① 密碼加密的方法有那些
用戶密碼加密方式
用戶密碼保存到資料庫時，常見的加密方式有哪些?以下幾種方式是常見的密碼保存方式：
1. 明文保存
比如用戶設置的密碼是「123456」，直接將「123456」保存在資料庫中，這種是最簡單的保存方式，也是最不安全的方式。但實際上不少互聯網公司，都可能採取的是這種方式。
2. 對稱加密演算法來保存
比如3DES、AES等演算法，使用這種方式加密是可以通過解密來還原出原始密碼的，當然前提條件是需要獲取到密鑰。不過既然大量的用戶信息已經泄露了，密鑰很可能也會泄露，當然可以將一般數據和密鑰分開存儲、分開管理，但要完全保護好密鑰也是一件非常復雜的事情，所以這種方式並不是很好的方式。
總結
採用PBKDF2、bcrypt、scrypt等演算法可以有效抵禦彩虹表攻擊，即使數據泄露，最關鍵的「用戶密碼」仍然可以得到有效的保護，黑客無法大批量破解用戶密碼，從而切斷撞庫掃號的根源。
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② 加密技術02-對稱加密-AES原理
AES 全稱 Advanced Encryption Standard（高級加密標准）。它的出現主要是為了取代 DES 加密演算法的，因為 DES 演算法的密鑰長度是 56 位，因此演算法的理論安全強度是 2^56。但二十世紀中後期正是計算機飛速發展的階段，元器件製造工藝的進步使得計算機的處理能力越來越強，所以還是不能滿足人們對安全性的要求。於是 1997 年 1 月 2 號，美國國家標准技術研究所宣布希望徵集高級加密標准，用以取代 DES。AES 也得到了全世界很多密碼工作者的響應，先後有很多人提交了自己設計的演算法。最終有5個候選演算法進入最後一輪：Rijndael，Serpent，Twofish，RC6 和 MARS。最終經過安全性分析、軟硬體性能評估等嚴格的步驟，Rijndael 演算法獲勝。
AES 密碼與分組密碼 Rijndael 基本上完全一致，Rijndael 分組大小和密鑰大小都可以為 128 位、192 位和 256 位。然而 AES 只要求分組大小為 128 位，因此只有分組長度為 128 位的 Rijndael 才稱為 AES 演算法。本文只對分組大小 128 位，密鑰長度也為 128 位的 Rijndael 演算法進行分析。密鑰長度為 192 位和 256 位的處理方式和 128 位的處理方式類似，只不過密鑰長度每增加 64 位，演算法的循環次數就增加 2 輪，128 位循環 10 輪、192 位循環 12 輪、256 位循環 14 輪。
給定一個 128 位的明文和一個 128 位的密鑰，輸出一個 128 位的密文。這個密文可以用相同的密鑰解密。雖然 AES 一次只能加密 16 個位元組，但我們只需要把明文劃分成每 16 個位元組一組的塊，就可以實現任意長度明文的加密。如果明文長度不是 16 個位元組的倍數，則需要填充，目前填充方式主要是 PKCS7 / PKCS5。
下來主要分析 16 個位元組的加解密過程，下圖是 AES 演算法框架。
密鑰生成流程
G 函數
關於輪常量的生成下文會介紹。
主要作用：一是增加密鑰編排中的非線性；二是消除AES中的對稱性。這兩種屬性都是抵抗某些分組密碼攻擊必要的。
接下來詳細解釋一下幾個關鍵步驟。
明文矩陣和當前回次的子密鑰矩陣進行異或運算。
位元組代換層的主要功能是通過 S 盒完成一個位元組到另外一個位元組的映射。
依次遍歷 4 * 4 的明文矩陣 P 中元素，元素高四位值為行號，低四位值為列號，然後在 S 盒中取出對應的值。
