密碼學(xué)與用于實(shí)現(xiàn)它的算法一樣強(qiáng)大。在現(xiàn)代密碼學(xué)中，我們擁有基本的XOR函數(shù)，以及當(dāng)今許多應(yīng)用程序中使用的更復(fù)雜的算法。在這篇博文中，我將概述一些關(guān)鍵算法，包括安全哈希算法和 AES 算法。

讓我們從定義 XOR（獨(dú)占或）開始討論，這是一種重要的邏輯操作，在許多（如果不是全部）加密算法中以各種身份使用。圖 1 顯示了此函數(shù)的工作原理。在深入研究算法之前，您需要了解此函數(shù)。

圖1.此圖顯示了 XOR 函數(shù)的工作原理。

由于 XOR 的屬性，其中一個(gè)輸入可以用作進(jìn)入另一個(gè)輸入的數(shù)據(jù)的鍵。例如，如果 A 是加密密鑰的單個(gè)位，則具有來自 B 的數(shù)據(jù)位的 XOR 在 A 為 1 時(shí)翻轉(zhuǎn)該位。這可以通過再次使用密鑰對(duì)加密結(jié)果進(jìn)行按位 XOR 來逆轉(zhuǎn)。

現(xiàn)在，讓我們更詳細(xì)地介紹安全哈希算法或 SHA。安全哈希函數(shù)獲取可變大小的數(shù)據(jù)，并將其壓縮為固定大小的位字符串輸出，這一概念稱為哈希。SHA 函數(shù)是一系列哈希算法，通過 NIST（美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院）的監(jiān)督隨著時(shí)間的推移而開發(fā)。SHA-3功能是最新的。

在接下來的部分中，我們將探討 SHA 函數(shù)的工作原理，重點(diǎn)是 SHA-2 和 SHA-3。（SHA-1正在逐步淘汰，不建議用于任何新設(shè)計(jì)。

SHA-2 函數(shù)根據(jù)輸出位長(zhǎng)度有四種主要類型：

SHA-224 – 哈希長(zhǎng)度為 224 位。

SHA-256 – 哈希長(zhǎng)度為 256 位。

SHA-384 – 哈希長(zhǎng)度為 384 位。

SHA-512 – 哈希長(zhǎng)度為 512 位。

SHA-3 函數(shù)沒有預(yù)定義的輸出長(zhǎng)度。輸入和輸出長(zhǎng)度也沒有最大值。但為了與 SHA-2 進(jìn)行比較，讓我們根據(jù)輸出位長(zhǎng)度定義四種主要類型。這些是：

SHA3-224 – 哈希長(zhǎng)度為 224 位。

SHA3-256 – 哈希長(zhǎng)度為 256 位。

SHA3-384 – 哈希長(zhǎng)度為 384 位。

SHA3-512 – 哈希長(zhǎng)度為 512 位。

讓我們以 SHA3-256 為例。SHA-3使用Keccak海綿功能。就像海綿一樣，第一步吸收或吸收輸入信息。在下一階段，輸出哈希被擠出。圖 2 是 SHA3-256 函數(shù)的框圖。

圖2.此圖顯示了用于安全哈希生成的 SHA3-256 函數(shù)的框圖。

圖 2 中的迭代函數(shù)接收 1600 位數(shù)據(jù)，然后使用特定算法對(duì)其進(jìn)行 24 輪排列，然后將其作為 1600 位塊傳遞到下一階段。這種情況一直持續(xù)到吸收階段完成。

吸收階段完成后，最后一個(gè) 1600 位塊將傳遞到壓縮階段。在這種情況下，由于 SHA3-256 輸出哈希長(zhǎng)度小于 1088 位，因此壓縮階段不需要任何迭代函數(shù)。我們從最后階段獲取前 256 位，這就是輸出哈希。

例如，如果所需的哈希長(zhǎng)度為 2500 位，我們將需要迭代函數(shù)的三個(gè)實(shí)例才能獲得所需的長(zhǎng)度哈希。

還有基于加密標(biāo)準(zhǔn)的算法，例如高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)算法。AES 算法以可逆的方式根據(jù)輸入密鑰的值對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾和替換，從而產(chǎn)生所謂的密文。由于 AES 算法是一種固定寬度的加密算法，因此首先填充輸入消息以確保它完全適合“n”個(gè) 128 位塊。

每個(gè) 128 位塊與加密密鑰一起輸入加密算法。根據(jù)加密密鑰中的位數(shù)，AES 算法執(zhí)行一定數(shù)量的回合來掩蓋輸入塊位。這種模糊是通過打亂數(shù)據(jù)位、獲取部分?jǐn)?shù)據(jù)并用查找表（如解碼器輪）中的值替換它們來實(shí)現(xiàn)的，然后執(zhí)行 XOR 操作以根據(jù)從輸入加密密鑰生成的一組“圓形密鑰”中的位值將位從 0 翻轉(zhuǎn)為 1。輪次密鑰用于其中一個(gè)模糊輪次，并通過復(fù)制位并將副本插入其他位來“擴(kuò)展”加密密鑰的一部分來創(chuàng)建。

AES解密功能只是使用相同的加密密鑰執(zhí)行與加密功能中的操作相反的操作，以便對(duì)原始輸入塊數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。

這些只是為提供設(shè)計(jì)安全性而出現(xiàn)的一些加密算法。

審核編輯：郭婷