加密算法根据应用场景的分类：单向加密和双向加密

加密算法一般有两种，即单向加密算法和双向加密算法。双向加密是加密算法中最常用的，它将可以直接理解的明文数据加密为不可直接理解的密文数据，在需要的时候，又可以使用一定的算法将这些加密以后的密文数据解密为原来的明文数据。双向加密适合于隐秘通讯，比如，比如在网络上注册用户或者购买商品时，提交的真实姓名、身份证号码、银行账号、信用卡密码等信息，应当通过双向加密算法加密以后，再在网络上传输，这样，可以有效的防止黑客的“偷听”，保证数据的安全，同时，网站接收到我们的数据以后，可以通过解密算法来获得准确的信息。

双向加密既可以加密，又可以解密。而单向加密则刚好相反，它只能对明文数据进行加密，而不能对加密了的密文数据再解密成原来的明文数据。可能读者会认为，不能解密的加密算法有什么作用呢？在实际应用中，对软件系统数据库中的系统用户信息（如用户密码）加密，就是一个典型的例子。当用户注册一个新的账号时，其用户密码信息不是直接保存到数据库，而是经过单向加密后再保存，这样，即使这些账号信息被泄露，别人也不能得到相应的用户密码，当然也就达不到盗窃账号的目的。

也许，有的读者会想，既然单向加密无法解密，那用户一旦忘记了密码，几乎没有办法找回原来的密码，又该怎么办呢？这确实是一个比较麻烦的问题，如果是一个功能简单的软件系统，也许真的只能删除忘记密码的账号信息，然后再重新注册来解决。但是比较完善的软件系统，一般都可以让用户提供一些其他的注册信息，如出生地址、父母妻子的职业等，如果正确，则直接给用户提供修改密码的功能，然后用新密码替换掉数据库中的旧密码，这样，用户只要记住新的用户密码就可以了。

MD5算法就是单向加密的加密算法。

MD5

MD5的全称是Message-Digest Algorithm 5，在90年代初由MIT的计算机科学实验室和RSA Data Security Inc发明，经MD2、MD3和MD4发展而来。

MD5将任意长度的“字节串”变换成一个128bit的大整数，并且它是一个不可逆的字符串变换算法，换句话说就是，即使你看到源程序和算法描述，也无法将一个MD5的值变换回原始的字符串，从数学原理上说，是因为原始的字符串有无穷多个，这有点象不存在反函数的数学函数。

MD5的典型应用是对一段Message(字节串)产生fingerprint(指纹)，以防止被“篡改”。举个例子，你将一段话写在一个叫 readme.txt文件中，并对这个readme.txt产生一个MD5的值并记录在案，然后你可以传播这个文件给别人，别人如果修改了文件中的任何内容，你对这个文件重新计算MD5时就会发现。如果再有一个第三方的认证机构，用MD5还可以防止文件作者的“抵赖”，这就是所谓的数字签名应用。

MD5还广泛用于加密和解密技术上，在很多操作系统中，用户的密码是以MD5值（或类似的其它算法）的方式保存的， 用户Login的时候，系统是把用户输入的密码计算成MD5值，然后再去和系统中保存的MD5值进行比较，而系统并不“知道”用户的密码是什么。

MD5有两个很重要的特性，第一是任意两段明文数据，加密以后的密文数据一定是不相同的；第二是任意一段明文数据，经过加密以后，其密文数据永远是相同的。

Sha1

安全散列算法（英语：Secure Hash Algorithm）是一种能计算出一个数位讯息所对应到的，长度固定的字串（又称讯息摘要）的算法。且若输入的讯息不同，它们对应到不同字串的机率很高；而SHA是FIPS所认证的五种安全散列算法。这些算法之所以称作“安全”是基于以下两点(根据官方标准的描述)：“1)由讯息摘要反推原输入讯息，从计算理论上来说是很困难的。2)想要找到两组不同的讯息对应到相同的讯息摘要，从计算理论上来说也是很困难的。任何对输入讯息的变动，都有很高的机率导致其产生的讯息摘要迥异。

MD5与SHA1是当前最常用的两种哈希算法。那在Linux下如何计算这两种哈希值呢，基本上所有的 Linux 发行版都内置了这两个命令，比如要校检的文件命为db89.tar.

• 计算文件的 MD5 - md5sum

  dubin@ubuntu:~$ md5sum dubin.tar
  af27ae392c6be104eca3ade918bb0741  dubin.tar
  

正如上面所说，MD5值是一个128bit的大整数，也就是16个字节，表示为十六进制，则为32个字符。

• 计算文件的 SHA1 - sha1sum

  dubin@ubuntu:~$ sha1sum dubin.tar
  d876bf2a5139c97b0bc56614b1f1e2b397371720  dubin.tar
  

RSA

RSA是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。它易于理解和操作，也很流行。算法的名字以发明者的名字命名：Ron Rivest, Adi Shamir 和Leonard Adleman。但RSA的安全性一直未能得到理论上的证明。它经历了各种攻击，至今未被完全攻破。

