一、数据存储和传输存在的风险
二 、常见的加密算法
1. base64
Base64编码，是我们程序开发中经常使用到的编码方法。它是一种基于用64个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。它通常用作存储、传输一些二进制数据编码方法！也是MIME（多用途互联网邮件扩展，主要用作电子邮件标准）中一种可打印字符表示二进制数据的常见编码方法！它其实只是定义用可打印字符传输内容一种方法，并不会产生新的字符集！有时候，我们学习转换的思路后，我们其实也可以结合自己的实际需要，构造一些自己接口定义编码方式。好了，我们一起看看，它的转换思路吧！
Base64实现转换原理
它是用64个可打印字符表示二进制所有数据方法。由于2的6次方等于64，所以可以用每6个位元为一个单元，对应某个可打印字符。我们知道三个字节有24个位元，就可以刚好对应于4个Base64单元，即3个字节需要用4个Base64的可打印字符来表示。在Base64中的可打印字符包括字母A-Z、a-z、数字0-9 ，这样共有62个字符，此外两个可打印符号在不同的系统中一般有所不同。但是，我们经常所说的Base64另外2个字符是：“+/”。这64个字符，所对应表如下。
编号 字符 编号 字符 编号 字符 编号 字符 0 A 16 Q 32 g 48 w 1 B 17 R 33 h 49 x 2 C 18 S 34 i 50 y 3 D 19 T 35 j 51 z 4 E 20 U 36 k 52 0 5 F 21 V 37 l 53 1 6 G 22 W 38 m 54 2 7 H 23 X 39 n 55 3 8 I 24 Y 40 o 56 4 9 J 25 Z 41 p 57 5 10 K 26 a 42 q 58 6 11 L 27 b 43 r 59 7 12 M 28 c 44 s 60 8 13 N 29 d 45 t 61 9 14 O 30 e 46 u 62 + 15 P 31 f 47 v 63 /
转换的时候，将三个byte的数据，先后放入一个24bit的缓冲区中，先来的byte占高位。数据不足3byte的话，于缓冲区中剩下的bit用0补足。然后，每次取出6个bit，按照其值选择
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/
如果最后剩下两个输入数据，在编码结果后加1个“=”；如果最后剩下一个输入数据，编码结果后加2个“=”；如果没有剩下任何数据，就什么都不要加，这样才可以保证资料还原的正确性。
编码后的数据比原始数据略长，为原来的4/3。无论什么样的字符都会全部被编码，因此不像Quoted-printable 编码，还保留部分可打印字符。所以，它的可读性不如Quoted-printable编码！
| 文本 | M | a | n | |||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASCII编码 | 77 | 97 | 110 | |||||||||||||||||||||
| 二进制位 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 索引 | 19 | 22 | 5 | 46 | ||||||||||||||||||||
| Base64编码 | T | W | F | u | ||||||||||||||||||||
M的Ascii码是77,前六位对应值为19，对应base64字符是T，如此类推。其它字符编码就可以自动转换得到！我们看看另外不是刚好是3个字节的情况！
| 文本（1 Byte） | A | |||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 二进制位 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | ||||||||||||||||
| 二进制位（补0） | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||||||||||||
| Base64编码 | Q | Q | = | = | ||||||||||||||||||||
| 文本（2 Byte） | B | C | ||||||||||||||||||||||
| 二进制位 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | x | x | x | x | x | x | ||
| 二进制位（补0） | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | x | x | x | x | x | x |
| Base64编码 | Q | k | M | =
| ||||||||||||||||||||
2. 单向散列函数(MD5 加密)
1）、MD5概念
MD5，全名Message Digest Algorithm 5 ，中文名为消息摘要算法第五版，为计算机安全领域广泛使用的一种散列函数，用以提供消息的完整性保护。上面这段话话引用自百度百科，我的理解MD5是一种信息摘要算法，主要是通过特定的hash散列方法将文本信息转换成简短的信息摘要，压缩+加密+hash算法的结合体，是绝对不可逆的。
2）、MD5计算步骤
MD5以512位分组来处理输入的信息，且每一分组又被划分为16个32位子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由四个32位分组组成，将这四个32位分组级联后将生成一个128位散列值。
第一步、填充
如果输入信息的长度(bit)对512求余的结果不等于448，就需要填充使得对512求余的结果等于448。填充的方法是填充一个1和n个0。填充完后，信息的长度就为N*512+448(bit)；
第二步、记录信息长度
用64位来存储填充前信息长度。这64位加在第一步结果的后面，这样信息长度就变为N*512+448+64=(N+1)*512位。
第三步、装入标准的幻数（四个整数）
标准的幻数（物理顺序）是（A=(01234567)16，B=(89ABCDEF)16，C=(FEDCBA98)16，D=(76543210)16）。如果在程序中定义应该是（A=0X67452301L，B=0XEFCDAB89L，C=0X98BADCFEL，D=0X10325476L）。有点晕哈，其实想一想就明白了。
第四步、四轮循环运算
循环的次数是分组的个数（N+1）
1）将每一512字节细分成16个小组，每个小组64位（8个字节）
