关于WEB内容传输加解密的一点总结

对称加密-非对称加密 强度对比

一、加密基础

学习如何使用加密之前，我们需要了解一些加密相关的基础知识。加密算法一般分为两种：对称加密算法和非对称加密算法。

1、对称加密

对称加密算法是消息发送者和接收者使用同一个密匙，发送者使用密匙加密了文件，接收者使用同样的密匙解密，获取信息。常见的对称加密算法有：des/aes/3des.

对称加密算法的特点有：速度快，加密前后文件大小变化不大，但是密匙的保管是个大问题，因为消息发送方和接收方任意一方的密匙丢失，都会导致信息传输变得不安全。

2、非对称加密

与对称加密相对的是非对称加密，非对称加密的核心思想是使用一对相对的密匙，分为公匙和私匙，私匙自己安全保存，而将公匙公开。公钥与私钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密；如果用私钥对数据进行加密，那么只有用对应的公钥才能解密。发送数据前只需要使用接收方的公匙加密就行了。常见的非对称加密算法有RSA/DSA:

非对称加密虽然没有密匙保存问题，但其计算量大，加密速度很慢,有时候我们还需要对大块数据进行分块加密。

3、数字签名

为了保证数据的完整性，还需要通过散列函数计算得到一个散列值，这个散列值被称为数字签名。其特点有：

无论原始数据是多大，结果的长度相同的；
输入一样，输出也相同；
对输入的微小改变，会使结果产生很大的变化；
加密过程不可逆，无法通过散列值得到原来的数据；

常见的数字签名算法有md5,hash1等算法。

二、RSA加密明文长度

提到密钥，我们不得不提到RSA的三个重要大数：公钥指数e、私钥指数d和模值n。

1、一次能加密的明文长度与密钥长度成正比：

len_in_byte(raw_data) = len_in_bit(key)/8 -11，如 1024bit 的密钥，一次能加密的内容长度为 1024/8 -11 = 117 byte。

所以非对称加密一般都用于加密对称加密算法的密钥，而不是直接加密内容。

2、明文长度117字节问题

明文长度小于等于密钥长度 128Bytes - 11 这个说法本身不太准确，会让人产生 RSA 1024 只能加密 117 字节长度明文的误解。实际上，RSA 算法本身要求加密内容也就是明文长度 m 必须满足 0<m<n，也就是说内容这个大整数不能超过 n，否则就出错。

那么如果 m=0 是什么结果？

普遍 RSA 加密器会直接返回全 0 结果，如果 m>n，运算就会出错。

因此，RSA 实际可加密的明文长度最大也是 1024bits，但问题就来了：

如果小于这个长度怎么办？

就需要进行 padding，因为如果没有 padding 用户无法确分解密后内容的真实长度，字符串之类的内容问题还不大，以 0作为结束符，便于区分。

但对二进制数据就很难理解，因为不确定后面的 0是内容还是内容结束符。

只要用到 padding，那么就会占用实际的明文长度，我们一般使用的 padding 标准有 NoPPadding、OAEPPadding、PKCS1Padding 等。其中 PKCS#1 建议的 padding 就占用了 11 个字节，于是才有 117 字节的说法。

如果大于这个长度怎么办？

很多算法的 padding 往往是在后边的，但 PKCS 的 padding 则是在前面的，此为有意设计，有意的把第一个字节置0以确保 m 的值小于 n。

这样，128字节（1024bits）- 11 字节正好是117字节，但对于 RSA 加密来讲，padding 也是参与加密的。所以，依然按照 RSA 1024 实际的明文只有 117 字节。

关于 PKCS#1 padding 规范可参考：RFC2313 chapter 8.1。

我们在把明文送给 RSA 加密器前，要确认这个值是不是大于 n，也就是如果接近 n 位长，那么需要先 padding 再分段加密。

除非我们是“定长定量自己可控可理解”的加密则不需要 padding。

三、秘文长度

加密后密文的长度为密钥的长度，如密钥长度为 1024b(128Byte)，最后生成的密文固定为 1024b(128Byte)

密文长度就是给定符合条件的明文加密出来的结果位长，这个可以确定，加密后的密文位长跟密钥的位长度是相同的，因为加密公式：

C=(P^e)%n

所以，C 最大值就是 n-1，所以不可能超过 n 的位数。

尽管可能小于 n 的位数，但从传输和存储角度，仍然是按照标准位长来进行的。因此，即使我们加密一字节的明文，运算出来的结果也要按照标准位长来使用。

参考

1、PENSSL库的使用-DES篇
2、PHP的openssl加密扩展使用小结
3、RSA密钥长度、明文长度和密文长度
4、浅析DES与AES、RSA三种典型加密算法的比较
5、【IoT】加密与安全：非对称加密算法 RSA 1024 公钥、秘钥、明文和密文长度