对称可搜索加密算法

1. des是什么算法

des是1972年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法。DES算法具有极高安全性，除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。

一、des算法简介
DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被称为美国数据加密标准，是1972年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法。 明文按64位进行分组，密钥长64位，密钥事实上是56位参与DES运算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位， 使得每个密钥都有奇数个1）分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法。
二、des算法基本原理
DES算法入口参数有三个：key、data、mode。key为加密解密使用的密钥，data为加密解密的数据，mode为其工作模式。当模式为加密模式时，明文按照64位进行分组，形成明文组，key用于对数据加密，当模式为解密模式时，key用于对数据解密。实际运用中，密钥只用到了64位中的56位，这样才具有高的安全性。
三、des算法特点
DES算法具有极高安全性，除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。而56位长的密钥的穷举空间为2^56，这意味着如果一台计算机的速度是每一秒钟检测一百万个密钥，则它搜索完全部密钥就需要将近2285年的时间，可见，这是难以实现的。然而，这并不等于说DES是不可破解的。而实际上，随着硬件技术和Internet的发展，其破解的可能性越来越大，而且，所需要的时间越来越少。使用经过特殊设计的硬件并行处理要几个小时。

2. 关于加解密、加签验签的那些事

生活中加密技术无处不在，尽管你可能对MD5、SHA、DES、AES、RSA等术语感到陌生，但它们在数据安全中的重要性不言而喻。程序员必备的加解密和加签验签概念，其实并不遥远，比如在日常娱乐中，绕口令“小瘪三A，小赤佬B，唉呀妈呀C，坑爹呀D”也可视为密码学的简单应用。

密码学分为古典密码和现代密码两个阶段，古典密码如古埃及的简单字符替换和古罗马的凯撒密码，虽然基础但易破解。近代密码学则起源于军事通信需求，如无线电通信的加密和破译推动了密码学的发展。1949年，香农的《通信理论》将密码学与信息论结合，催生了对称加密和非对称加密的现代形式。

对称加密算法，如DES、AES，其特点是加密解密使用同一密钥，效率高但秘钥管理困难。DES加密是通过搜索密钥实现，而AES则广泛应用，其密钥长度可变，更安全。在Java中，我们可以通过这些算法进行数据加密和解密。

非对称加密，如RSA，以公钥和私钥区分，公钥用于加密，私钥用于解密和签名。比如银行和客户间的交易，通过公钥加密信息保证只有指定方能解读，私钥用于验证信息的完整性和来源。在RSA中，生成密钥、加密和解密、加签验签都是开发中常见的操作。

数据摘要算法，如MD5，是不可逆的，确保信息完整性和真实性。在实际应用中，如数字签名，通过哈希算法生成的摘要验证数据的原始性和来源，如MD5在Java中的实现。

3. 对称加密算法的加密算法主要有哪些

1、3DES算法

3DES（即Triple DES）是DES向AES过渡的加密算法（1999年，NIST将3-DES指定为过渡的加密标准），加密算法，其具体实现如下：设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，K代表DES算法使用的密钥，M代表明文，C代表密文，这样：

3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(M)))

3DES解密过程为：M=Dk1(EK2(Dk3(C)))

2、Blowfish算法

BlowFish算法用来加密64Bit长度的字符串。

BlowFish算法使用两个“盒”——unsignedlongpbox[18]和unsignedlongsbox[4,256]。

BlowFish算法中，有一个核心加密函数:BF_En(后文详细介绍）。该函数输入64位信息，运算后，以64位密文的形式输出。用BlowFish算法加密信息，需要两个过程：密钥预处理和信息加密。

分别说明如下：

密钥预处理：

BlowFish算法的源密钥——pbox和sbox是固定的。我们要加密一个信息，需要自己选择一个key，用这个key对pbox和sbox进行变换，得到下一步信息加密所要用的key_pbox和key_sbox。具体的变化算法如下：

