一、概述
说到数据安全，必然少不了加密与解密，本章介绍常用加密原理。
二、常用加密算法
1.加密算法的分类
常见的加密算法可以分成三类，对称加密算法，非对称加密算法和Hash算法。
（1）对称加密算法
指加密和解密使用相同密钥的加密算法。优点在于加/解密速度快和使用长密钥时的难破解性，缺点是只有一个密钥，容易泄漏。
常见的对称加密算法有DES、3DES、Blowfish、IDEA、RC4、RC5、RC6和AES。
（2）非对称加密算法
指加密和解密使用不同密钥的加密算法，也称为公私钥加密。优点在于加/解密使用不同密钥，只需要保存好私钥，公钥可以公开，缺点是解密解密速度慢。
常见的非对称加密算法有：RSA、ECC（移动设备用）、Diffie-Hellman、El Gamal、DSA。
（3）Hash算法
Hash算法特别的地方在于它是一种单向算法，用户可以通过Hash算法对目标信息生成一段特定长度的唯一的Hash值，却不能通过这个Hash值重新获得目标信息。因此Hash算法常用在不可还原的密码存储、信息完整性校验等。
常见的Hash算法有MD2、MD4、MD5、HAVAL、SHA、SHA256等。
加密算法的效能通常可以按照算法本身的复杂程度、密钥长度（密钥越长越安全）、加解密速度等来衡量。上述的算法中，除了DES密钥长度不够、MD2速度较慢已逐渐被淘汰外，其他算法仍在目前的加密系统产品中使用。
实际应用中，根据不同的使用场合选用不同的算法。
2.RSA加密算法
（1）概念
RSA(发明此算法的三个人的名字的首字母)是一种公钥密码体制，现在使用得很广泛。
作为一种公钥密码体制，公钥公开，私钥保密，它的加密解密算法是公开的。 由公钥加密的内容可以并且只能由私钥进行解密，并且由私钥加密的内容可以并且只能由公钥进行解密。也就是说，RSA的这一对公钥、私钥都可以用来加密和解密，并且一方加密的内容可以由并且只能由对方进行解密。
（2）算法基本原理
Ø公钥与私钥的产生
假设A想要通过一个不可靠的媒体接收B的一条私人消息。他可以用以下的方式来产生一个公钥和一个私钥：
1）随意选择两个大的素数p和q，p不等于q，计算N=pq。
2）根据欧拉函数，求得 
3）选择一个小于r的整数e，使e与r互质。并求得e关于r的模逆元，命名为d
模逆元存在，当且仅当e与r互质）。
4）将p和q的记录销毁。
(N,e)是公钥，(N,d)是私钥。A将他的公钥(N,e)传给B，而将B的私钥(N,d)藏起来。
Ø加密消息
假设B想给A送一个消息m，他知道N和e。他使用起先与A约好的格式将m转换为一个小于N的非负整数n，比如他可以将每一个字转换为这个字的Unicode码，然后将这些数字连在一起组成一个数字。假如他的信息非常长的话，他可以将这个信息分为几段，然后将每一段转换为n。用下面这个公式他可以将n加密为c：
B算出c后就可以将它传递给A。
Ø解密消息
A得到B的消息c后就可以利用他的密钥d来解码。他可以用以下这个公式来将c转换为n：
得到n后，他可以将原来的信息m重新复原。解码的原理是：
（3）RSA算法安全性
只要上面提到的N足够大，就很难找到一种简单的方法对这么大的一个数进行因试分解，从而无法破解，黑客无法破解。
针对RSA最流行的攻击一般是基于大数因数分解：
1999年，RSA-155 (512 bits)被成功分解，花了五个月时间和224 CPU hours在一台有3.2G中央内存的Cray C916计算机上完成。
2009年12月12日，编号为RSA-768（768 bits, 232 digits）数也被成功分解。这一事件威胁了现通行的1024-bit密钥的安全性，普遍认为用户应尽快升级到2048-bit或以上。
（4）RSA算法应用
RSA可以用来为一个消息署名。假如Alice想给Bob传递一个署名的消息的话，那么她可以为她的消息计算一个散列值（Message digest），然后用她的私钥“加密”（如同前面“加密消息”的步骤）这个散列值并将这个“署名”加在消息的后面。这个消息只有用她的公钥才能被解密。Bob获得这个消息后可以用Alice的公钥“解密”（如同前面“解密消息”的步骤）这个散列值，然后将这个数据与他自己为这个消息计算的散列值相比较。假如两者相符的话，那么Bob就可以知道发信人持有Alice的私钥，以及这个消息在传播路径上没有被篡改过。
上述的散列值一般是hash值，这个值的获取可以通过sha、md5等算法获取，后面会详细介绍。
总结:
1. 通过上面的介绍，我们常用的CRC，Hash（MD5,SHA）等算法常应用于数据的校验，它们都是不可逆的，即通过校验码或信息摘要无法得到明文，但是由明文可以得到校验码或信息摘要。
2. CRC常应用于数据量比较少的地方，比如数据通信过程中，发送方会先计算出校验码，然后把校验码和通信数据一起发给接收方，接收方根据原始数据算出校验码并与接收方发来的校验码进行比较，如果相等，代表通信过程中数据没有发生过翻转或其他改变，保证了通信质量。
3. Hash校验常应用于数据量比较大的场合，比如Linux发行方会把Linux系统镜像和MD5值(现在已经不算最安全的)挂到官网上，用户下载后进行MD5校验，这样保证Linux系统镜像为官方提供，没有被篡改，保证了数据的完整性。
3.1 常见的用户名密码存储方式