行位移操作最為簡單，它是用來將輸入數據作為一個 4 * 4 的位元組矩陣進行處理的，然後將這個矩陣的位元組進行位置上的置換。ShiftRows 子層屬於 AES 手動的擴散層，目的是將單個位上的變換擴散到影響整個狀態當，從而達到雪崩效應。它之所以稱作行位移，是因為它只在 4 * 4 矩陣的行間進行操作，每行 4 位元組的數據。在加密時，保持矩陣的第一行不變，第二行向左移動 1 個位元組、第三行向左移動 2 個位元組、第四行向左移動 3 個位元組。
列混淆層是 AES 演算法中最為復雜的部分，屬於擴散層，列混淆操作是 AES 演算法中主要的擴散元素，它混淆了輸入矩陣的每一列，使輸入的每個位元組都會影響到 4 個輸出位元組。行位移層和列混淆層的組合使得經過三輪處理以後，矩陣的每個位元組都依賴於 16 個明文位元組成可能。其實質是在有限域 GF(2^8) 上的多項式乘法運算，也稱伽羅瓦域上的乘法。
伽羅瓦域
伽羅瓦域上的乘法在包括加/解密編碼和存儲編碼中經常使用，AES 演算法就使用了伽羅瓦域 GF(2^8) 中的運算。以 2^n 形式的伽羅瓦域來說，加減法都是異或運算，乘法相對較復雜一些，下面介紹 GF(2^n) 上有限域的乘法運算。
本原多項式： 域中不可約多項式，是不能夠進行因子分解的多項式，本原多項式是一種特殊的不可約多項式。當一個域上的本原多項式確定了，這個域上的運算也就確定了，本原多項式一般通過查表可得，同一個域往往有多個本原多項式。通過將域中的元素化為多項式的形式，可以將域上的乘法運算轉化為普通的多項式乘法模以本原多項式的計算。比如 g(x) = x^3+x+1 是 GF(2^3) 上的本原多項式，那麼 GF(2^3) 域上的元素 3*7 可以轉化為多項式乘法：
乘二運算： 無論是普通計算還是伽羅瓦域上運算，乘二計算是一種非常特殊的運算。普通計算在計算機上通過向高位的移位計算即可實現，伽羅瓦域上乘二也不復雜，一次移位和一次異或即可。從多項式的角度來看，伽羅瓦域上乘二對應的是一個多項式乘以 x，如果這個多項式最高指數沒有超過本原多項式最高指數，那麼相當於一次普通計算的乘二計算，如果結果最高指數等於本原多項式最高指數，那麼需要將除去本原多項式最高項的其他項和結果進行異或。
比如：GF(2^8)（g(x) = x^8 + x^4 + x^3 + x^2 + 1）上 15*15 = 85 計算過程。
15 寫成生成元指數和異或的形式 2^3 + 2^2 + 2^1 + 1，那麼：
乘二運算計算過程：
列混淆 ：就是把兩個矩陣的相乘，裡面的運算，加法對應異或運算，乘法對應伽羅瓦域 GF(2^8) 上的乘法（本原多項式為：x^8 + x^4 + x^3 + x^1 + 1）。
Galois 函數為伽羅瓦域上的乘法。
解碼過程和 DES 解碼類似，也是一個逆過程。基本的數學原理也是：一個數進行兩次異或運算就能恢復，S ^ e ^ e = S。
密鑰加法層
通過異或的特性，再次異或就能恢復原數。
逆Shift Rows層
恢復 Shift Rows層 的移動。
逆Mix Column層
通過乘上正矩陣的逆矩陣進行矩陣恢復。
一個矩陣先乘上一個正矩陣，然後再乘上他的逆矩陣，相當於沒有操作。
逆位元組代換層
通過再次代換恢復位元組代換層的代換操作。
比如：0x00 位元組的置換過程
輪常量生成規則如下：
演算法原理和 AES128 一樣，只是每次加解密的數據和密鑰大小為 192 位和 256 位。加解密過程幾乎是一樣的，只是循環輪數增加，所以子密鑰個數也要增加，最後輪常量 RC 長度增加。
③ SSH隧道協議（AES密鑰對加密法則）
SSH是每一台Linux電腦的標准配置
