帶你真正的瞭解加密和Hash

一.對稱加密

1.原理

通訊雙方使用同一個密鑰，使用加密算法配合上密鑰來加密，解密時使用加密過程的徹底逆過程配合密鑰來進行解密。

2.例子

原始字符：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
密碼字符：BCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA
原始書信：I love you
加密書信：J mpwf zpv
解讀後：I love you
這裏的算法就是每一個字符采用後一位的字符替換，密鑰就是原始的英文字母表。

3.算法

• DES（56 位密鑰，密鑰過短被逐漸被棄用）
• AES（128 位、192 位、256 位密鑰，如今最流行） 密鑰長增長破解的難度和成本

4.缺點

由於加密和解密都用的相同的密鑰，若是密鑰再傳輸過程當中被截獲，那麼信息很容易就會被破解甚至僞造身份（如網絡通訊過程當中，A和B是兩個不認識的用戶要通訊，那麼A要把密鑰先傳給B再開始通訊，這樣B在接收密鑰的過程當中可能被第三方劫持從而形成密鑰的泄露，第三方取到密鑰後即可以破解加密信息）。

5.破解思路

拿到一組或多組原文-密文對 設法找到一個密鑰，這個密鑰能夠將這些原文-密文對中的原文加密爲密文，以及將密文解密爲原文的組合，即爲成功破解。
反破解 讓破解者找不到窮舉法（暴力破解法，能夠理解爲一個一個嘗試）更有效的破解手段，並 且窮舉法的破解時間足夠長（例如數千年，那麼認爲不可破解）。

二.非對稱加密

1.原理

使用公鑰對數據進行加密獲得密文；使用私鑰對數據進行解密獲得原數據，加密解密用的算法相同，公鑰私鑰互相是可解的（因此能夠用於數字簽名技術,但雙方不能替換，由於公鑰是要暴露出去的，是能夠被劫獲的）。

2.例子

原數據：110 ---->加密算法都是普通的加法 公鑰是加4，私鑰是加6
加密數據:554
解密數據:111110 ---->去掉每一個的第一位，得出原數據110（注意：溢出是知足非對稱加密一個很重要的條件）。

3.簽名驗證

因爲私鑰和公鑰互相可解，所以非對稱加密還能夠應用於數字簽名技術（主要是爲了驗證數據的來源，也就是要肯定是我給你發的數據而不是別人給你發的數據,防止數據被篡改被僞造）。
發送方用自身私鑰加密，接收方獲取簽名數據後用發送方的公鑰解密（驗證）獲取原數據，而後用獲取的原數據和發送來的原數據比對是否一致，一致則證實數據是從目標發送過來的。

一般會將原數據作hash處理後再加密，下降原數據簽名後的數據大小（例如你要傳10G大小的文件，那麼原數據10G，做爲比對的簽名數據難道也要放10G嗎？不能這麼作，很是消耗流量和速度。因此直接對文件的hash值進行簽名，最後比對hash值便可）。

爲何簽名驗證能夠證實數據的來源是安全的(也就是是我發的而不是別人僞發或僞造的)
模擬場景：
僞造方換原數據-->簽名數據驗證之後的Hash和僞造數據的Hash不相同，驗證失敗。
僞造方換原數據和簽名數據-->公鑰驗證後的數據和被換數據的Hash不符，驗證失敗。（由於簽名數據是用的換數據方自身私鑰簽名的，只有與其對應的公鑰能夠還原回原Hash值，但此時用的仍是原數據方的公鑰去作的驗證，因此公鑰解密後獲得的並非僞造數據的Hash值）。
綜上：信息是沒有被僞造可能的。

4.加密解密、簽名驗證的配合使用（開發中常見的使用方式）

4.1 例子

使用非對稱加密通訊，能夠在不可信網絡上將雙方的公鑰傳給對方，而後在發消息前分別對消息使用 對方的公鑰來加密和使用自身的私鑰來簽名，作到不可信網絡上的可靠密鑰傳播及加密通訊。
A和B通訊,首先B要把本身的公鑰發給A，A用B本身的公鑰加密數據傳給B，B再用本身的私鑰解密。可是公鑰由於是暴露的，可能被C得到，那麼C獲取B的公鑰後徹底能夠本身發僞造消息給B，因此A和B通訊的時候B須要知道信息是A發送的，因此通訊中A會把自身的公鑰發給B，再發送數據的時候對數據用自身的私鑰加密，由於公鑰私鑰互相可解，發送到B後B用A的公鑰去解密，比對用B公鑰加密B私鑰解密和A私鑰加密（簽名）A公鑰解密（驗證）的數據結果是否一致，若是一致則證實是A發送的數據而不是別人篡改過的數據。