1)用sbox填充key_sbox

2)用自己选择的key8个一组地去异或pbox，用异或的结果填充key_pbox。key可以循环使用。

比如说：选的key是"abcdefghijklmn"。则异或过程为：

key_pbox[0]=pbox[0]abcdefgh；

key_pbox[1]=pbox[1]ijklmnab；

…………

…………

如此循环，直到key_pbox填充完毕。

3)用BF_En加密一个全0的64位信息，用输出的结果替换key_pbox[0]和key_pbox[1],i=0；

4)用BF_En加密替换后的key_pbox,key_pbox[i+1]，用输出替代key_pbox[i+2]和key_pbox[i+3]；

5)i+2，继续第4步，直到key_pbox全部被替换；

6)用key_pbox[16]和key_pbox[17]做首次输入（相当于上面的全0的输入），用类似的方法，替换key_sbox信息加密。

信息加密就是用函数把待加密信息x分成32位的两部分:xL,xRBF_En对输入信息进行变换。

3、RC5算法

RC5是种比较新的算法，Rivest设计了RC5的一种特殊的实现方式，因此RC5算法有一个面向字的结构：RC5-w/r/b，这里w是字长其值可以是16、32或64对于不同的字长明文和密文块的分组长度为2w位，r是加密轮数，b是密钥字节长度。

(3)对称可搜索加密算法扩展阅读：

普遍而言，有3个独立密钥的3DES（密钥选项1）的密钥长度为168位（三个56位的DES密钥），但由于中途相遇攻击，它的有效安全性仅为112位。密钥选项2将密钥长度缩短到了112位，但该选项对特定的选择明文攻击和已知明文攻击的强度较弱，因此NIST认定它只有80位的安全性。

对密钥选项1的已知最佳攻击需要约2组已知明文，2部，2次DES加密以及2位内存（该论文提到了时间和内存的其它分配方案）。

这在现在是不现实的，因此NIST认为密钥选项1可以使用到2030年。若攻击者试图在一些可能的（而不是全部的）密钥中找到正确的，有一种在内存效率上较高的攻击方法可以用每个密钥对应的少数选择明文和约2次加密操作找到2个目标密钥中的一个。

4. 对称加密算法之DES介绍

DES (Data Encryption Standard)是分组对称密码算法。

DES算法利用 多次组合替代算法 和 换位算法 ，分散和错乱的相互作用，把明文编制成密码强度很高的密文，它的加密和解密用的是同一算法。

DES算法，是一种 乘积密码 ，其在算法结构上主要采用了 置换 、 代替 、 模二相加 等函数，通过 轮函数 迭代的方式来进行计算和工作。

DES算法也会使用到数据置换技术，主要有初始置换 IP 和逆初始置换 IP^-1 两种类型。DES算法使用置换运算的目的是将原始明文的所有格式及所有数据全部打乱重排。而在轮加密函数中，即将数据全部打乱重排，同时在数据格式方面，将原有的32位数据格式，扩展成为48位数据格式，目的是为了满足S盒组对数据长度和数据格式规范的要求。

一组数据信息经过一系列的非线性变换以后，很难从中推导出其计算的过程和使用的非线性组合；但是如果这组数据信息使用的是线性变换，计算就容易的多。在DES算法中，属于非线性变换的计算过程只有S盒，其余的数据计算和变换都是属于线性变换，所以DES算法安全的关键在于S盒的安全强度。此外，S盒和置换IP相互配合，形成了很强的抗差分攻击和抗线性攻击能力，其中抗差分攻击能力更强一些。

DES算法是一种分组加密机制，将明文分成N个组，然后对各个组进行加密，形成各自的密文，最后把所有的分组密文进行合并，形成最终的密文。

DES加密是对每个分组进行加密，所以输入的参数为分组明文和密钥，明文分组需要置换和迭代，密钥也需要置换和循环移位。在初始置换IP中，根据一张8*8的置换表，将64位的明文打乱、打杂，从而提高加密的强度；再经过16次的迭代运算，在这些迭代运算中，要运用到子密钥；每组形成的初始密文，再次经过初始逆置换 IP^-1 ，它是初始置换的逆运算，最后得到分组的最终密文。

