一、介绍
这是一次信息系统防护课程的作业，老师是邹海涛老师。要求是自己设计一个加密算法，我们小组设计的算法如下。
二、背景知识
（1）算法的提出
在信息系统防护的课程上，讲了MD5加密算法，MD5是计算机安全领域广泛使用的一种散列函数，可以产生信息摘要，可以提供消息的完整性保护，同时MD5也是不可逆的单向加密算法。MD5用来进行文件校验的方案大量用于软件下载站、论坛数据库、系统文件安全等方面。
然而，随着快速MD5碰撞生成器的产生，单纯的MD5其实并不可靠。
因此，我们组设计出一种将MD5产生的摘要做二次处理，以增强安全性形成新的算法，解决了单纯MD5加密易被破解的问题。
设计并没有就此结束。在加密的最后阶段，明文与最终的密码表之间如果用简单的数值对应实则不够安全。在这里，我们再次设计了一个类似于Base64的加密算法。Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节码的编码方式之一，是二进制到字符的过程，可用于在HTTP环境下传递较长的信息标识。
准确的说，我们参考Base64设计的加密方式严格来讲并不是一种真正的加密算法，而是一种改进版的更具安全性的自定义的对应法则，这也加强了安全性。
（2）关于MD5
MD5算法的全名是Message DigestAlgorithm MD5，中文名为消息摘要算法第五版。是为计算机安全领域广泛使用的一种散列函数，用以提高消息的完整性保护。MD5是MD4算法的增强版，1991年由Rivest开发。MD5提供一致性验证、数字签名、安全访问认证。是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密匙前被"压缩"成一种保密的格式（就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的大整数）。不管是MD2、MD4还是MD5，它们都需要获得一个随机长度的信息并产生一个128位的信息摘要。虽然这些算法的结构或多或少有些相似，但MD2的设计与MD4和MD5完全不同，那是因为MD2是为8位机器做过设计优化的，而MD4和MD5却是面向32位的电脑。这三个算法的描述和C语言源代码在Internet RFCs 1321中有详细的描述，这是一份最权威的文档，由Ronald L. Rivest在1992年8月向IETF提交。
但是MD5的弱点也被发现。2004年8月17日的美国加州圣巴巴拉的国际密码学会议（Crypto’2004）上，来自中国山东大学的王小云教授做了破译MD5、HAVAL-128、 MD4和RIPEMD算法的报告，公布了MD系列算法的破解结果。宣告了固若金汤的世界通行密码标准MD5的堡垒轰然倒塌，引发了密码学界的轩然大波。(注意:并非是真正的破解，只是加速了杂凑冲撞）
在实际应用当中，MD5凭借其方便存储、文件完整性验证、不可逆、加密损耗低等优点，广泛被应用于用户加密、请求参数校验、文件校验等场景中发挥着重要作用，在日常的开发中MD5校验技术能有效地避免一些安全问题。
（3）关于Base64
Base64编码是从二进制到字符的过程，可用于在HTTP环境下传递较长的标识信息。例如，在Java Persistence系统Hibernate中，就采用了Base64来将一个较长的唯一标识符（一般为128-bit的UUID）编码为一个字符串，用作HTTP表单和HTTP GET URL中的参数。在其他应用程序中，也常常需要把二进制数据编码为适合放在URL（包括隐藏表单域）中的形式。此时，采用Base64编码具有不可读性，需要解码后才能阅读。
Base64是用64个可打印字符表示二进制所有数据方法。由于2的6次方等于64，所以可以用每6个位元为一个单元，对应某个可打印字符。我们知道三个字节有24个位元，就可以刚好对应于4个Base64单元，即3个字节需要用4个Base64的可打印字符来表示。在Base64中的可打印字符包括字母A-Z、a-z、数字0-9 ，这样共有62个字符，此外两个可打印符号在不同的系统中一般有所不同。但是，我们经常所说的Base64另外2个字符是：“+/”。这64个字符。
另外，在 转换的时候，将三个byte的数据，先后放入一个24bit的缓冲区中，先来的byte占高位。如果数据不足3byte的话，缓冲区中剩下的bit用0来补足。
（1）先设计一个原始密码表和一个密钥
（2）用MD5对密钥进行加密，hash出一个32位字符串的MD5
（3）再用这个32位的MD5字符串对原来的密码表进行加密，其中的加密规则是我们组自行设计的
（4）最后得到一个全新的密码表
（5）将待加密的明文转ASCII，然后将每个字节的二进制位拼接，不足的位数从左侧补0，再每5位分隔得到十进制的数字
（6）用刚才得到的数字作为下标从（4）中的密码表中取出对应字符即完成了对明文的加密
四、 程序
# 初始化密码表
原始密码表为abcdefghijklmnop
qrstuvwxyzABCDEF
将密钥通过md5生成32位的hash，然后每4位为一组
第一排密码表的第1位和第2位交换
第二排密码表的第3位和第4位交换
# 加密
将明文转ASCII，然后将每个字节的二进制位拼接，再每5位分隔得到数字，不足的位数从左侧补0
形如
abc->110000111000101100011
->00110 00010 11000 10011 00011
->6 2 24 19 3
用刚才得到的数字作为下标从密码表中取出对应字符即可
# 解密
同理生成密码表后通过密文找到下标，然后转成二进制拼接，再从右向左每8位合成字符即可
py3代码：
import hashlib
# Create Table
def CT(key):
oritable = [i for i in "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEF"]
h = hashlib.md5(key).digest().hex()
for i in range(len(h)//2):
p = int(h[i], 16) + i%2*16
q = int(h[i+1], 16) + i%2*16
oritable[p], oritable[q] = oritable[q], oritable[p]
table = "".join(oritable)
print("table: ", table)
return table
# Encrypt
def encrypt(text, key):
table = CT(key)
c = ""
f = bin(int(text.hex(), 16))[2:]
print(f)
f = (5-len(f)%5)*'0' + f
print(f)
for i in range(len(f)//5):
p = f[5*i:5*i+5]
print(p, end='\t')
p = int(p, 2)
print(p, end='\t')
print(table[p])
c += table[p]
print("cipher: ", c)
return c
# Decrypt
def find(x, table):
return table.index(x)
def decrypt(c, key):
table = CT(key)
p = ""
for i in c:
p += bin(find(i, table))[2:].zfill(5)
print(p)
return bytes.fromhex(hex(int(p, 2))[2:])
# Example
text = b"this is plain"
key = b"this is key"
c = encrypt(text, key)
print("decrypt: ", decrypt(c, key))