什麼是對稱加密？

採用單鑰密碼系統的加密方法，同一個金鑰可以同時用作資訊的加密和解密，這種加密方法稱為對稱加密，也稱為單金鑰加密。

目錄

1 定義

2 工作流程

3 常用演算法

##4 優缺點

定義

需要對加密和解密使用相同金鑰的加密演算法。由於其速度快，對稱性加密通常在訊息發送方需要加密大量資料時使用。對稱性加密也稱為密鑰加密。

所謂對稱，就是採用這種加密方法的雙方使用方式用同樣的金鑰進行加密和解密。密鑰是控制加密及解密過程的指令。演算法是一組規則，規定如何進行加密和解密。

因此[1]  加密的安全性不僅取決於加密演算法本身，金鑰管理的安全性更是重要。因為加密和解密都使用同一個金鑰，如何把金鑰安全地傳遞到解密者手上就成了必須解決的問題。

工作過程

下面舉個例子來簡單說明對稱加密的工作過程。甲和乙是一對生意搭檔，他們住在不同的城市。由於生意上的需要，他們經常會彼此之間郵寄重要的貨物。為了確保貨物的安全，他們商定製作一個保險盒，將物品放入其中。他們打造了兩把相同的鑰匙分別保管，以便在收到包裹時用這個鑰匙打開保險盒，並在郵寄貨物前用這把鑰匙鎖上保險盒。

上面是一個將重要資源安全傳遞到目的地的傳統方式，只要甲乙小心保管好鑰匙，那麼就算有人得到保險盒，也無法打開。這個思想被用到了現代電腦通訊的資訊加密。在對稱加密中，資料發送方將明文（原始資料）和加密金鑰一起經過特殊加密演算法處理後，使其變成複雜的加密密文發送出去。接收者收到密文後，若想解讀原文，則需要使用加密金鑰及相同演算法的反向演算法對密文解密，才能使其恢復成可讀明文。在對稱加密演算法中，使用的金鑰只有一個，發收信雙方都使用這個金鑰對資料進行加密和解密。

openssl enc -ciphername [-in filename] [-out filename] [-pass arg] [-e] [-d] [-a/-base64] [-k password] [- S salt] [-salt] [-md] [-p/-P]

選項說明：

-ciphername：指定對稱加密演算法(如des3)，可獨立於enc直接使用，如openssl des3或openssl enc -des3。建議在enc後面使用，這樣不依賴硬體

-in filename ：輸入文件，不指定時預設是stdin

-out filename：輸出文件，不指定時預設為stdout

-e：對輸入檔案加密操作，不指定時預設為該選項

-d：對輸入檔案解密操作，只有顯示指定該選項才是解密# -pass：傳遞加、解密時的明文密碼。若驗證簽署時實用的公鑰或私鑰檔案是加密過的，則需要傳遞密碼來解密。密碼的格式請見"openssl 密碼格式

"

-k     ：已被"-pass"取代，現在還保留是為了相容舊版的openssl

-base64：在加密後和解密前進行base64編碼或解密，不指定時預設為二進位。注意，編碼不是加解密的一部分，而是加解密前後對資料的格式"整理"

-a：等價於-base64

-salt：單向加密時使用salt複雜化單向加密的結果，此為預設選項，且使用隨機salt值

-S salt：不使用隨機salt值，而是自訂salt值，但只能在16進位範圍內字元的組合，即"0-9a-fA-F"的任一個或多個組合

-p：列印加解密時salt值、key值和IV初始化向量值（也是複雜化加密的一種方式），解密時也輸出解密結果，見後文範例

-P：和-p選項作用相同，但是列印時直接退出工具，不進行加密或解密動作

#-md：指定單向加密演算法，預設md5。演算法是拿來加密key部分的，見後文分析。

支援的單向加密演算法有：

-md4            to use the md4 message digest algorithm-md5            to use the md5 message digest algorithm-ripemd160      to use the ripemd160 message digest algorithm-sha            to use the sha message digest algorithm-sha1           to use the sha1 message digest algorithm-sha224         to use the sha224 message digest algorithm-sha256         to use the sha256 message digest algorithm-sha384         to use the sha384 message digest algorithm-sha512         to use the sha512 message digest algorithm-whirlpool      to use the whirlpool message digest algorithm