隨著Linux設備從電腦逐漸擴展到手機、外設和家用電器，SSH的適用范圍也越來越廣。不僅程序員離不開它，很多普通用戶也每天使用；SSH具備多種功能，可以用於很多場合。有些事情，沒有它就是辦不成
簡單說，SSH是一種網路協議，用於計算機之間的加密登錄。
如果一個用戶從本地計算機，使用SSH協議登錄另一台遠程計算機，我們就可以認為，這種登錄是安全的，即使被中途截獲，密碼也不會泄露。
最早的時候，互聯網通信都是明文通信，一旦被截獲，內容就暴露無疑。1995年，芬蘭學者Tatu Ylonen設計了SSH協議，將登錄信息全部加密，成為互聯網安全的一個基本解決方案，迅速在全世界獲得推廣，目前已經成為Linux系統的標准配置。
需要指出的是，SSH只是一種協議，存在多種實現，既有商業實現，也有開源實現。
SSH主要用於遠程登錄。假定你要以用戶名user，登錄遠程主機host，只要一條簡單命令就可以了。
如果本地用戶名與遠程用戶名一致，登錄時可以省略用戶名。
SSH的默認埠是22，也就是說，你的登錄請求會送進遠程主機的22埠。使用p參數，可以修改這個埠。
上面這條命令表示，ssh直接連接遠程主機的2222埠。
SSH之所以能夠保證安全，原因在於它採用了公鑰加密。
整個過程是這樣的：（1）遠程主機收到用戶的登錄請求，把自己的公鑰發給用戶。（2）用戶使用這個公鑰，將登錄密碼加密後，發送回來。（3）遠程主機用自己的私鑰，解密登錄密碼，如果密碼正確，就同意用戶登錄。
這個過程本身是安全的，但是實施的時候存在一個風險：如果有人截獲了登錄請求，然後冒充遠程主機，將偽造的公鑰發給用戶，那麼用戶很難辨別真偽。因為不像https協議，SSH協議的公鑰是沒有證書中心（CA）公證的，也就是說，都是自己簽發的。
可以設想，如果攻擊者插在用戶與遠程主機之間（比如在公共的wifi區域），用偽造的公鑰，獲取用戶的登錄密碼。再用這個密碼登錄遠程主機，那麼SSH的安全機制就盪然無存了。這種風險就是著名的「中間人攻擊」（Man-in-the-middle attack）。
SSH協議是如何應對的呢？
如果你是第一次登錄對方主機，系統會出現下面的提示：
這段話的意思是，無法確認host主機的真實性，只知道它的公鑰指紋，問你還想繼續連接嗎？
所謂」公鑰指紋」，是指公鑰長度較長（這里採用RSA演算法，長達1024位），很難比對，所以對其進行MD5計算，將它變成一個128位的指紋。上例中是98:2e:d7:e0:de:9f:ac:67:28:c2:42:2d:37:16:58:4d，再進行比較，就容易多了。
很自然的一個問題就是，用戶怎麼知道遠程主機的公鑰指紋應該是多少？回答是沒有好辦法，遠程主機必須在自己的網站上貼出公鑰指紋，以便用戶自行核對。
假定經過風險衡量以後，用戶決定接受這個遠程主機的公鑰。
系統會出現一句提示，表示host主機已經得到認可。
然後，會要求輸入密碼。
如果密碼正確，就可以登錄了。
當遠程主機的公鑰被接受以後，它就會被保存在文件 $HOME/.ssh/known_hosts 之中。下次再連接這台主機，系統就會認出它的公鑰已經保存在本地了，從而跳過警告部分，直接提示輸入密碼。
每個SSH用戶都有自己的 known_hosts 文件，此外系統也有一個這樣的文件，通常是 /etc/ssh/ssh_known_hosts ，保存一些對所有用戶都可信賴的遠程主機的公鑰。
使用密碼登錄，每次都必須輸入密碼，非常麻煩。好在SSH還提供了公鑰登錄，可以省去輸入密碼的步驟。
所謂」公鑰登錄」，原理很簡單，就是用戶將自己的公鑰儲存在遠程主機上。登錄的時候，遠程主機會向用戶發送一段隨機字元串，用戶用自己的私鑰加密後，再發回來。遠程主機用事先儲存的公鑰進行解密，如果成功，就證明用戶是可信的，直接允許登錄shell，不再要求密碼。
