密码学-回顾篇（下）-阿里云开发者社区

64位密钥经过置换选择1、循环左移、置换选择2等变换，产生16个48位长的子密钥。子密钥的产生过程如图

具体方法如下：

置换选择1：64位的密钥分为8个字节，每个字节的前7位是真正的密钥位，第8位作为奇偶校验位，将64位密钥中去掉8个奇偶校验位，并将其余56位密钥位打乱重排，且将前28位作为C0，后28位作为D0。

置换选择2：将Ci和Di合并成一个56位的中间数据，从中选择出一个48位的子密钥Ki。

由于DES的运算是对合运算，所以解密和加密可共用同一个运算，只是子密钥使用的顺序不同。把64位密文当作明文输入，而且第一次解密迭代使用子密钥K16，第二次解密迭代使用子密钥K15，依次类推，第十六次解密迭代使用子密钥K1，最后输出便是64位明文。

用Python实现DES加解密

from Cryptodome.Cipher import DES            
import binascii            
key = b'abcdeggh;            
#key的的长度必须为8字节            
des = DES.new(key, DES.MODE_ECB)            
#ECB模式            
tsxt = 'ms08067.com'            
text = text + (8 - (len(text)%8)) * '='            
encrypt_text = des.encrypt(text.encode()))            
encryptResul = binascii.b2a_hex(encrypt_text)            
print(text)            
peint(encryptResult)            
from Cryptodome.Cipher import DES            
import binascii            
key = b'abcdefgh'            
#key的长度必须为8字节            
des = DES.new(key,DES.MODE_ECB)            
#ECB模式            
encryptResult = b' b81fcb047936afb76487dda463334767'            
encrypto_text = binascii. a2b_hex (encry ptResult)            
decryptResult = des, decrypt (encrypto_t ext)            
print (decryptResult)

DES加密方式存在许多安全问题。例如，密钥较短可被穷举攻击，存在弱密钥和半弱密钥等。因此，美国NIST在1999年发布了一个新版本的DES标准3DES。3DES加密算法的密钥长度为168位，能够抵抗穷举攻击，并且3DES底层加密算法与DES相同，许多现有的DES软硬件产品都能方便地实现3DES，因此在使用上也较为方便。

在CTF比赛中往往会利用DES加密算法的密钥较短、弱密钥等安全问题获取flag。一些白帽子在渗透测试过程中会发现拦截的数据包被DES加密，此时，可以考虑DES为对称加密算法，在JavaScript前端代码中寻找相应的key值进行破译。

AES加密算法

简介

AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）的出现，是因为以前使用的DES算法密钥长度较短，已经不适应当今数据加密安全性的要求，因此2000年10月2日，美国政府宣布将比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen提出的密码算法RIJNDAEL作为高级加密标准。2001年11月26日，美国政府正式颁布AES为美国国家标准（编号为FIST PUBS 197）。这是密码史上的又一个重要事件。目前，AES已经被一些国际标准化组织，如OSO、IETF、IEEE 802.11等采纳，作为标准。

原理

AES是一个迭代的、分组密码加密方式，可以使用128、192和256位密钥。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（permutation）和替换（substitution）输入数据，加之算法本身复杂的加密过程，使得该算法成为数据加密领域的主流。

在AES算法中，每一次变换操作产生的中间结果称为状态。将状态表示为二维字节数组（每个元素为一个字节），包括4行，Nb列。Nb等于数据块长度除以32。例如，数据块长度为128时，Nb=4；数据块长度为192时，Nb=6。同理，密钥也可表示为二维字节数组（每个元素为一个字节），包括4行，Nk列。Nk等于密钥块长度除以32。

圈密钥根据圈密钥产生算法由用户密钥产生。圈密钥加密由密钥扩展和圈密钥选择两步完成。首先将用户的密钥进行密钥扩展，再从扩展密钥中选出圈密钥。第一个圈密钥由扩展密钥中的前Nb个字组成，第二个圈密钥由接下来的Nb个字组成，以此类推。最后获得的圈密钥位总数为数据块长度与圈数加l的乘积。

RIJNDAEL算法的迭代圈数Nr由Nb和Nk共同决定，可根据下表回去相应的Nr的值。

RIJNDAEL算法迭代圈数N

AES加密算法的轮函数采用代替/置换网络结构，包括S盒变换（ByteSub）、行移位变换（ShiftRow）、列混合变换（MixColumn）、圈密钥加变换（AddRoundKey）。下面介绍各种变换方式。

1. S盒变换

S盒变换是按字节进行的代替变换，是作用在状态中每个字节上的一种非线性字节变换。首先将字节的值用它的乘法逆来代替，然后将获取的值按式进行仿射变换。

2. 行移位变换

行移位变换对状态行进行循环移位。在行移位变换中，状态的后三行以不同的移位值循环左移。第0行不移位，第1行向左移动C1字节，第2行向左移动C2字节，第3行向左移动C3字节，移位表如下图所示。

3.列混合变换

列混合变换是对状态的列进行混合变换。把状态中的每一列看作GF（28）上的多项式，并与一个固定多项式c（x）相乘，然后与多项式x4+1进行取模运算，其中c（x）可表示为

