加密技术解析：对称加密、非对称加密与国密算法

2024-07-06 17:21| 来源: 网络整理| 查看: 265

文章目录一、对称加密1.1 综述1.2 AES 算法详解二、非对称加密2.1 综述2.2 RSA 算详解三、国密四、总结在当今数字化世界中，加密技术在保护数据安全和隐私方面发挥着重要作用。本文将详细探讨对称加密、非对称加密以及国密算法的原理和实现，帮助读者了解这些加密技术的优缺点和适用场景。

一、对称加密 1.1 综述

对称加密算法的核心原理是使用相同的密钥进行加密和解密。加密过程中，明文和密钥通过特定的加密算法进行运算，生成密文。解密过程中，密文和相同的密钥通过相应的解密算法进行运算，还原出明文。

这种方法的优点是加密和解密速度快，适合大数据量的加密。但缺点是密钥的管理和分发比较困难，如果密钥泄露，加密数据的安全性就无法保证。常见的对称加密算法有 DES、3DES、AES、RC4、RC5、Blowfish 等。

常见的对称加密算法包括：

DES（Data Encryption Standard）：DES 是一种分组加密算法，将明文分为 64 位的数据块，然后使用 56 位的密钥进行加密。加密过程中，明文数据块经过 16 轮的置换和替换操作，生成密文。DES 算法目前已被破解，安全性较低。

AES（Advanced Encryption Standard）：AES 是一种分组加密算法，支持 128、192 和 256 位的密钥长度。明文数据块的大小为 128 位。AES 加密过程包括多轮的字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加等操作。AES 算法的安全性较高，被广泛应用于数据加密。

1.2 AES 算法详解

AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）是一种对称加密算法，被广泛用于保护数据的机密性。AES 是由美国国家标准与技术研究院（NIST）于 2001 年发布的，用于替代原先的 DES 加密算法。

以下是一个简化的 C++ 实现，用于说明 AES 加密过程的关键步骤。这个简化实现仅用于说明 AES 加密的关键步骤，实际应用中需要使用安全的库（如 C++ 的 Crypto++ 库或其他语言的对应库）来实现 AES 加密和解密。

#include #include // 示例 S-Box（替换表） const std::vector S_BOX = { {0x63, 0x7C, 0x77, 0x7B, 0xF2, 0x6B, 0x6F, 0xC5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2B, 0xFE, 0xD7, 0xAB, 0x76}, {0xCA, 0x82, 0xC9, 0x7D, 0xFA, 0x59, 0x47, 0xF0, 0xAD, 0xD4, 0xA2, 0xAF, 0x9C, 0xA4, 0x72, 0xC0}, // ... 省略其他行 ... }; // 字节替换（SubBytes）步骤 void sub_bytes(std::vector& state) { for (auto& row : state) { for (auto& byte : row) { byte = S_BOX[byte / 16][byte % 16]; } } } // 行移位（ShiftRows）步骤 void shift_rows(std::vector& state) { for (int i = 0; i // 省略实现细节 } // 轮密钥加（AddRoundKey）步骤 void add_round_key(std::vector& state, const std::vector& round_key) { for (int i = 0; i state[i][j] ^= round_key[i][j]; } } } // AES 加密函数 std::vector aes_encrypt(const std::vector& plaintext, const std::vector& key) { std::vector state = plaintext; // 初始轮密钥加 add_round_key(state, key); // 9 轮加密操作 for (int round = 1; round // 示例明文和密钥 std::vector plaintext = { {0x32, 0x43, 0xf6, 0xa8}, {0x88, 0x5a, 0x30, 0x8d}, {0x31, 0x31, 0x98, 0xa2}, {00, 0x37, 0x07, 0x34} }; std::vector key = { {0x2b, 0x7e, 0x15, 0x16}, {0x28, 0xae, 0xd2, 0xa6}, {0xab, 0xf7, 0x15, 0x88}, {0x09, 0xcf, 0x4f, 0x3c} }; // 加密明文 std::vector ciphertext = aes_encrypt(plaintext, key); // 输出密文 std::cout std::cout return a; } return gcd(b, a % b); } // 扩展欧几里得算法计算乘法逆元 std::pair extended_euclidean(int a, int b) { if (b == 0) { return {1, 0}; } auto [x1, y1] = extended_euclidean(b, a % b); return {y1, x1 - (a / b) * y1}; } int main() { // 计算 n 和 phi int n = p * q; int phi = (p - 1) * (q - 1); // 选择公钥指数 e，使得 e 和 phi 互质 int e = 2; while (e break; } e++; } // 计算私钥指数 d，使得 (e * d) % phi = 1 int d = extended_euclidean(e, phi).first; if (d

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