RSA的安全性

RSA的安全性依赖于大数分解，但是否等同于大数分解一直未能得到理论上的证明，因为没有证明破解 RSA就一定需要作大数分解。假设存在一种无须分解大数的算法，那它肯定可以修改成为大数分解算法。目前， RSA 的一些变种算法已被证明等价于大数分解。不管怎样，分解n是最显然的攻击方法。现在，人们已能分解多个十进制位的大素数。因此，模数n 必须选大一些，因具体适用情况而定。

RSA的速度

由于进行的都是大数计算，使得RSA最快的情况也比DES慢上倍，无论是软件还是硬件实现。速度一直是RSA的缺陷。一般来说只用于少量数据加密。

RSA的选择密文攻击

RSA在选择密文攻击面前很脆弱。一般攻击者是将某一信息作一下伪装( Blind)，让拥有私钥的实体签署。然后，经过计算就可得到它所想要的信息。实际上，攻击利用的都是同一个弱点，即存在这样一个事实：乘幂保留了输入的乘法结构：

( XM )^{d = X}d *M^d mod n

前面已经提到，这个固有的问题来自于公钥密码系统的最有用的特征–每个人都能使用公钥。但从算法上无法解决这一问题，主要措施有两条：一条是采用好的公钥协议，保证工作过程中实体不对其他实体任意产生的信息解密，不对自己一无所知的信息签名；另一条是决不对陌生人送来的随机文档签名，签名时首先使用One-Way HashFunction 对文档作HASH处理，或同时使用不同的签名算法。在中提到了几种不同类型的攻击方法。

RSA的公共模数攻击

若系统中共有一个模数，只是不同的人拥有不同的e和d，系统将是危险的。最普遍的情况是同一信息用不同的公钥加密，这些公钥共模而且互质，那末该信息无需私钥就可得到恢复。设P为信息明文，两个加密密钥为e1和e2，公共模数是n，则：

C1 = P^e1 mod n C2 = P^e2 mod n

密码分析者知道n、e1、e2、C1和C2，就能得到P。

因为e1和e2互质，故用Euclidean算法能找到r和s，满足：

r * e1 + s * e2 = 1

假设r为负数，需再用Euclidean算法计算C1^(-1)，则

( C1^{(-1) )}(-r) * C2^s = P mod n

另外，还有其它几种利用公共模数攻击的方法。总之，如果知道给定模数的一对e和d，一是有利于攻击者分解模数，一是有利于攻击者计算出其它成对的e’和d’，而无需分解模数。解决办法只有一个，那就是不要共享模数n。

RSA的小指数攻击。 有一种提高 RSA速度的建议是使公钥e取较小的值，这样会使加密变得易于实现，速度有 所提高。但这样作是不安全的，对付办法就是e和d都取较大的值。

RSA算法是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，也易于理解和操作。RSA是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现在已近二十年，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。RSA的安全性依赖于大数的因子分解，但并没有从理论上证明破译RSA的难度与大数分解难度等价。即RSA的重大缺陷是无法从理论上把握它的保密性能如何，而且密码学界多数人士倾向于因子分解不是NPC问题。 RSA的缺点主要有：A)产生密钥很麻烦，受到素数产生技术的限制，因而难以做到一次一密。B)分组长度太大，为保证安全性，n 至少也要 600 bits 以上，使运算代价很高，尤其是速度较慢，较对称密码算法慢几个数量级；且随着大数分解技术的发展，这个长度还在增加，不利于数据格式的标准化。目前，SET( Secure Electronic Transaction )协议中要求CA采用比特长的密钥，其他实体使用比特的密钥。

DES

美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准，于1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES Data Encryption Standard）。

加密算法要达到的目的（通常称为DES 密码算法要求）主要为以下四点： ☆提供高质量的数据保护，防止数据未经授权的泄露和未被察觉的修改；

• 具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又要便于理解和掌握；
• DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密，其安全性仅以加密密钥的保密为基础；
• 实现经济，运行有效，并且适用于多种完全不同的应用。

目前在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。 　　

DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。

DES算法是这样工作的：如Mode为加密，则用Key 去把数据Data进行加密， 生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。 　　

通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。

MD5算法已经被破译

MD5被王小云为代表的中国专家破译。世界密码学界仍然认为SHA－1是安全的。今年2月7日，美国国家标准技术研究院发表申明，SHA－1没有被攻破，并且没有足够的理由怀疑它会很快被攻破，开发人员在2010年前应该转向更为安全的SHA－256和SHA－512算法。而仅仅在一周之后，王小云就宣布了破译SHA－1的消息。

因为SHA－1在美国等国家有更加广泛的应用，密码被破的消息一出，在国际社会的反响可谓石破天惊。换句话说，王小云的研究成果表明了从理论上讲电子签名可以伪造，必须及时添加限制条件，或者重新选用更为安全的密码标准，以保证电子商务的安全。

最近国际密码学家Lenstra利用王小云提供的MD5碰撞，伪造了符合X.509标准的数字证书，这就说明了MD5的破译已经不仅仅是理论破译结果，而是可以导致实际的攻击，MD5的撤出迫在眉睫。王小云说，目前SHA－1在理论上已经被破译，离实际应用也为期不远。

40岁的王小云，毕业于山东大学数学系，师从于著名数学家潘承洞、于秀源教授，是一位外表普通却充满自信的中国女性。从密码分析上找出这两大国际通用密码漏洞的是一位土生土长的中国专家——山东大学信息安全所所长王小云。