密码学的基本概念和相关的基础知识解析
近期跟新人面试沟通时，发现许多人对浏览器如何与服务器交互、如何进行数据传输等问题无法作出解答，在此特别梳理一下密码学的基本概念，希望能对大家了解密码学相关基础知识有所帮助。
一、基本概念
名词解释：
cryptology 密码学
plaintext 明文
cipher-text 密文
encrypt 加密
decrypt 解密
crytography 密码
confidentiality 机密性、加密等级
bit、byte：比特（bit）与字节（byte）的关系是8个bit = 1byte
编码：将数据（文本、音频、视频）映射为比特序列的过程。
密钥：固定长度的字符串。通过密钥及加解密算法，对给定的数据进行加密和解密。
对称加密：在加密和解密的过程中，使用相同的密钥，称为对称加密。
非对称加密：在加解密的过程中，使用不同的密钥（私钥、公钥），称为非对称加密。
加解密流程：明文+密钥à加密算法=》密文+密钥à解密算法=》明文
二、现代分组密码操作模式
分组模式对加解密至关重要。现代分组密码的操作模式分为5种：电子密码本模式（ecb），密码分组链接模式（cbc），密码反馈模式（cfb），输出反馈模式（ofb），以及计数器模式（ctr）
ecb（electronic codebook）
明文按照分组密码的分组大小（n 比特）被分为 n 个分组，对于每个分组使用相同的密钥加密。
ecb加密过程如下：
ecb解密过程如下：
cbc（cipher block chaining）加密过程：
cbc解密过程：
cfb
ofb
ctr
三、对称加密算法
1. des（dataencryptionstandard）
des对密钥长度的要求为56个bit，每一个byte需要一个比特的校验位。以des算法的cbc分组模式讲解阐述一下该算法，对于cbc分组方式，会面临分组长度不够的问题，具体处理方法如下：
（1）计算出要填充的字节数，例如填充为2
（2）需要填充的字节为2
（3）当密文解密时，将最后一个字节的值取出，转换成整形数值
（4）结果（3）得到的数值就是要删除的字节数
2. 3des算法
3des是des加密算法的一种模式，它使用3条64bit的密钥对数据进行三次加密，其加密流程如下：
3. aes
aes算法需要的密钥长度有128、192、256bit三种，分组长度理论上三种情况16字节、24字节、32字节。当密钥长度为256bit时，效率低，但机密性最高。在任何加解密算法中，分组长度和密钥长度一定是相等的。aes采用cbc的分组模式，密钥长度16个字节，初始化向量必须保证为16个字节。
四、非对称加密
用秘钥进行解密时，想要将密钥安全的发送给接收者、解决密钥配送问题，就需要采用非对称加密技术。
非对称加密技术的密钥分为两部分：公钥与私钥。公钥可以公开，私钥是隐私的，不能泄露。
非对称加密技术，加密与解密采用不同的密钥（公私钥）。公钥进行加密，需要用私钥进行解密；私钥加密，需要用公钥进行解密。
非对称加密的图示流程：
非对称加密算法（rsa）
rsa名字的由来是由此算法的三位开发者的名字ronrivest， adishamir和leonaraadleman的姓氏首字母组成。
非对称加密算法简单案例：
1.公钥加密公式：
明文 “2” 经过 rsa 加密后变成密文 “8”
2.私钥解密公式：
密文 “8” 经过 rsa 解密后变成了明文 2
对称加密和非对称加密的区别：
1. 密钥分发：对称加密分发困难，非对称加密分发简单
2. 效率的问题：对称加密效率比较高，非对称加密效率比较低。
3. 安全等级：对称加密的安全等级比非对称加密的安全等级低。
五、单向散列函数
单向散列函数有一个输入和一个输出，其中输入称为message， 输出称为散列值hashvalue，可以计算摘要，获取消息的指纹。单向散列函数的特性是计算速度非常快。
（1）sha-1单向散列函数，所计算出的散列值的长度是160bit（20字节）
（2）应用：检测软件是否被篡改、消息认证码、数字签名、伪随机性生成器、一次性口令等。
（3）常用的单向hash散列函数
md4、md5、sha-1、sha-2、sha-3，其中md4、md5的强抗碰撞性已经被攻破，sha-2的强抗碰撞性没有被攻破。
六、证书
https交互过程中，对非对称加密+对称加密的综合应用。下面图示为https请求过程：
具体流程如下：
（1）client向server发送请求https://baidu.com，然后连接到server的443端口。
（2） 服务端必须要有数字证书。