#支援的對稱加密演算法有：

###

-aes-128-cbc               -aes-128-cbc-hmac-sha1     -aes-128-cfb             
-aes-128-cfb1              -aes-128-cfb8              -aes-128-ctr             
-aes-128-ecb               -aes-128-gcm               -aes-128-ofb             
-aes-128-xts               -aes-192-cbc               -aes-192-cfb             
-aes-192-cfb1              -aes-192-cfb8              -aes-192-ctr             
-aes-192-ecb               -aes-192-gcm               -aes-192-ofb             
-aes-256-cbc               -aes-256-cbc-hmac-sha1     -aes-256-cfb             
-aes-256-cfb1              -aes-256-cfb8              -aes-256-ctr             
-aes-256-ecb               -aes-256-gcm               -aes-256-ofb             
-aes-256-xts               -aes128                    -aes192                  
-aes256                    -bf                        -bf-cbc                  
-bf-cfb                    -bf-ecb                    -bf-ofb                  
-blowfish                  -camellia-128-cbc          -camellia-128-cfb        
-camellia-128-cfb1         -camellia-128-cfb8         -camellia-128-ecb        
-camellia-128-ofb          -camellia-192-cbc          -camellia-192-cfb        
-camellia-192-cfb1         -camellia-192-cfb8         -camellia-192-ecb        
-camellia-192-ofb          -camellia-256-cbc          -camellia-256-cfb        
-camellia-256-cfb1         -camellia-256-cfb8         -camellia-256-ecb        
-camellia-256-ofb          -camellia128               -camellia192             
-camellia256               -cast                      -cast-cbc                
-cast5-cbc                 -cast5-cfb                 -cast5-ecb               
-cast5-ofb                 -des                       -des-cbc                 
-des-cfb                   -des-cfb1                  -des-cfb8                
-des-ecb                   -des-ede                   -des-ede-cbc             
-des-ede-cfb               -des-ede-ofb               -des-ede3                
-des-ede3-cbc              -des-ede3-cfb              -des-ede3-cfb1           
-des-ede3-cfb8             -des-ede3-ofb              -des-ofb                
-des3                      -desx                      -desx-cbc                
-id-aes128-GCM             -id-aes128-wrap            -id-aes128-wrap-pad      
-id-aes192-GCM             -id-aes192-wrap            -id-aes192-wrap-pad      
-id-aes256-GCM             -id-aes256-wrap            -id-aes256-wrap-pad      
-id-smime-alg-CMS3DESwrap  -idea                      -idea-cbc                 
-idea-cfb                  -idea-ecb                  -idea-ofb                
-rc2                       -rc2-40-cbc                -rc2-64-cbc              
-rc2-cbc                   -rc2-cfb                   -rc2-ecb                 
-rc2-ofb                   -rc4                       -rc4-40                  -rc4-hmac-md5              -seed                      -seed-cbc                
-seed-cfb                  -seed-ecb                  -seed-ofb

###

在给出openssl enc命令用法示例之前，先解释下对称加密和解密的原理和过程。

对称加解密时，它们使用的密码是完全相同的，例如"123456"，但这是密码，且是明文密码，非常不安全，所以应该对此简单密码进行复杂化。最直接的方法是使用单向加密计算出明文密码的hash值，单向加密后新生成的密码已经比较安全(称之为密钥比较好)，可以作为对称加密时的对称密钥。另外，由于同一单向加密算法对相同明文密码的计算结果是完全一致的，这样解密时使用相同的单向加密算法就能计算出完全相同的密钥，也就是解密时的对称密钥。如果想要更安全，还可以在对称加密后对加密文件进行重新编码，如使用"base64"、二进制或hex编码方式进行编码，但对应的在解密前就需要先解码，解码后才能解密。

所以，将对称加、解密的机制简单概括如下：

对称加密机制：根据指定的单向加密算法，对输入的明文密码进行单向加密(默认是md5)，得到固定长度的加密密钥，即对称密钥，再根据指定的对称加密算法，使用对称密钥加密文件，最后重新编码加密后的文件。即单向加密明文密码结果作为对称密钥、使用对称密钥加密文件、对文件重新编码。

对称解密机制：先解码文件，再根据单向加密算法对解密时输入的明文密码计算得到对称密钥，依此对称密钥对称解密解码后的文件。

因此，解密过程中使用的解码方式、单向加密和对称加密算法都必须一致，且输入的密码必须是正确密码。但需要注意的一点是，解密时可以不指定salt，因为加密时使用的salt会记录下来，解密时可以读取该salt。