2）先认识四个线性函数(&是与,|是或,~是非,^是异或)
3.对称加密
对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密，常用的算法包括：
DES（Data Encryption Standard）：数据加密标准，速度较快，适用于加密大量数据的场合。
3DES（Triple DES）：是基于DES，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高。
AES（Advanced Encryption Standard）：高级加密标准，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高；
2000年10月，NIST（美国国家标准和技术协会）宣布通过从15种侯选算法中选出的一项新的密匙加密标准。Rijndael被选中成为将来的AES。 Rijndael是在 1999 年下半年，由研究员 Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 创建的。AES 正日益成为加密各种形式的电子数据的实际标准。
美国标准与技术研究院 (NIST) 于 2002 年 5 月 26 日制定了新的高级加密标准 (AES) 规范。
算法原理
AES 算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排，置换是将一个数据单元替换为另一个。AES 使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。
AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和 256 位密钥，并且用 128 位（16字节）分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换和替换输入数据
AES与3DES的比较
算法名称 | 算法类型 | 密钥长度 | 速度 | 解密时间（建设机器每秒尝试255个密钥） | 资源消耗 |
AES | 对称block密码 | 128、192、256位 | 高 | 1490000亿年 | 低 |
3DES | 对称feistel密码 | 112位或168位 | 低 | 46亿年 | 中 |
4.非对称加密
常见的非对称加密算法如下：
RSA：由 RSA 公司发明，是一个支持变长密钥的公共密钥算法，需要加密的文件块的长度也是可变的；
DSA（Digital Signature Algorithm）：数字签名算法，是一种标准的 DSS（数字签名标准）；
ECC（Elliptic Curves Cryptography）：椭圆曲线密码编码学
随着分解大整数方法的进步及完善、计算机速度的提高以及计算机网络的发展，为了保障数据的安全，RSA的密钥需要不断增加，但是，密钥长度的增加导致了其加解密的速度大为降低，硬件实现也变得越来越难以忍受，这对使用RSA的应用带来了很重的负担，因此需要一种新的算法来代替RSA。
1985年N.Koblitz和Miller提出将椭圆曲线用于密码算法，根据是有限域上的椭圆曲线上的点群中的离散对数问题ECDLP。ECDLP是比因子分解问题更难的问题，它是指数级的难度。
算法原理——椭圆曲线上的难题
椭圆曲线上离散对数问题ECDLP定义如下：给定素数p和椭圆曲线E，对Q＝kP，在已知P，Q 的情况下求出小于p的正整数k。可以证明由k和P计算Q比较容易，而由Q和P计算k则比较困难。
将椭圆曲线中的加法运算与离散对数中的模乘运算相对应，将椭圆曲线中的乘法运算与离散对数中的模幂运算相对应，我们就可以建立基于椭圆曲线的对应的密码体制。
例如，对应Diffie-Hellman公钥系统，我们可以通过如下方式在椭圆曲线上予以实现：在E上选取生成元P，要求由P产生的群元素足够多，通信双方A和B分别选取a和b，a和b 予以保密，但将aP和bP公开，A和B间通信用的密钥为abP，这是第三者无法得知的。
对应ELGamal密码系统可以采用如下的方式在椭圆曲线上予以实现：
将明文m嵌入到E上Pm点，选一点B∈E，每一用户都选一整数a，0＜a＜N，N为阶数已知，a保密，aB公开。欲向A送m，可送去下面一对数偶：［kB，Pm+k(aAB)］，k是随机产生的整数。A可以从kB求得k(aAB)。通过：Pm+k(aAB)- k(aAB)=Pm恢复Pm。同样对应DSA，考虑如下等式：
K=kG [其中 K，G为Ep(a,b)上的点，k为小于n（n是点G的阶）的整数]
不难发现，给定k和G，根据加法法则，计算K很容易；但给定K和G，求k就相对困难了。
这就是椭圆曲线加密算法采用的难题。我们把点G称为基点（base point），k（k<n，n为基点G的阶）称为私有密钥（privte key），K称为公开密钥（public key)。
ECC与RSA的比较
ECC和RSA相比，在许多方面都有对绝对的优势，主要体现在以下方面：
Ø 抗攻击性强。相同的密钥长度，其抗攻击性要强很多倍。
Ø 计算量小，处理速度快。ECC总的速度比RSA、DSA要快得多。
Ø 存储空间占用小。ECC的密钥尺寸和系统参数与RSA、DSA相比要小得多，意味着它所占的存贮空间要小得多。这对于加密算法在IC卡上的应用具有特别重要的意义。
Ø 带宽要求低。当对长消息进行加解密时，三类密码系统有相同的带宽要求，但应用于短消息时ECC带宽要求却低得多。带宽要求低使ECC在无线网络领域具有广泛的应用前景。
ECC的这些特点使它必将取代RSA，成为通用的公钥加密算法。比如SET协议的制定者已把它作为下一代SET协议中缺省的公钥密码算法。
下面两张表示是RSA和ECC的安全性和速度的比较：
攻破时间 (MIPS年) | RSA/DSA (密钥长度) | ECC 密钥长度 | RSA/ECC 密钥长度比 |
104 | 512 | 106 | 5：1 |
108 | 768 | 132 | 6：1 |
1011 | 1024 | 160 | 7：1 |
1020 | 2048 | 210 | 10：1 |
1078 | 21000 | 600 | 35：1 |
RSA和ECC安全模长得比较
功能 | Security Builder 1.2 | BSAFE 3.0 |
163位ECC(ms) | 1,023位RSA(ms) | |
密钥对生成 | 3.8 | 4,708.3 |
签名 | 2.1(ECNRA) | 228.4 |
3.0(ECDSA) | ||
认证 | 9.9(ECNRA) | 12.7 |
10.7(ECDSA) | ||
Diffie—Hellman密钥交换 | 7.3 | 1,654.0 |
RSA和ECC速
