加密原理3-代码

对称加密是一种加密方式，它使用同一个密钥（称为“共享密钥”）来加密和解密数据。其核心原理是通过数学算法对明文进行转换，使得转换后的密文在没有密钥的情况下无法被还原。

对称加密的基本流程

1. 密钥生成：通信双方事先协商或生成一个共享密钥。
2. 加密过程：发送方使用密钥和加密算法将明文转换为密文。
3. 传输密文：通过不安全的信道（如网络）传输密文。
4. 解密过程：接收方使用相同的密钥和对应的解密算法将密文还原为明文。

核心加密算法示例

以 AES（高级加密标准） 为例，它是目前最流行的对称加密算法之一：

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
import base64# 1. 生成或获取共享密钥（必须是16、24或32字节长度）
key = b"this_is_a_secret_key_32bytes_long!"  # 32字节 = 256位# 2. 创建加密器实例
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC)  # 使用CBC模式，需要初始化向量(IV)# 3. 准备明文并加密
plaintext = "Hello, AES encryption!"
padded_plaintext = pad(plaintext.encode('utf-8'), AES.block_size)  # 填充到16字节倍数
ciphertext = cipher.encrypt(padded_plaintext)# 4. 保存初始化向量(IV)和密文
iv = cipher.iv
encrypted_data = base64.b64encode(iv + ciphertext).decode('utf-8')
print(f"加密后的数据: {encrypted_data}")# 5. 解密过程（接收方）
received_data = base64.b64decode(encrypted_data)
iv = received_data[:AES.block_size]
ciphertext = received_data[AES.block_size:]# 6. 创建解密器实例并解密
decipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
decrypted_data = unpad(decipher.decrypt(ciphertext), AES.block_size)
print(f"解密后的明文: {decrypted_data.decode('utf-8')}")

加密模式的作用

不同的加密模式决定了如何处理块加密（将明文分成固定大小的块）：

1. ECB（电子密码本）：最简单但不安全，相同明文生成相同密文。
2. CBC（密码块链接）：引入初始化向量(IV)，增强安全性，需填充数据。
3. CTR（计数器）：转为流加密，无需填充，支持并行计算。
4. GCM（伽罗瓦/计数器模式）：提供加密和认证，常用于TLS。

常见对称加密算法

算法	密钥长度	块大小	特点
DES	56位（已淘汰）	64位	早期标准，安全性低
3DES	112/168位	64位	DES的增强版，性能较低
AES	128/192/256位	128位	目前最安全和流行的标准
ChaCha20	256位	无	流加密，性能高，移动端友好

对称加密的优缺点

• 优点：
  • 加密和解密速度快，适合处理大量数据。
  • 算法公开，安全性主要依赖密钥。
• 缺点：
  • 密钥分发困难：需通过安全信道共享密钥。
  • 密钥管理复杂：每对通信方需要独立密钥。
  • 扩展性差：用户数量增多时，密钥数量呈指数增长。

实际应用场景

1. 数据存储加密：加密硬盘、数据库中的敏感数据。
2. 网络通信：TLS协议中使用对称加密传输数据。
3. 文件加密：如ZIP加密、PGP加密文件。

与非对称加密的结合

实际中，对称加密常与非对称加密（如RSA）结合使用：

1. 使用非对称加密安全地交换对称密钥。
2. 使用对称密钥快速加密大量数据。

这种混合模式既解决了密钥分发问题，又保持了加密效率。