加密算法之对称加密

mylxsw 发布于2019-06-21 16:32 / 3265人阅读

摘要：常见的对称加密算法有等，它们的复杂程度也各不相等。还有一点就是，请慎重使用那些不公开的加密算法，毕竟这些公开算法相对经得起考验。

在互联网如此发达的年代，信息的安全也变得越来越重要，我们也使用了各式各样的加密手段来保护数据的安全，但是各种加密算法你真的了解它么？他们的原理又是什么呢？
常见的加密分为对称加密、非对称加密还有散列算法(严格来说，散列不算加密)，这篇文章我们来了解一下对称加密

传递甜甜蜜蜜小纸条

穿越到初中的你，凭借着程序员"高贵"的气息成功的和一个小女生"勾搭"上了。
然而在那个不是谁都有手机的年代，上课的时候想和她传递信息，貌似只能写在纸上，然后借助同学之手，慢慢传递。最关键的是，万一某个同学好奇心太重偷偷看到你们的"甜甜蜜蜜"，你也许会不太爽吧？
作为一个从未来穿越回来的程序员，你立马在周末的时候买了两本班上谁都没有的大字典(康熙字典)，从此你俩的小纸条上出现的是如下的内容：

123:5 564:3 11:8

665:2 123:3 456:6 789:2...

123(代表页码):5(代表行)

从此之后，妹子再也不理你了(查字典太TM麻烦！)。。。
当然藏头诗也可以看做一种加密手段，前提是：你会写诗。。。

对称加密

对称加密简单来说就是使用同一密钥加密和解密内容，双方使用的密钥必须是相同的(其他任何人都不知道)，这样才能保证内容的安全(正如上面的传递小纸条)。
常见的对称加密算法有DES、3DES、AES、Blowfish等，它们的复杂程度也各不相等。
那么在计算机中如何做到类似上面小纸条的加密手段呢？

ASCII编码

ASCII大家应该都熟悉，通过7位或者8位来表示一个字符，比如65表示字符A，66表示字符B，对应的二进制形式为：

字符	二进制形式
A	01000001
B	01000010

异或运算的特性

0 ^ 0 = 0;
0 ^ 1 = 1;
1 ^ 0 = 1;
1 ^ 1 = 0;

相同异或等于0，不同为1，然后我们把^和=对换一下：

0 = 0 ^ 0;
0 = 1 ^ 1;
1 = 0 ^ 1;
1 = 1 ^ 0;

依然成立，为了更形象的说明，我们把上面的等式假设为：A ^ B = C
我们只要把结果C与B进行异或运算就会得到结果A，对称加密的精髓就在这里！

PHP实现一个最简单的对称加密算法

//这是我们的加密key
$key = "[Lvn[o]6e{y=q#82]G.]rDzv.j";
$keyLen = strlen($key);

//准备加密的内容
$string = "大家好，欢迎关注假装是个程序员！";

//被加密的内容长度
$stringLen = strlen($string);

//如果加密key没有内容长，那么我们不断重复key，直到大于等于被加密内容(当然在实际使用中，这不是个好方法)
if($keyLen < $stringLen) {
    $key = str_pad($key, $stringLen, $key);
}

$content = "";
//每个字节与对应的key做异或运算
for($i = 0; $i < $stringLen; $i++) {
    $content .= chr(ord($string[$i]) ^ ord($key[$i]));
}

//这个就是我们加密后的密文
var_dump($content);
//输出:string(48) "��ы�ٸ�ؔű��������������ܤ������ў��Ƃ��ֶ���"

//为了提高可读性，一般会将加密后的字符通过base64编码
var_dump(base64_encode($content));
//输出:string(64) "vujRi/XZuJPYlMWxl4+a2uLJy9jBosney+vcpNXrvffy0t3RnpX6xoK9uNa2ss7F"

//解密
$string = "";
for($i = 0; $i < $stringLen; $i++) {
    $string .= chr(ord($content[$i]) ^ ord($key[$i]));
}

var_dump($string);
//输出:string(48) "大家好，欢迎关注假装是个程序员！"

上面的加密和解密其实是完全一样的算法，我这里只是为了演示，重复了一遍。
就这样我们轻轻松松就把我们的数据加密了，那么文件可以通过这种方式加密吗？当然可以，毕竟计算机里面储存的都是比特位，我下面给做一个简单的例子看一下。

加密一张图片

这个是加密前的图片

这张图用来做加密key

加密算法几乎和上面一致：

$file = "/Users/zhjx922/Downloads/jiami.jpg";
$string = file_get_contents($file);
//被加密内容长度
$stringLen = strlen($string);

$file = "/Users/zhjx922/Downloads/jiami2.jpg";
$key = file_get_contents($file);
//key长度
$keyLen = strlen($key);


//如果加密key没有内容长，那么我们不断重复key，直到大于等于被加密内容(当然在实际使用中，这不是个好方法)
if($keyLen < $stringLen) {
    $key = str_pad($key, $stringLen, $key);
}

$content = "";
for($i = 0; $i < $stringLen; $i++) {
    $content .= chr(ord($string[$i]) ^ ord($key[$i]));
}

file_put_contents("jiami_content.jpg", $content);

$string = file_get_contents("jiami_content.jpg");

$content = "";
for($i = 0; $i < $stringLen; $i++) {
    $content .= chr(ord($string[$i]) ^ ord($key[$i]));
}

file_put_contents("jiami_yuantu.jpg", $content);

其中jiami_content.jpg为加密后的图片，但是根本打不开，这也说明这不是一个好的加密方法(因为不太了解jpg格式是如何储存的，如果你了解jpg的结构，调整算法，应该可以输出一张和原图完全不一样的图片)
而jiami_yuantu.jpg为解密后的图片，可以打开，完全和原图一样。

关于DES,3DES、AES等算法

这几天看了一下DES和3DES的算法原理(原理看似挺简单)，但是对应的算法实现没有看太明白，之后如有突破，会多带带写篇文章分享。
还有一点就是，请慎重使用那些不公开的加密算法，毕竟这些公开算法相对经得起考验。前两天我在公司的代码库中看到一段加密函数，看似写的很高深，仔细读了一下，发现加密后的内容几乎不攻自破。。。

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