密码学基础概念

把一段原始数据通过某种算法处理成另外一种数据（原始数据为明文，处理后的数据为密文）。明文->密文：称之为加密。密文->明文：称之为解密。

图1

在加密过程中我们需要知道下面的这些概念：

1）明文：就是被隐藏的文字，图1中的“你好”就是明文。

2）算法：指隐藏原文的法则。对于加密、解密来讲，算法是非常关键。公知度高的算法都是公开的，一旦有人想要破解算法，而且能够被破解了，则所有使用这个算法的产品都面临要报废、被盗版的危机。而且很多的时候做过开发的人就知道，替换一个算法的成本很大。因此一个加密出来的数据本身可靠与否，取决于密钥，而不是算法，因为密钥的调换成本比较低。

3）密文：指对原文按照加密法处理过后生成的可公开传递的文字。图1中的“bmloYW8=”就是密文。

4）密钥：在加密法中起决定性因素的一种参数，它是在明文->密文或密文->明文的算法中输入的数据。可能是数字、词汇，也可能是一些字母，或者这些东西的组合。

5）对称加密：发送方和接收方使用同一个密钥去加密解密数据。优势是加解密速度快适合于对大数据进行加密，但是密钥管理困难。例如：DES、AES、SM1、SM4、SM7算法等。

6）非对称加密：需要使用不同的密钥来分别完成加密和解密操作。其中一个密钥公开发布，即为公钥。另一个由用户自己秘密保存，即为私钥。发送方用对方的公钥加密数据，对方用自己的私钥解密数据。缺点在于加密解密的速度比对称密钥慢很多。例如：RSA、SM2。

7）摘要算法：哈希算法（Hash）又称摘要算法（Digest），它的作用是：对任意一组输入数据进行计算，得到一个固定长度的输出摘要。哈希函数的主要作用不是完成数据加密与解密工作，它是用来检验数据完整性的重要技术，运算结果具有不可逆性。

对称算法

对称算法，整个加密解密过程中只使用一个密钥。所谓对称其实就是使用一把密钥加密，使用同一把密钥解密。对称加密由于加解和解密使用的是同一个密钥算法，故而在加解密的过程中速度比较快，适合于数据量比较大的加解密。

对称加密的主要有优点就是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高；但是它也存在明显的缺点，缺点就是密钥协商过程中，一旦密钥泄露，别人可以获取到密钥，这样也能对密文进行解密。另外，每对用户每次使用对称加密算法时，都需要使用其他人不知道的独一密钥，这会使得收、发双方所拥有的钥匙数量巨大，密钥管理成为双方的负担。

常用的对称加密算法有： 

DES、3DES、AES、TDEA、Blowfish、RC2、RC4、SM1、SM4、SM7和RC5等。 

图2

非对称算法

非对称加密算法中加密和解密用的不是同一个密钥，所以叫作非对称加密算法。非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey:简称公钥）和私有密钥（privatekey:简称私钥）。公钥与私钥是一对。公钥是对外发布的，所有人都看的到所有人的公钥，私钥是自己保存，每个人都只知道自己的私钥而不知道别人的。接下来我们解释一下非对称加密算法中有加密和解密、加签和验签的概念。常用的非对称加密算法有： RSA、ECC、SM2等。 

加密和解密

图3

如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。

以图3为例，首先A发了一条信息给B“你好”。这条信息A会根据B对外发布的公钥把这条信息加密了，加密之后，变成“XXXXXXX”发给B。假如中间被第三者截获，由于没有B的私钥无法解密，不能知道信息的含义，也无法按正确的方式篡改。所以拿这条加密信息是没办法读取到明文信息。最后被B接受，B用自己的私钥去解密这条信息，解密成功，读取内容，执行操作。然后得知消息是A发来的，便去拿A的公钥，把“操作成功（或失败）”这条信息加密，发给A。同理最后A用自己的私钥解开，得知B发来的信息内容。其他人截获因为没有A的私钥所以也没有用。

签名和验签

签名验签的目的是向接收方证明发送方的身份和校验数据完整性，防止接收方得到的是第三方篡改的数据或不完整的数据。

 签名：发送方对发送的数据用hash计算一个摘要（校验码）和原文组成一个明文的签名，再用私钥对明文签名加密 （公钥和私钥可以互相作为同一段数据加解密的密钥）。

验签：接收方用公开的公钥解密并用相同hash算法计算摘要，对比计算摘要和接收摘要。

图4

举例：小明给小丽发送消息，小明先计算出消息的摘要，然后使用自己的私钥加密消息摘要，被加密的消息摘要就是签名。

小丽收到消息后，也会使用和小明相同的方法提取消息摘要，然后用小明的公钥解密签名，并与自己计算出来的消息摘要进行比较（这个过程，叫做"验签"）。如果相同则说明消息是小明发送给小丽的。同时，小明也无法否认自己发送消息给小丽的事实。