我们都知道，用户名密码是不能按照明文的方式存储在数据库中的，一般来说，用户在一个网站上注册了用户名和密码后，网站系统先把用户的登陆密码进行hash计算并得到一个hash值，让后把这个hash值存储到服务器数据库中，并不会存储用户密码。当用户登陆网页时，输入了密码后，系统也会根据用户输入的密码生成一个hash值，系统根据这个hash值，在服务器数据库中根据用户名搜索，如果此用户名对应的hash值与此时他输入的密码的hash值匹配，那面认证通过，可以登陆系统。
通过这样的方式，用户的密码实际上只有用户自己知道，网站系统也并没有存储密码明文，而是只存储了用户密码的hash值，即使网站服务器里的数据库丢失，那面别人拿到数据库后，也不能通过这些hash值推断出用户密码，因为加hash算法是不可逆的。这里为了说明原理，派出了暴力破解的情况。
4. 假如用户登陆了钓鱼网站，不怀好意的人把有病毒的Linux映像挂到网上，并且用这个映像生成了对应的MD5码，用户下载后，自己用映像生成的MD5码和钓鱼网上提供的MD5肯定是匹配的，用户就以为这个映像没问题，实际上是有问题的。如何避免这样的情况呢？就是再次应用上述的RSA算法对官方提供的MD5信息摘要进行数字签名，这样不但保证了数据的完整性，还保证了数据来源的正确性。因为只有官方提供的公私钥才能对数字签名进行解密得到官方的MD5信息摘要，别人没办法仿照。
三、Openssl的应用
前面介绍了一下密码学的一些基本知识，本小节介绍前面理论知识的实际应用。
1.Openssl基本概念
OpenSSL是一个开源的安全工具包，应用程序可以使用这个包来进行安全通信，避免窃听，同时确认另一端连接者的身份。
OpenSSL采用C语言作为开发语言，这使得OpenSSL具有优秀的跨平台性能，因此它支持Linux平台。
2.Openssl的信息摘要和数字签名
（1）信息摘要，即对数据进行处理，得到一段固定长度的结果，有如下特性:
•输出长度固定。即输出长度和输入长度无关。
•不可逆。即由输出数据理论上不能推导出输入数据
•对输入数据敏感。当输入数据变化极小时，输出数据也会发生明显的变化
•防碰撞。即不同的数据得到相同输出数据的可能性极低。
由于信息摘要有上述特点，一般保证数据的完整性，对一个大文件进行摘要运算，得到其摘要值。通过网络或者其他渠道传输后，通过验证其摘要值，确定大文件本身有没有发生变化。
目前openssl提供的摘要算法有md4、md5、ripemd160、sha、sha1、sha224、sha256、sha512、sha384、wirlpool。也就是说可以通过上述算法获取上面提到的信息摘要。算法把无限的映射成有限，因此可能会有碰撞（两个不同的信息，算出的摘要相同），因此md5和sha1已经被我国中科院院士王小云在05年就破解了，所以我们监控用的sha256算法计算信息摘要。
这些算法可以通过Linux命令“openssl dgst –”命令查看。
（2）数字签名
对原始文件进行数字签名主要分为两步，首先对原始文件进行摘要运算，得到摘要值，然后使用公开密钥算法中的私钥对摘要值进行加密。其签名和验证过程如下图(下图是网上找的)：
（3）数字签名流程
•假定用户userA,要给用户userB，发送信息 SMS ;
•userA 先生成自己的公钥(PubKey)和密钥(PriKey),常用的算法有 RSA,DSA;
•userA 对信息 SMS 做信息摘要处理得到 SHA256_SMS , 常用的摘要算法详见前面openssl dgst命令查询结果;
•userA 用自己的密钥 PriKey 加密信息摘要 SHA256_SMS 得到 ENC_SHA256_SMS,即数字签名；
•userA 把 ENC_SHA256_SMS 数字签名 、自己的公钥 PubKey 以及原数据 SMS 一起发送给 userB;
•userB 用同样的摘要算法对 SMS 处理得到 userB_SHA256_SMS；
•userB 用 userA的公钥 PubKey 解密数字签名ENC_SHA256_SMS 得到 userB_DEC_SHA256_SMS;
•userB 去比较 userB_DEC_SHA256_SMS 和 userB_SHA256_SMS 是不是相同的，如果相同那么确认数字签名是userA发的，并且数据安全没有被篡改。
这样体现了数字签名的两个特性：一是不可冒充，别人假冒不了(因为没有私钥);二是可以保证数据的完整性(因为内容改变信息摘要也改变)；
（4）数字证书
数字签名已经很完美，用公钥能够解密，说明确实是私钥方发送的，这样很放心……
但如果，万一这把公钥本身，就被人做了手脚？？？
为了保证“公钥”是可信的，数字证书应运而生。
数字证书里有个重要概念，CA,发送方先把自己的公钥给CA，CA对其进行加密得到加密后的发送方公钥（用的是CA的私钥和CA加密算法），也就是CA的数字证书。
注意这里有两个不同的非对称算法（对应2个公钥私钥对），一个算法是发送方加密摘要的，用于生成数字签名；另一个算法是CA加密发送方公钥的，用于生成数字证书。两个算法相互独立，没有必然联系。
发送时不仅发送内容、数字签名，还包含发送方的数字证书。接收方拿到后，首先从数字证书中解密出发送方公钥（用的是CA的公钥和CA解密算法），这个公钥必然是可信的。然后就是和前面一样的流程，拿发送方公钥去解密数字证书，得到摘要；最后比对摘要是否一致。
一个问题：既然数字证书是为了保证发送方公钥不是别人伪造的，那怎么保证“CA”的公钥不是伪造的呢？
答：CA是第三方机构，CA公钥是公开的，接收方可以跟别人比对（比如在网上查询），因此不可能伪造。但是发送方公钥，接收方是通过通信得到的，收到后无法验证。