5.優勢

能夠在不安全網絡上傳輸密鑰，公鑰別人拿到也沒用，由於他沒有私鑰沒法解數據，而私鑰又不會傳給別人只是自身持有，沒有泄露的風險 。

6.缺點

計算複雜，所以性能相比對稱加密差不少。

7.算法

• RSA（可用於加密和簽名）、
• DSA（僅用於簽名，但速度更快）

8.破解思路

和對稱加密不一樣之處在於，非對稱加密的公鑰很容易得到，所以製造原文-密文對是沒有困難的事 因此，非對稱加密破解的關鍵只在於，如何找到找到正確的私鑰，能夠解密全部通過公鑰加密過的密文。找到這樣的私鑰即爲成功破解 因爲非對稱加密的自身特性，怎樣經過公鑰來推斷出私鑰一般是一種思路（例如 RSA），但每每 最佳手段依然是窮舉法，只是和對稱加密破解的區別在於，對稱加密破解是不斷嘗試本身的新密鑰是否能夠將拿到的原文-密文對進行加密和解密，而非對稱加密是不斷嘗試本身 的新私鑰 是否和公鑰互相可解。

三.延伸知識： Hash

1.是什麼?

把任意數據轉換成指定大小範圍（一般很小，例如 256 字節之內）的數據。

2.算法

• MD5
• SHA256

3.做用

從數據中提出摘要信息，所以最主要用途是數字指紋。 （也就是根據數據的全部特徵算出一個值）。

4.例子

public class A{

private String name;
private int age;

private void hashCode(){ //只是舉一個例子，實際中的hashCode計算要比這個複雜不少，由於要儘可能減小Hash碰撞的機率.
    return name.length()+age;
}
}

5.用途

惟一性驗證

例如 Java 中的 hashCode() 方法。
怎麼重寫 hashCode 方法？

把 equals() 方法中的每一個用於判斷相等的變量都放進 hashCode() 中，一塊兒生成一個儘可能不會碰撞的整數便可 。

爲何每次重寫 equals() 方法都須要？

由於你要把新的判斷條件放進 hashCode() 。

特別注意:hashCode相同不表明對象相同,由於它只是數據的特徵值,equals方法相同對象纔是同樣的,但hashCode能夠用於**快速檢查對象**是否相同，畢竟hashCode只是一個值的比較，而equals是多個值的比較。

6.實際用途

6.1 數據完整性驗證

從網絡上下載文件後，經過比對文件的 Hash 值（例如 MD五、SHA1），能夠確認下載的文件是否有損壞。若是下載的文件 Hash 值和文件提供方給出的 Hash 值一致，則證實下載的文件是無缺無損的。

6.2 快速查找

HashMap（經過hashCode/Map的長度-1算出一個餘數，根據餘數確認在數組中的index位置，參考HashMap源碼）。

6.3 隱私保護

當重要數據必須暴露的時候，有時能夠選擇暴露它的 Hash 值（例如 MD5），以保障原數據的安全。 例如網站登陸時，能夠只保存用戶密碼的 Hash 值，在每次登陸驗證時只須要將輸入的密碼的 Hash 值和數據庫中保存的 Hash 值做比對就好，網站無需知道用戶的密碼。這樣，當網站數據失竊時，用戶不會由於自身的密碼被盜致使其餘網站的安全也受到威脅（有可能設置的密碼都是相同的）。

7.Hash 是加密嗎？

不是（劃重點！！！）。Hash 是單向過程，沒法進行逆向恢復操做（10G的文件進行hash後可能hashcode只有幾KB大小，那麼這幾KB怎麼可能恢復成10G的原文件呢），所以 Hash 不屬於加密。（MD5不是加密！！）