（3）服务端向客户端传送证书。证书中包含的信息：申请者公钥、申请者的组织信息和个人信息、签发机构 ca 的信息、有效时间、证书序列号，另外还包含一个签名。
（4）客户端解析证书
工作是由客户端的tls完成，首先验证证书是否有效，比如颁发机构，过期时间等。如果发现异常，则会弹出一个警告框，提示证书存在问题；如果证书没有问题，那么就生成一个随即值（密钥）。然后用公钥对该随机值进行加密。
（5）客户端传送加密信息
传送的是用证书中公钥加密后的密钥，目的就是让服务端得到这个密钥，此后，客户端和服务端的通信就可以通过这个随机值（密钥）来进行加密解密（对称加密算法）。
（6）服务端加密解密信息
服务端用私钥解密密钥，得到客户端传过来的随机值（密钥），然后把内容通过该值进行对称加密。
（7） 传输加密后的信息。信息是服务端用私钥加密后的信息。
（8）客户端解密信息。客户端用生成的随机值（密钥）解密服务端传过来的信息，获取解密后的内容。
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confidentiality 机密性、加密等级
bit、byte：比特（bit）与字节（byte）的关系是8个bit = 1byte
编码：将数据（文本、音频、视频）映射为比特序列的过程。
密钥：固定长度的字符串。通过密钥及加解密算法，对给定的数据进行加密和解密。
对称加密：在加密和解密的过程中，使用相同的密钥，称为对称加密。
非对称加密：在加解密的过程中，使用不同的密钥（私钥、公钥），称为非对称加密。
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二、现代分组密码操作模式
分组模式对加解密至关重要。现代分组密码的操作模式分为5种：电子密码本模式（ecb），密码分组链接模式（cbc），密码反馈模式（cfb），输出反馈模式（ofb），以及计数器模式（ctr）
ecb（electronic codebook）
明文按照分组密码的分组大小（n 比特）被分为 n 个分组，对于每个分组使用相同的密钥加密。
ecb加密过程如下：
ecb解密过程如下：
cbc（cipher block chaining）加密过程：
cbc解密过程：
cfb
ofb
ctr
三、对称加密算法
1. des（dataencryptionstandard）
des对密钥长度的要求为56个bit，每一个byte需要一个比特的校验位。以des算法的cbc分组模式讲解阐述一下该算法，对于cbc分组方式，会面临分组长度不够的问题，具体处理方法如下：
（1）计算出要填充的字节数，例如填充为2
（2）需要填充的字节为2
（3）当密文解密时，将最后一个字节的值取出，转换成整形数值
（4）结果（3）得到的数值就是要删除的字节数
2. 3des算法
3des是des加密算法的一种模式，它使用3条64bit的密钥对数据进行三次加密，其加密流程如下：
3. aes
aes算法需要的密钥长度有128、192、256bit三种，分组长度理论上三种情况16字节、24字节、32字节。当密钥长度为256bit时，效率低，但机密性最高。在任何加解密算法中，分组长度和密钥长度一定是相等的。aes采用cbc的分组模式，密钥长度16个字节，初始化向量必须保证为16个字节。
四、非对称加密
用秘钥进行解密时，想要将密钥安全的发送给接收者、解决密钥配送问题，就需要采用非对称加密技术。
非对称加密技术的密钥分为两部分：公钥与私钥。公钥可以公开，私钥是隐私的，不能泄露。
非对称加密技术，加密与解密采用不同的密钥（公私钥）。公钥进行加密，需要用私钥进行解密；私钥加密，需要用公钥进行解密。
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1.公钥加密公式：
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1. 密钥分发：对称加密分发困难，非对称加密分发简单
2. 效率的问题：对称加密效率比较高，非对称加密效率比较低。
3. 安全等级：对称加密的安全等级比非对称加密的安全等级低。
五、单向散列函数
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（6）服务端加密解密信息
服务端用私钥解密密钥，得到客户端传过来的随机值（密钥），然后把内容通过该值进行对称加密。
（7） 传输加密后的信息。信息是服务端用私钥加密后的信息。
（8）客户端解密信息。客户端用生成的随机值（密钥）解密服务端传过来的信息，获取解密后的内容。
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