這種方法要求用戶必須提供自己的公鑰。如果沒有現成的，可以直接用 ssh-keygen 生成一個：
運行上面的命令以後，系統會出現一系列提示，可以一路回車。其中有一個問題是，要不要對私鑰設置口令（passphrase），如果擔心私鑰的安全，這里可以設置一個。
運行結束以後，在$HOME/.ssh/目錄下，會新生成兩個文件： id_rsa.pub 和 id_rsa 。前者是你的公鑰，後者是你的私鑰。
這時再輸入下面的命令，將公鑰傳送到遠程主機host上面：
好了，從此你再登錄，就不需要輸入密碼了。
如果還是不行，就打開遠程主機的 /etc/ssh/sshd_config 這個文件，檢查下面幾行前面」#」注釋是否取掉。
然後，重啟遠程主機的ssh服務。
遠程主機將用戶的公鑰，保存在登錄後的用戶主目錄的 $HOME/.ssh/authorized_keys 文件中。公鑰就是一段字元串，只要把它追加在 authorized_keys 文件的末尾就行了。
這里不使用上面的ssh--id命令，改用下面的命令，解釋公鑰的保存過程：
這條命令由多個語句組成，依次分解開來看：
（1） 」$ ssh user@host」 ，表示登錄遠程主機；
（2）單引號中的 mkdir .ssh && cat >> .ssh/authorized_keys ，表示登錄後在遠程shell上執行的命令：
（3） 」$ mkdir -p .ssh」 的作用是，如果用戶主目錄中的.ssh目錄不存在，就創建一個；
（4） 』cat >> .ssh/authorized_keys』 < ~/.ssh/id_rsa.pub 的作用是，將本地的公鑰文件 ~/.ssh/id_rsa.pub ，重定向追加到遠程文件 authorized_keys 的末尾。
寫入 authorized_keys 文件後，公鑰登錄的設置就完成了。
④ AES加密的詳細過程是怎麼樣的
詳細過程如下圖：
AES加密標准又稱為高級加密標准Rijndael加密法，是美國國家標准技術研究所NIST旨在取代DES的21世紀的加密標准。AES的基本要求是，採用對稱分組密碼體制，密鑰長度可以為128、192或256位，分組長度128位，演算法應易在各種硬體和軟體上實現。
1998年NIST開始AES第一輪分析、測試和徵集，共產生了15個候選演算法。
1999年3月完成了第二輪AES2的分析、測試。2000年10月2日美國政府正式宣布選中比利時密碼學家Joan Daemen和Vincent Rijmen提出的一種密碼演算法Rijndael作為AES的加密演算法。
AES加密數據塊和密鑰長度可以是128b、192b、256b中的任意一個。AES加密有很多輪的重復和變換。
⑤ AES加解密使用總結
AES, 高級加密標准, 是採用區塊加密的一種標准, 又稱Rijndael加密法. 嚴格上來講, AES和Rijndael又不是完全一樣, AES的區塊長度固定為128比特, 秘鑰長度可以是128, 192或者256. Rijndael加密法可以支持更大范圍的區塊和密鑰長度, Rijndael使用的密鑰和區塊長度均可以是128，192或256比特. AES是對稱加密最流行的演算法之一.
我們不去討論具體的AES的實現, 因為其中要運用到大量的高等數學知識, 單純的了解AES流程其實也沒什麼意義(沒有數學基礎難以理解), 所以我們今天著重來總結一些使用過程中的小點.
當然了分組密碼的加密模式不僅僅是ECB和CBC這兩種, 其他的我們暫不涉及.
上面說的AES是一種區塊加密的標准, 那加密模式其實可以理解為處理不同區塊的方式和聯系.
