什么是对称、非对称加密？Hash是加密么？

爱被打了一巴掌 2023-10-09 22:21 51阅读 0赞

### 加密 ###

说到加密，大家一定不会陌生，不管生活中或是各种影视剧，尤其是谍战剧，大家都会接触到「加密」。

比如打麻将跟损友约好，摸耳朵就是要“筒子”，摸鼻子就是要“条子”。

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比如电影《风声》的剧情，周迅将密文缝在衣服上赴死。

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这个用线缝的就是影视剧中常听到的「摩斯电码」，严格来说「摩斯电码」不是密码，因为每个人都有它的「密码本」，不过这种形式（用密文替代原文）是比较常见的加密形式。前面提到的这些加密一般都是对文本信息加密，在计算机里加密可不仅仅涉及到文本，还涉及到图片、视频等。所以我们下面聊聊现代加密两种加密类型：`对称加密`和`非对称加密`

#### 对称加密 ####

对称加密跟前文提到的「摩斯电码」比较像，使用加密算法和密钥对数据进行转换，得到密文数据，再根据密钥和解密算法对密文进行还原，得到原始数据。

比如我设计一个简单的加密算法，只针对数字，每位数减对应的密钥，那么对应的解密则每位加密钥。

*  原始数据：4398
 *  密钥：5
 *  加密结果：-1-243

***这肯定不是严格意义上的加密算法，这边只是演示下加密过程。***

加解密过程如下图：

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经典对称加密算法主要有 **DES、3DES、AES** 等。

#### 非对称加密 ####

对称加密是只有一个密钥，而非对称加密一般有两个密钥，加解密过程是用某一个加密，另一个「解密」。两个密钥会有一个公开，任何人都能知道，称之为`公钥`，而另一个不能公开，称之为`私钥`。通常会用`公钥`加密，`私钥`「解密」，这里的「解密」之所以加引号，是因为其实非对称加密没有解密，它用私钥还原数据的过程也是加密，只不过针对密文的加密算法会得到原始数据。

比如我再设计一个非对称加密算法，只针对数字，算法为对每位数做加法。两个密钥分别为`2`、`8`

*  原始数据：230
 *  公钥：2
 *  加密结果：452
 *  解密：使用私钥`8`再做一次加法，保留最低位，如：4+8 = 12，保留最低位 2，最后会的到原始数据 230

***这也是一个不严谨的算法，真实的非对称加密需要很复杂的数学算法，此处也仅仅是辅助讲解的示例***

非对称加密工作过程如下图：

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经典非对称加密算法主要有 **RSA、DSA** 等

数字签名

非对称加密的公钥是公开的，任何人都能看到，私钥是非公开的，加解密过程是公钥加密，私钥解密。那么反过来私钥加密能用公钥解密么，答案是可以。非对称加密的公私钥一般都是可以相互加解密。虽然可以相互加解密，但是它们公私钥的身份是不能互换的，因为一般非对称加密的私钥是可以推断出公钥（涉及到算法原理，本文不做讲解）。就是说私钥就是私钥，不能被公开，当做公钥。

如果「Tony」给我发了一条消息`message`，中间经过很多快递小哥转手，我其实是无法判断`message`有没有被篡改的。所以「Tony」想了个法子，申请了非对称加密的公钥`public`私钥`private`，并告知我他的公钥是什么。于是他重新发消息给我，内容是`[private-message] + message + public`,我在收到消息后用`public`对`[private-message]`进行还原，得到结果`[message-restore]`与`message`匹配，如果完全相同，则一定能确定消息是来自「Tony」，对吧。因为私钥加密只能用公钥解密，而我知道公钥属于「Tony」，那只要能还原结果，那消息就没有被篡改。这就是非对称加密的另一个应用场景**数字签名**。「Tony」用私钥对消息加密，相当于是给消息做了**签名**。

我们生活中会有各种需要签名的场景，比如写「欠条」、「\*\* 声明」都需要落款，手写名字、盖章或按手印。目的是让对方知道这谁写的，而不是伪造的，这是签名的作用。而数字签名也是起到同样的作用。

数字签名是非对称加密应用非常广泛的功能，其签名过程如下图：

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*  用私钥对原始数据加密，生成签名数据
 *  用公钥对签名数据解密，生成结果与原始数据匹配，
 *  匹配一致则能保证原始数据未被篡改

不过数字签名一般不会对原始数据签名，因为原始数据体积有可能会比较大，不方便传输，所以一般会针对原始数据的摘要做签名。那什么是摘要，如何得到摘要数据，我们就需要了解下`摘要算法`或`Hash算法`

