA512等

  • 訊息認證碼 HMAC-MD5、HMAC-SHA1

  • 對稱加密 DES|3DES|AES（高階加密標準）

  • 非對稱加密 RSA

  • 數字簽名

  • 證書


通常我們對訊息進行加解密有兩種處理方式：


  1. 只需要儲存一個值，保證該值得機密性，不需要知道原文（使用者登入）

  2. 除了保證機密性外還需要對加密後的值進行解密得到原文


Base64編碼


由於我們可能對各種各樣的資料進行加密，比如：視訊、音訊、文字檔案等，所以加密之前我們需要統一檔案型別，然後再進行加密處理。


  • Base64編碼

// 要編碼的字串
NSString *str = @"haha";

// 轉換成二進位制檔案
NSData *data = [str dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];

// 進行base64編碼
NSString *dataStr = [data base64EncodedStringWithOptions:kNilOptions];

NSLog
 
(@"%@", dataStr);


  • Base64解碼

// 先對資料進行解碼
NSData *encData = [[NSData alloc]initWithBase64EncodedString:dataStr options:kNilOptions];
   
// 將二進位制資料轉換成字串
NSString *encStr = [[NSString alloc]initWithData:encData encoding:NSUTF8StringEncoding];
    
NSLog(@"%@", encStr);


接下來分析一下Base64的編碼過程，參考維基百科：



如果要編碼的位元組數不能被3整除，最後會多出1個或2個位元組，那麼可以使用下面的方法進行處理：先使用0位元組值在末尾補足，使其能夠被3整除，然後再進行Base64的編碼。在編碼後的Base64文字後加上一個或兩個=號，代表補足的位元組數。


也就是說，當最後剩餘兩個八位位元組（2個byte）時，最後一個6位的Base64位元組塊有四位是0值，最後附加上兩個等號；如果最後剩餘一個八位位元組（1個byte）時，最後一個6位的base位元組塊有兩位是0值，最後附加一個等號。 參考下表：



  • Base64編碼原理


  1. 將所有字串轉換成ASCII碼

  2. 將ASCII碼轉換成8位二進位制

  3. 將二進位制三位歸成一組（不足三位在後邊補0），再按每組6位，拆成若干組

  4. 統一在6位二進位制後不足8位的補0

  5. 將補0後的二進位制轉換成十進位制

  6. 從Base64編碼表取出十進位制對應的Base64編碼


若原資料長度不是3的倍數時且剩下1個輸入資料，則在編碼結果後加2個=；若剩下2個輸入資料，則在編碼結果後加1個=


如上面的例子：


原資料為A，資料長度為1，1 % 3 = 1 後面加兩個==


原資料為bc，資料長度為2，2 % 3 = 2 後面加一個=


  • Base64編碼的特點


  1. 可以將任意的二進位制資料進行Base64編碼。

  2. 所有的資料都能被編碼為並只用65個字元就能表示的文字檔案。

  3. 編碼後的65個字元包括AZ,az,0~9,+,/,=

  4. 對檔案或字串進行Base64編碼後將比原始大小增加33%。

  5. 能夠逆運算

  6. 不夠安全，但卻被很多加密演算法作為編碼方式


單項雜湊函式


單向雜湊函式也稱為訊息摘要函式、雜湊函式或者雜湊函式。

單向雜湊函式輸出的雜湊值又稱為訊息摘要或者指紋


特點：


  1. 對任意長度的訊息雜湊得到雜湊值是定長的

  2. 雜湊計算速度快，非常高效

  3. 訊息不同，則雜湊值一定不同

  4. 訊息相同，則雜湊值一定相同

  5. 具備單向性，無法逆推計算


經典演算法：


MD4、MD5、SHA1、SHA256、SHA512等

安全性：


  • md5解密網站：http://www.cmd5.com

  • MD5的強抗碰撞性已經被證實攻破，即對於重要資料不應該再繼續使用MD5加密。


疑問一：單項雜湊函式為什麼不可逆？？


原來好多同學知識知道md5加密是不可逆的，卻不知道是為什麼，其實雜湊函式可以將任意長度的輸入經過變化得到不同的輸出，如果存在兩個不同的輸入得到了相同的雜湊值，我們稱之為這是一個碰撞，因為使用的hash演算法，在計算過程中原文的部分資訊是丟失了的，一個MD5理論上可以對應多個原文，因為MD5是有限多個，而原文是無限多個的。


網上看到一個形象的例子：2 + 5 = 7，但是根據 7 的結果，卻並不能推算出是由 2 + 5計算得來的


疑問二：為什麼有些網站可以解密MD5後的資料？？


MD5解密網站，並不是對加密後的資料進行解密，而是資料庫中存在大量的加密後的資料，對使用者輸入的資料進行匹配（也叫暴力碰撞），匹配到與之對應的資料就會輸出，並沒有對應的解密演算法。


MD5改進


由以上資訊可以知道，MD5加密後的資料也並不是特別安全的，其實並沒有絕對的安全策略，我們可以對MD5進行改進，加大破解的難度，典型的加大解密難度的方式有一下幾種：


  1. 加鹽（Salt）：在明文的固定位置插入隨機串，然後再進行MD5

  2. 先加密，後亂序：先對明文進行MD5，然後對加密得到的MD5串的字元進行亂序

  3. 先亂序，後加密：先對明文字串進行亂序處理，然後對得到的串進行加密

  4. 先亂序，再加鹽，再MD5等

  5. HMac訊息認證碼


也可以進行多次的md5運算，總之就是要加大破解的難度。


Hmac訊息認證碼（對MD5的改進）


原理：


  1. 訊息的傳送者和接收者有一個共享金鑰

  2. 傳送者使用共享金鑰對訊息加密計算得到MAC值（訊息認證碼）

  3. 訊息接收者使用共享金鑰對訊息加密計算得到MAC值

  4. 比較兩個MAC值是否一致


使用：


  1. 客戶端需要在傳送的時候把（訊息）+（訊息·HMAC）一起傳送給伺服器

  2. 伺服器接收到資料後，對拿到的訊息用共享的KEY進行HMAC，比較是否一致，如果一致則信任




對稱加密演算法


對稱加密的特點：


  • 加密/解密使用相同的金鑰

  • 是可逆的


經典演算法：


  • DES 資料加密標準

  • 3DES 使用3個金鑰，對訊息進行（金鑰1·加密）+（金鑰2·解密）+（金鑰3·加密）

  • AES 高階加密標準


密碼演算法可以分為分組密碼和流密碼兩種：


  • 分組密碼：每次只能處理特定長度的一zu資料的一類密碼演算法。一個分組的位元數量就稱之為分組長度。

  • 流密碼：對資料流進行連續處理的一類演算法。流密碼中一般以1位元、8位元或者是32位元等作為單位倆進行加密和解密。


分組模式：主要有兩種


  • ECB模式(又稱電子密碼本模式)


  • 使用ECB模式加密的時候，相同的明文分組會被轉換為相同的密文分組。

  • 類似於一個巨大的明文分組 -> 密文分組的對照表。



某一塊分組被修改，不影響後面的加密結果


  • CBC模式(又稱電子密碼鏈條)


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