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摘要加密对称加密和非对称加密

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素明诚
素明诚
Full stack development

摘要加密（Hash Encryption）​

摘要加密，通常称为哈希函数（Hash Function），是一种将任意长度的数据转换为固定长度的字符串的过程。哈希函数的结果称为哈希值或消息摘要。

主要特点​

  • 不可逆 ，一旦数据被哈希，原始数据无法通过哈希值逆推出。
  • 定长输出 ，不论输入数据长度如何，输出的哈希值长度是固定的。
  • 高效计算 ，哈希计算速度快，适合大规模数据处理。
  • 抗碰撞 ，两个不同的输入数据不应该产生相同的哈希值（碰撞）。

常用算法​

  • MD5 ，128 位输出，已被认为不安全。
  • SHA-1 ，160 位输出，已被逐步淘汰。
  • SHA-256 ，256 位输出，属于 SHA-2 家族，目前被广泛使用。

应用场景​

  • 数据完整性验证 ，验证数据在传输过程中是否被篡改。
  • 数字签名 ，生成数据的唯一摘要，以证明数据的完整性和来源。
  • 密码存储 ，将密码哈希后存储，避免明文存储密码的安全风险。
import hashlib
​
# 计算字符串的SHA-256哈希值
data = "Hello, World!"
hash_object = hashlib.sha256(data.encode())
hash_value = hash_object.hexdigest()
​
print(f"哈希值: {hash_value}")

对称加密（Symmetric Encryption）​

对称加密是一种加密方式，使用相同的密钥进行加密和解密。

主要特点​

  • 单密钥 ，加密和解密使用相同的密钥。
  • 速度快 ，适合大数据量的加密。

常用算法​

  • AES（高级加密标准）
  • DES（数据加密标准，已被淘汰）
  • 3DES（三重数据加密标准）

应用场景​

  • 数据传输加密 ，如 HTTPS 中的数据加密。
  • 文件加密 ，用于保护存储的文件数据。
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Random import get_random_bytes
​
# 生成密钥和数据
key = get_random_bytes(16)
data = b"Secret Data"
​
# 创建加密对象并加密数据
cipher = AES.new(key, AES.MODE_EAX)
nonce = cipher.nonce
ciphertext, tag = cipher.encrypt_and_digest(data)
​
print(f"加密数据: {ciphertext}")
​
# 创建解密对象并解密数据
cipher_decrypt = AES.new(key, AES.MODE_EAX, nonce=nonce)
decrypted_data = cipher_decrypt.decrypt(ciphertext)
​
print(f"解密数据: {decrypted_data}")

非对称加密（Asymmetric Encryption）​

非对称加密使用一对密钥 ，公钥（public key）和私钥（private key）。公钥用于加密，私钥用于解密。

主要特点​

  • 双密钥 ，加密和解密使用不同的密钥。
  • 计算较慢 ，相较对称加密，计算速度较慢，适合少量数据的加密。

常用算法​

  • RSA（Rivest-Shamir-Adleman）
  • ECC（椭圆曲线加密）

应用场景​

  • 密钥交换 ，用于交换对称加密的密钥。
  • 数字签名 ，用于验证发送者身份和数据完整性。
  • 安全电子邮件 ，如 PGP（Pretty Good Privacy）。
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP
​
# 生成公钥和私钥
key = RSA.generate(2048)
public_key = key.publickey()
private_key = key
​
# 数据加密
cipher_rsa = PKCS1_OAEP.new(public_key)
data = b"Confidential Data"
ciphertext = cipher_rsa.encrypt(data)
​
print(f"加密数据: {ciphertext}")
​
# 数据解密
cipher_rsa_decrypt = PKCS1_OAEP.new(private_key)
decrypted_data = cipher_rsa_decrypt.decrypt(ciphertext)
​
print(f"解密数据: {decrypted_data}")

比较​

特性摘要加密对称加密非对称加密
密钥无密钥单密钥公钥和私钥
方向单向双向双向
用途数据完整性验证、密码存储大数据量传输加密、文件加密密钥交换、数字签名、安全通讯
速度快快慢
安全性抗碰撞能力有限依赖密钥的保密性基于数学难题，安全性高
算法MD5, SHA-1, SHA-256AES, DES, 3DESRSA, ECC

总结​

  • 摘要加密 ，主要用于数据完整性验证，不能还原原始数据。
  • 对称加密 ，适合快速、大量数据的加密与解密，但需要安全管理密钥。
  • 非对称加密 ，适合安全的密钥交换和数字签名，计算复杂度较高，适合少量数据的加密。