摘要/Hash算法

**摘要算法**又称**哈希算法**、**散列算法**。它通过一个算法，把任意长度的数据转换为一个长度固定的数据串。这是 Hash 算法的定义，很多人只看这一句可能看不太懂，“转成一个长度固定的字符串”，这样做的目的是啥，有什么用？没关系，我们先从懂的开始看，来看看“摘要”。

大家对摘要应该不会陌生，我们在写毕业论文时都会有一页摘要，其内容就是描述研究工作的主要对象和范围，采用的手段和方法，得出的结果和重要的结论，有时也包括具有情报价值的其它重要的信息。一句话总结就是，描述了论文的主要内容，读者阅读摘要就可以知道文章的基本信息，因为摘要内包含了文章的主要特征。

所以摘要算法跟论文摘要一样，它提取了目标数据的特征，用一个固定长度的字符串表示，其有以下特点：

*  可以表示任意长度数据特征。比如 1MB、1GB 的数据，他们的摘要值都是 128 位。
 *  一般地，只要输入的消息不同，对数据进行摘要以后产生的摘要消息也必不相同；但相同的输入必会产生相同的输出。
 *  只能进行正向的信息摘要，而无法从摘要中恢复出任何原始消息。

经典的摘要算法主要有：**MD5**、**SHA1**、**SHA256**

诶，MD5？我们貌似经常能听到 MD5 加密？先说结论：MD5 不是加密。鲁迅先生也曾经说过“我哪怕死了，被钉在棺材里，也要用腐朽的声音喊出「MD5不是加密不是加密不是加密」”。

为什么要强调 MD5 不是加密？因为加密跟摘要算法是没有任何关系，如果不将两者区分开，势必会混淆摘要算法与加密的理解。什么是加密？加密是使用加密算法对数据进行转换得到密文数据，并且可以通过解密算法对密文进行还原。而摘要算法的特点是只能进行正向的信息摘要，而无法从摘要中恢复出任何原始消息。从它们的工作机制我们也能看出两者并无联系。

在了解什么是摘要算法后，我们再聊聊，它有什么用？

摘要算法应用场景

隐私保护（保存用户口令）

由于摘要算法具有不可逆的特点，所以将用户口令以摘要形式存储是更合理的方式。这样可以防止任何人（包括公司的研发、运维人员）知晓用户的口令信息，也能保证即使服务器遭到攻击，数据泄露后，用户的口令会被泄露。而如果用户口令被明文存储，就会将用户置于较大风险之中。

这里有一个比较出名的反面教材，就是数年前的 CSDN ，当时其用户口令信息都是以明文形式存储，不巧的是他们的数据库泄露，导致大量的用户口令信息暴露。感兴趣的可以搜一下 CSDN 数据库泄露事件。

数字指纹

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有些网站提供了可下载文件的 MD5 或 SHA 的 hash 值，这个值就是这个文件的摘要或指纹信息。我们在文件下载完成后可以比对已下载文件的 hash 值，如果一样，说明下载的文件是完整的、没有被篡改的。反之，则文件有可能不完整，或不一样，总之肯定跟原网站的文件不完全相同。换句话说，这个 hash 是一个指纹信息，可以用这个信息代表生成这个指纹的数据。

#### 完整数字签名流程 ####

在了解摘要算法后，我们再继续看前文的数字签名流程。前面的签名流程，需要接收者拿到私钥加密后的数据「原数据-加」和原数据，而我们知道「原数据-加」与原数据的体积是差不多的，在数据体积较大的时候传输效率肯定会比较低。所以数字签名一般不会对原数据签名，而是对原数据的 hash 签名，完整流程如下：

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*  计算得到原始数据的「摘要信息」
 *  将「摘要信息」用私钥加密-即签名
 *  把原数据和「签名后的摘要」打包给目标用户
 *  用户先计算原数据的「摘要信息」，再用公钥解密「签名后的摘要」得到「待验证的摘要」，最后再与「摘要信息」比对

这样便是一个完整的数字签名与验签的过程

### 总结 ###

对称加密概念比较简单，大家生活中随处可见相关应用。

非对称加密相对比较复杂，大家比较熟悉的 RSA 是有三个数学家 (Ron Rivest、Adi Shamir、Leonard Adleman) 提出的。因为复杂，所以非对称加密的计算效率也远远低于对称加密。

摘要算法不是加密，它们两者没有关系！

作者：PuddingSama  
链接：https://juejin.cn/post/7230001506111815736

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