图2右半部分，给出了作用56比特密钥的过程。DES算法的加密密钥是64比特，但是由于密钥的第n*8(n=1,2…8)是校验(保证含有奇数个1)，因此实际参与加密的的密钥只有 56比特 。开始时，密钥经过一个置换，然后经过循环左移和另一个置换分别得到子密钥ki，供每一轮的迭代加密使用。每轮的置换函数都一样，但是由于密钥位的重复迭代使得子密钥互不相同。

DES算法 利用多次组合替代算法和换位算法，分散和错乱的相互作用，把明文编制成密码强度很高的密文，它的加密和解密用的是同一算法。

DES算法详述：DES对64位明文分组(密钥56bit)进行操作。

1、 初始置换函数IP：64位明文分组x经过一个初始置换函数IP，产生64位的输出x0，再将分组x0分成左半部分L0和右半部分R0：即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，…，依次类推，最后一位是原来的第7位。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0是右32位。例，设置换前的输入值为D1D2D3…D64，则经过初始置换后的结果为：L0=D58D50…D8；R0=D57D49…D7.其置换规则如表1所示。

DES加密过程最后的逆置换 IP^-1 ，是表1的 逆过程 。就是把原来的每一位都恢复过去，即把第1位的数据，放回到第58位，把第2位的数据，放回到第50位。

2、 获取子密钥 Ki ：DES加密算法的密钥长度为56位，一般表示为64位(每个第8位用于奇偶校验)，将用户提供的64位初始密钥经过一系列的处理得到K1,K2,…,K16，分别作为 1~16 轮运算的 16个子密钥 。

(1). 将64位密钥去掉8个校验位，用密钥置换 PC-1 (表2)置换剩下的56位密钥；

(2). 将56位分成前28位C0和后28位D0，即 PC-1(K56)=C0D0 ;

(3). 根据轮数，这两部分分别循环左移1位或2位，表3：

(4). 移动后，将两部分合并成56位后通过压缩置换PC-2(表4)后得到48位子密钥，即Ki=PC-2(CiDi).

子密钥产生如图2所示：

3、 密码函数F(非线性的)

(1). 函数F的操作步骤：密码函数F 的输入是32比特数据和48比特的子密钥：
A．扩展置换(E):将数据的右半部分Ri从32位扩展为48位。位选择函数(也称E盒)，如表5所示：

B．异或：扩展后的48位输出E(Ri)与压缩后的48位密钥Ki作异或运算；

C．S盒替代：将异或得到的48位结果分成八个6位的块，每一块通过对应的一个S盒产生一个4位的输出。

(2)、D、P盒置换：将八个S盒的输出连在一起生成一个32位的输出，输出结果再通过置换P产生一个32位的输出即：F(Ri,Ki)，F(Ri,Ki)算法描述如图3，最后，将P盒置换的结果与最初的64位分组的左半部分异或，然后，左、右半部分交换，开始下一轮计算。

4、密文输出：经过16次迭代运算后，得到L16、R16，将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置的逆运算。例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换，又将第40位换回到第1位，其逆置换规则如表8所示：

图4为DES算法加密原理图：

DES算法加密和解密过程采用相同的算法，并采用相同的加密密钥和解密密钥，两者的区别是：(1)、DES加密是从L0、R0到L15、R15进行变换，而解密时是从L15、R15到L0、R0进行变换的；(2)、加密时各轮的加密密钥为K0K1…K15，而解密时各轮的解密密钥为K15K14…K0；(3)、加密时密钥循环左移，解密时密钥循环右移。

DES加密过程分析：

(1)、首先要生成64位密钥，这64位的密钥经过“子密钥算法”换转后，将得到总共16个子密钥。将这些子密钥标识为Kn(n=1,2,…,16)。这些子密钥主要用于总共十六次的加密迭代过程中的加密工具。

(2)、其次要将明文信息按64位数据格式为一组，对所有明文信息进行分组处理。每一段的64位明文都要经过初试置换IP，置换的目的是将数据信息全部打乱重排。然后将打乱的数据分为左右两块，左边一块共32位为一组，标识为L0；右边一块也是32位为一组，标识为R0.