ECB可以看做最簡單的模式, 需要加密的數據按照區塊的大小分為N個塊, 並對每個塊獨立的進行加密
此種方法的缺點在於同樣的明文塊會被加密成相同的密文塊, 因此, 在某些場合, 這種方法不能提供嚴格的數據保密性. 通過下面圖示例子大家就很容易明白了
我們的項目中使用的就是這種模式, 在CBC模式中, 每個明文塊與前一個塊的加密結果進行異或後, 在進行加密, 所以每個塊的加密都依賴前面塊的加密結果的, 同時為了保證第一個塊的加密, 在第一個塊中需要引入初始化向量iv.
CBC是最常用的模式. 他的缺點是加密過程只能是串列的, 無法並行, 因為每個塊的加密要依賴到前一個塊的加密結果, 同時在加密的時候明文中的細微改變, 會導致後面所有的密文塊都發生變化. 但此種模式也是有優點的, 在解密的過程中, 每個塊的解密依賴上一個塊的加密結果, 所以我們要解密一個塊的時候, 只需要把他前面一個塊也一起讀取, 就可以完成本塊的解密, 所以這個過程是可以並行操作的.
AES加密每個塊blockSize是128比特, 那如果我們要加密的數據不是128比特的倍數, 就會存在最後一個分塊不足128比特, 那這個塊怎麼處理, 就用到了填充模式. 下面是常用的填充模式.
PKCS7可用於填充的塊大小為1-255比特, 填充方式也很容易理解, 使用需填充長度的數值paddingSize 所表示的ASCII碼 paddingChar = chr(paddingSize)對數據進行冗餘填充. (後面有解釋)
PKCS5隻能用來填充8位元組的塊
我們以AES(128)為例, 數據塊長度為128比特, 16位元組, 使用PKCS7填充時, 填充長度為1-16. 注意, 當加密長度是16整數倍時, 反而填充長度是最大的, 要填充16位元組. 原因是 "PKCS7" 拆包時會按協議取最後一個位元組所表徵的數值長度作為數據填充長度, 如果因真實數據長度恰好為16的整數倍而不進行填充, 則拆包時會導致真實數據丟失.
舉一個blockSize為8位元組的例子
第二個塊中不足8位元組, 差4個位元組, 所以用4個4來填充
嚴格來講 PKCS5不能用於AES, 因為AES最小是128比特(16位元組), 只有在使用DES此類blockSize為64比特演算法時, 考慮使用PKCS5
我們的項目最開始加解密庫使用了CryptoSwift, 後來發現有性能問題, 就改為使用IDZSwiftCommonCrypto.
這里咱們結合項目中邊下邊播邊解密來提一個點, 具體的可以參考之前寫的 邊下邊播的總結 . 因為播放器支持拖動, 所以我們在拖拽到一個點, 去網路拉取對應數據時, 應做好range的修正, 一般我們都會以range的start和end為基準, 向前後找到包含這個range的所有塊范圍. 打比方說我們需要的range時10-20, 這是我們應該修正range為0-31, 因為起點10在0-15中, 20 在16-31中. 這是常規的range修正.(第一步 找16倍數點).
但是在實際中, 我們請求一段數據時, 還涉及到解密器的初始化問題, 如果我們是請求的0-31的數據, 因為是從0開始, 所以我們的解密器只需要用key和初始的iv來進行初始化, 那如果經過了第一步的基本range修正後, 我們請求的數據不是從0開始, 那我們則還需要繼續往前讀取16個位元組的數據, 舉個例子, 經過第一步修正後的range為16-31, 那我們應該再往前讀取16位元組, 應該是要0-31 這32個位元組數據, 拿到數據後,使用前16個位元組(上一個塊的密文)當做iv來初始化解密器.
還有一個要注意的點是, 數據解密的過程中, 還有可能會吞掉後面16個位元組的數據, 我暫時沒看源碼, 不知道具體因為什麼, 所以保險起見, 我們的range最好是再向後讀取6個位元組.
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參考資料
https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E9%AB%98%E7%BA%A7%E5%8A%A0%E5%AF%86%E6%A0%87%E5%87%86
https://segmentfault.com/a/1190000019793040
https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10250386