常见加密算法详解 - 程序员必知的网络安全基石
作者：唐叔在学习 标签：加密算法 AES RSA MD5 网络安全 数据加密 密码学 区块链安全 信息安全 程序员面试
文章目录
一、为什么要了解加密算法？二、加密算法三大门派1. 哈希算法：数据的"指纹提取器"2. 对称加密：用同一把钥匙加解密3. 非对称加密：公钥私钥双剑合璧
三、实战中的加密组合拳1. HTTPS中的TLS协议2. 区块链中的加密技术3. 密码存储最佳实践
四、加密算法选择指南五、总结与展望
一、为什么要了解加密算法？
各位CSDN的小伙伴们好啊，我是你们的老朋友唐叔！最近有粉丝私信问我："唐叔，面试总被问到加密算法，到底哪些是必须掌握的？"今天咱们就来好好聊聊这个话题。
无论是Web开发、移动App还是区块链应用，加密算法都是守护数据安全的最后防线。掌握这些知识不仅能帮你通过技术面试，更能让你写出更安全的代码。
二、加密算法三大门派
1. 哈希算法：数据的"指纹提取器"
哈希算法就像给数据做"指纹鉴定"，特点是：
单向不可逆固定长度输出微小的输入变化会导致输出巨变
常见算法：
MD5（128位哈希值）：虽然已被证明不安全，但在校验文件完整性时仍被广泛使用
import hashlib
def md5_hash(text):
md5 = hashlib.md5()
md5.update(text.encode('utf-8'))
return md5.hexdigest()
if __name__ == "__main__":
text = "唐叔讲算法"
print(f"MD5哈希值: {md5_hash(text)}")
# 输出示例: a7d8cd9e89d4f5c37f5a7d82b5a3c3f1
SHA系列（尤其是SHA-256）：比特币等区块链技术的基石
import hashlib
def sha256_hash(text):
sha256 = hashlib.sha256()
sha256.update(text.encode('utf-8'))
return sha256.hexdigest()
if __name__ == "__main__":
text = "区块链安全"
print(f"SHA-256哈希值: {sha256_hash(text)}")
# 输出示例: 5e884898da28047151d0e56f8dc6292773603d0d6aabbdd62a11ef721d1542d8
📌 面试热点：为什么密码存储要加盐(Salt)？就是为了防止彩虹表攻击！正确的做法是：hash(密码+随机盐值)
加盐示例
import hashlib
import os
import binascii
def hash_password(password):
# 生成随机盐
salt = os.urandom(16)
# 使用PBKDF2算法
dk = hashlib.pbkdf2_hmac('sha256', password.encode('utf-8'), salt, 100000)
return salt, dk
def verify_password(password, salt, stored_hash):
dk = hashlib.pbkdf2_hmac('sha256', password.encode('utf-8'), salt, 100000)
return dk == stored_hash
if __name__ == "__main__":
password = "securePassword123"
salt, hashed = hash_password(password)
print(f"盐值: {binascii.hexlify(salt).decode()}")
print(f"哈希值: {binascii.hexlify(hashed).decode()}")
# 验证密码
is_valid = verify_password(password, salt, hashed)
print(f"密码验证结果: {is_valid}")
2. 对称加密：用同一把钥匙加解密
就像用同一把钥匙锁门和开门，特点是：
加解密速度快适合大数据量加密密钥分发是难点
主流算法：
AES（高级加密标准）：目前最安全的对称算法，支持128/192/256位密钥
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Random import get_random_bytes
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
import base64
def aes_encrypt(plaintext, key=None):
if key is None:
key = get_random_bytes(16) # AES-128
# 生成随机初始化向量
iv = get_random_bytes(AES.block_size)
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
ciphertext = cipher.encrypt(pad(plaintext.encode('utf-8'), AES.block_size))
return iv, ciphertext, key
def aes_decrypt(iv, ciphertext, key):
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
plaintext = unpad(cipher.decrypt(ciphertext), AES.block_size)
return plaintext.decode('utf-8')
if __name__ == "__main__":
message = "敏感数据"
iv, ciphertext, key = aes_encrypt(message)
print(f"密钥: {base64.b64encode(key).decode()}")
print(f"IV: {base64.b64encode(iv).decode()}")
print(f"加密结果: {base64.b64encode(ciphertext).decode()}")
decrypted = aes_decrypt(iv, ciphertext, key)
print(f"解密结果: {decrypted}")