(3)、置换后的数据块总共要进行总共十六次的加密迭代过程。加密迭代主要由加密函数f来实现。首先使用子密钥K1对右边32位的R0进行加密处理，得到的结果也是32位的；然后再将这个32位的结果数据与左边32位的L0进行模2处理，从而再次得到一个32位的数据组。我们将最终得到的这个32位组数据，作为第二次加密迭代的L1，往后的每一次迭代过程都与上述过程相同。

(4)、在结束了最后一轮加密迭代之后，会产生一个64位的数据信息组，然后我们将这个64位数据信息组按原有的数据排列顺序平均分为左右两等分，然后将左右两等分的部分进行位置调换，即原来左等分的数据整体位移至右侧，而原来右等分的数据则整体位移至左侧，这样经过合并后的数据将再次经过逆初始置换IP^-1的计算，我们最终将得到一组64位的密文。

DES解密过程分析：DES的解密过程与它的加密过程是一样的，这是由于DES算法本身属于对称密码体制算法，其加密和解密的过程可以共用同一个过程和运算。

DES加密函数f：在DES算法中，要将64位的明文顺利加密输出成64位的密文，而完成这项任务的核心部分就是加密函数f。加密函数f的主要作用是在第m次的加密迭代中使用子密钥Km对Km-1进行加密操作。加密函数f在加密过程中总共需要运行16轮。

十六轮迭代算法：它先将经过置换后的明文分成两组，每组32位；同时密钥也被分成了两组，每组28位，两组密钥经过运算，再联合成一个48位的密钥，参与到明文加密的运算当中。S盒子，它由8个4*16的矩阵构成，每一行放着0到15的数据，顺序各个不同，是由IBM公司设计好的。经过异或运算的明文，是一个48位的数据，在送入到S盒子的时候，被分成了8份，每份6位，每一份经过一个S盒子，经过运算后输出为4位，即是一个0到15的数字的二进制表示形式。具体运算过程为，将输入的6位中的第1位为第6位合并成一个二进制数，表示行号，其余4位也合并成一个二进制数，表示列号。在当前S盒子中，以这个行号和列号为准，取出相应的数，并以二进制的形式表示，输出，即得到4位的输出，8个S盒子共计32位。

DES算法优缺点：

(1)、产生密钥简单，但密钥必须高度保密，因而难以做到一次一密；

(2)、DES的安全性依赖于密钥的保密。攻击破解DES算法的一个主要方法是通过密钥搜索，使用运算速度非常高的计算机通过排列组合枚举的方式不断尝试各种可能的密钥，直到破解为止。一般，DES算法使用56位长的密钥，通过简单计算可知所有可能的密钥数量最多是2^56个。随着巨型计算机运算速度的不断提高，DES算法的安全性也将随之下降，然而在一般的民用商业场合，DES的安全性仍是足够可信赖的。

(3)、DES算法加密解密速度比较快，密钥比较短，加密效率很高但通信双方都要保持密钥的秘密性，为了安全还需要经常更换DES密钥。

参考链接 ： https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/42273257

5. des是什么算法

DES是一种对称加密算法，最初由IBM公司于1972年开发。这种算法被设计为一种高度安全的加密方法，除了通过穷举搜索破解之外，没有其他更为有效的攻击手段。

DES算法基于对称密钥体制，即加密和解密使用相同的密钥。密钥长度为64位，但实际上只有56位用于加密计算（其他8位作为奇偶校验位，确保密钥中有奇数个1）。明文被分成64位一组，与56位的密钥通过位替换和交换操作生成密文。

DES算法的入口参数包括key、data和mode。key是用于加密和解密的密钥，data是要加密或解密的数据，mode定义了算法的工作模式。在加密模式下，明文被分成64位一组进行处理，密钥被用来加密数据；而在解密模式下，密钥用于解密数据。

尽管56位的密钥提供了很高的安全性，因为穷举所有可能的密钥需要大约2285年的时间，但随着计算能力的提升，破解DES变得越来越容易。硬件技术的进步和互联网的普及，使得破解的时间大大缩短，现在只需几个小时甚至更短的时间。

因此，尽管DES在当时被认为是非常安全的加密算法，但随着技术的发展，其安全性受到了挑战。为了应对这些挑战，后来开发了更安全的加密算法，如AES（高级加密标准）。