4.圈密钥加变换

圈密钥加变换是利用圈密钥对状态进行模2相加的变换。圈密钥被简单地异或到状态中去。其中，圈密钥长度等于数据块长度。

综上所述

AES加密算法由三部分组成：初始圈密钥加、Nr-l圈的标准轮函数、最后一圈的非标准轮函数。

用Python实现AES加解密

接下来将通过Cryptodome库函数实现对字符串进行AES加密。由于AES为分组密码的加密方式，其工作模式有五种：ECB、CBC、CTR、CFB、OFB。下面将以ECB模式为例，对字符串进行AES加密和解密。

from Cryptodome. Cipher import AES            
import binascii            
key = b' abcdefghabcdefgh'            
# key的长度须为8字节            
text = 'ms08067. com            
#被加密的数据需要为8字节的倍数            
text = text + (16 - (len(text) % 16)) *'='            
aes = AES. new (key, AES. MODE_ECB)            
#ECB模式            
>>>encrypto_text = aes. encrypt (text. encode())            
>>>encryptResult = binascii. b2a_hex (encryp to_text)            
>>>print(text)            
print (encryptResult)            
from Cryptodome. Cipher import AES            
import binascii            
key = b' abcdefghabcdefgh'            
#key的长度须为8字节            
encryptResult = b' 51d23f9cab201da377c925ac526c4901'            
aes = AES. new (key, AES. MODE_ECB)            
#ECB模式            
encrypto_text = binascii. a2b_hex (encryp tResult)            
decryptResult = aes. decrypt (encrypto_te xt            
print (decryptResult)

AES密码是一个非对称密码体制，它的解密要比加密复杂和费时。解密优化算法在没有增加存储空间的基础上，以列变化为基础进行处理，节约了处理时间。AES是高级数据加密算法，无论是安全性、效率，还是密钥的灵活性等方面，都优于DES数据加密算法，在今后将逐步代替DES，被广泛应用。

MD5加密算法

简介

MD5（Message-Digest Algorithm，信息摘要算法）是一种被广泛使用的密码散列函数，由美国密码学家罗纳德·李维斯特（Ronald Linn Rivest）设计，于1992年公开，用以取代MD4算法。该算法不仅能对信息管理系统加密，还广泛应用于计算机、数据安全传输、数字签名认证等安全领域。由于该算法具有某些不可逆特征，在加密应用上有较好的安全性。

原理

MD5是以512位的分组来处理输入的信息，并且将每一分组又划分成16个32位的子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由四个32位的分组组成，将这四个32位的分组结合后将生成一个128位的散列值。下图为md5加密算法流程。

步骤

1.填充在MD5算法中，首先需要将信息进行填充，使其位长对512求余后的结果等于448。即使符合上述条件，也必须进行填充。因此，信息的位长将被扩展至N×512+448，N是一个非负整数。计算原始消息的长度（不包含填充部分），并且附加到填充位与消息之后。该长度值为64位二进制数表示的填充前信息的长度。

2.信息分组首先将数据按每512位为一组进行分组，如图6-14所示，再把每组里面分成16个32位数据。

3.初始化变量初始化四个链接变量A、B、C、D，它们都是32位的数字，这些链接变量的初始十六进制数值如下所示，低字节在前：

当设置好这四个链接变量后，就开始进入算法的四轮循环运算。将上面四个链接变量复制到另外四个变量中：A到a，B到b，C到c，D到d。

主循环有四轮，每轮循环都很相似，每一轮进行16次操作。每次操作对a、b、c和d的其中三个进行一次非线性函数运算，然后将所得结果加上第四个变量、信息的一个子分组和一个常数，再将所得结果左移一个不确定的数，并加上a、b、c、d之一。

以下是四轮循环中用到的四个非线性函数（每轮一个）：

所有这些操作完成之后，将A、B、C、D分别加上a、b、c、d，然后用下一分组的数据继续运行算法，最后MD5算法产生128位的输出是A、B、C、D的级联，其中低字节始于A，高字节终于D。至此，整个MD5算法处理结束。

用Python实现MD5加密

用Python实现MD5加密时用到的是hashlib模块，可以通过hashlib标准库使用多种Hash算法，如SHA1、SHA224、SHA256、SHA384、SHA512和MD5算法等。下面是通过调用hashlib模块对字符串进行MD5加密的简单实例：

from hashlib import md5            
def encrypt_md5 (s) :            
new_md5 = md5 ()            
#创建md5对象            
new_md5. update (s. encode (encoding='utf8'))            
return new_md5. hexdigest ()            
if_name_main == ' _name_ ' :            
    print (encrypt_md5 (' ms08067. com' ))

虽然MD5为单向Hash加密，且不可逆，但根据鸽巢原理，MD5算法所产生的32位输出所能够表示的空间大小为1632，即当样本大于1632时就会产生Hash碰撞。由这一结论可知，我们可以生成大量密码样本的Hash，得到密码和Hash值的一一对应关系，然后根据这个对应关系反查，就可以得到Hash值所对应的密码。在互联网应用方面，有相当多的用户使用弱密码，因此可以根据统计规律建立简单密码所对应的MD5值表，从而得到使用简单密码的用户账户。

鉴于存在以上安全性问题，可以在用户密码被创建时生成一个随机字符串（称之为Salt）与用户口令连接在一起，然后再用散列函数对这个字符串进行MD5加密。如果Salt值的数目足够大，它实际上就消除了对常用口令采用的字典式破解，因为攻击者不可能在数据库中存储那么多Salt和用户密码组合后的MD5值。当然，更加安全的做法是，给每个密码设置一个随机的Salt值，这样即使通过暴力枚举破解了一个用户的密码，也很难再破解其他用户的密码。

密码学-回顾篇（下）