DES（已淘汰）和3DES：由于安全性问题，现在基本被AES取代
💡 性能对比：AES-256加密1GB文件比RSA快100倍以上，这也是为什么HTTPS协议中实际数据传输使用对称加密
3. 非对称加密：公钥私钥双剑合璧
采用数学难题保证安全，特点是：
公钥加密，私钥解密计算复杂度高适合密钥交换和数字签名
代表算法：
RSA：基于大整数分解难题，2048位密钥是当前安全标准
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP
import base64
def generate_rsa_keys():
key = RSA.generate(2048)
private_key = key.export_key()
public_key = key.publickey().export_key()
return private_key, public_key
def rsa_encrypt(public_key, plaintext):
rsa_key = RSA.import_key(public_key)
cipher = PKCS1_OAEP.new(rsa_key)
ciphertext = cipher.encrypt(plaintext.encode('utf-8'))
return ciphertext
def rsa_decrypt(private_key, ciphertext):
rsa_key = RSA.import_key(private_key)
cipher = PKCS1_OAEP.new(rsa_key)
plaintext = cipher.decrypt(ciphertext)
return plaintext.decode('utf-8')
if __name__ == "__main__":
message = "重要消息"
private_key, public_key = generate_rsa_keys()
print(f"公钥:\n{public_key.decode()}")
print(f"私钥:\n{private_key.decode()}")
encrypted = rsa_encrypt(public_key, message)
print(f"加密结果: {base64.b64encode(encrypted).decode()}")
decrypted = rsa_decrypt(private_key, encrypted)
print(f"解密结果: {decrypted}")
ECC（椭圆曲线加密）：同等安全下密钥更短，特别适合移动设备
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import ec
from cryptography.hazmat.primitives import serialization
from cryptography.hazmat.primitives.kdf.hkdf import HKDF
from cryptography.hazmat.primitives import hashes
def generate_ecc_keys():
private_key = ec.generate_private_key(ec.SECP256R1())
public_key = private_key.public_key()
return private_key, public_key
def ecc_key_exchange(private_key, peer_public_key):
shared_key = private_key.exchange(ec.ECDH(), peer_public_key)
# 使用HKDF派生密钥
derived_key = HKDF(
algorithm=hashes.SHA256(),
length=32,
salt=None,
info=b'handshake data',
).derive(shared_key)
return derived_key
if __name__ == "__main__":
# Alice生成密钥对
alice_private, alice_public = generate_ecc_keys()
# Bob生成密钥对
bob_private, bob_public = generate_ecc_keys()
# Alice计算共享密钥
alice_shared = ecc_key_exchange(alice_private, bob_public)
# Bob计算共享密钥
bob_shared = ecc_key_exchange(bob_private, alice_public)
print(f"Alice的共享密钥: {alice_shared.hex()}")
print(f"Bob的共享密钥: {bob_shared.hex()}")
print(f"密钥是否匹配: {alice_shared == bob_shared}")
🌟 前沿趋势：随着量子计算机发展，基于格密码的后量子加密算法(NIST标准)将成为下一代安全标准
三、实战中的加密组合拳
1. HTTPS中的TLS协议
用RSA/ECC交换AES密钥用AES加密实际通信数据用SHA系列验证数据完整性
2. 区块链中的加密技术
比特币使用SHA-256做工作量证明以太坊账户基于ECDSA(椭圆曲线数字签名算法)智能合约使用Keccak-256作为哈希函数
3. 密码存储最佳实践
四、加密算法选择指南
场景推荐算法密钥长度备注密码存储PBKDF2/bcrypt-必须加盐网络传输AES-256256位配合RSA密钥交换数字签名ECDSA256位比RSA更高效文件校验SHA-256-替代不安全的MD5移动端加密ChaCha20256位比AES更适合ARM
五、总结与展望
通过今天的讲解，唐叔带大家系统梳理了：
哈希算法的"指纹"特性及其安全风险对称加密的高效性及AES的统治地位非对称加密的数学之美与性能瓶颈实际工程中的组合应用方案
随着量子计算和AI安全的发展，加密技术也在不断演进。建议开发者：
及时淘汰MD5/DES等不安全算法关注NIST后量子密码标准化进程在实际项目中合理选择加密组合
思考题：如果你的系统需要同时考虑性能和安全性，你会如何设计加密方案？欢迎在评论区与唐叔交流！
记得点赞收藏，下次唐叔将带来《SSL/TLS协议深度解析》！#网络安全 #加密技术 #程序员进阶
（完）