如下图所示，分别是加密和解密过程示意图。

示例：

以加密/etc/fstab的备份文件/tmp/test.txt为例。

(1).首先测试openssl enc的编码功能。由于未指定密码选项"-k"或"-pass"，所以仅仅只进行编码而不进行加密，因此也不会提示输入密码。

[root@xuexi tmp]# openssl enc -a -in test.txt -out test_base64.txt

[root@xuexi tmp]# cat test_base64.txt
CiMKIyAvZXRjL2ZzdGFiCiMgQ3JlYXRlZCBieSBhbmFjb25kYSBvbiBUaHUgTWF5
IDExIDA0OjE3OjQ0IDIwMTcKIwojIEFjY2Vzc2libGUgZmlsZXN5c3RlbXMsIGJ5
IHJlZmVyZW5jZSwgYXJlIG1haW50YWluZWQgdW5kZXIgJy9kZXYvZGlzaycKIyBT
ZWUgbWFuIHBhZ2VzIGZzdGFiKDUpLCBmaW5kZnMoOCksIG1vdW50KDgpIGFuZC9v
ciBibGtpZCg4KSBmb3IgbW9yZSBpbmZvCiMKVVVJRD1iMmE3MGZhZi1hZWE0LTRk
OGUtOGJlOC1jNzEwOWFjOWM4YjggLyAgICAgICAgICAgICAgICAgICAgICAgeGZz
ICAgICBkZWZhdWx0cyAgICAgICAgMCAwClVVSUQ9MzY3ZDZhNzctMDMzYi00MDM3
LWJiY2ItNDE2NzA1ZWFkMDk1IC9ib290ICAgICAgICAgICAgICAgICAgIHhmcyAg
ICAgZGVmYXVsdHMgICAgICAgIDAgMApVVUlEPWQ1MDUxMTNjLWRhYTYtNGMxNy04
YjAzLWIzNTUxY2VkMjMwNSBzd2FwICAgICAgICAgICAgICAgICAgICBzd2FwICAg
IGRlZmF1bHRzICAgICAgICAwIDAK

再以base64格式进行解码。

[root@xuexi tmp]# openssl enc -a -d -in test_base64.txt              
 #
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Thu May 11 04:17:44 2017#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info#
UUID=b2a70faf-aea4-4d8e-8be8-c7109ac9c8b8 /                       xfs     defaults        0 0UUID=367d6a77-033b-4037-bbcb-416705ead095 /boot                   xfs     defaults        0 0UUID=d505113c-daa6-4c17-8b03-b3551ced2305 swap                    swap    defaults        0 0

实际上，上述编码和解码的过程严格地说也是对称加密和解密，因为openssl enc默认会带上加密选项"-e"，只不过因为没有指定输入密码选项，使用的加密密码为空而已，且单向加密算法使用的也是默认值。解密时也一样。

(2).测试使用des3对称加密算法加密test.txt文件。

[root@xuexi tmp]# openssl enc -a -des3 -in test.txt -out test.1 -pass pass:123456 -md md5

加密后，查看加密后文件test.1的结果。

[root@xuexi tmp]# cat test.1U2FsdGVkX1+c/d4NsXnY6Pd7rcZjGSsMRJWQOP0s5sxH6aLE5iCYjKEAbGac//iRwkUUh6a57OpUA3+OOCKB4z+IxBcKo67BUDGR9vYeCfkobH9F+mSfVzZbXBrJmxwf
921tJ+8K+yKB6DjJfufpW+DWXmH8MFyvK60wnYHsfUQOp81EvaUtEfqEKIS8hgg7
4NTOyww+/VMDdc2wmkf08XNQUPlVtLaSx3vuBisxRdu8raiKWGGOB7qCwELCxDqu
NaRCIh0VjjffGohAOMMsAQ2kFCDUKx0Z4Df5fvifhPXoHfsj2lI216BPG5Cy88K2
KV78DoBm4pnMAymo/HRRF95LjvWYZIN88hIVN67u2j9zqSGeuyJakMyDVhYYmrHl
sMr2YTbTwus2DiO6qAzt/0a9nocTVKfGR81Xsh0a0ZudjtrMl5H36YJawpldvUCa
DzXPsbpQrp0VGi2HvJ4EVKKEx2uh8XYWmJ4ytj1s1wtCR6wQhmERtInGwULWTyI+agXStSB5XzsvAJRJvexsaNycj5lAoQ8O6YXEj7B0inB7nBQTFbwkXyvJqXpr1179
i67leYc59OvlhRMA+GLW4g/Mg5dN5SBmgt1ChOJs4887zAUyLYrLvR4zDK6IQN/M
P6F15c9V+m9pw2t32sUQQmYrYqOV/AQf0t0EwvA0Myjmfqtvmp555Q==

解密文件test.1。

[root@xuexi tmp]# openssl enc -a -des3 -d -in test.1 -out test.2 -pass pass:123456 -md md5 [root@xuexi tmp]# cat test.2
 #
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Thu May 11 04:17:44 2017#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info#
UUID=b2a70faf-aea4-4d8e-8be8-c7109ac9c8b8 /                       xfs     defaults        0 0UUID=367d6a77-033b-4037-bbcb-416705ead095 /boot                   xfs     defaults        0 0UUID=d505113c-daa6-4c17-8b03-b3551ced2305 swap                    swap    defaults        0 0

(3).加密时带上点盐salt。其实不写时默认就已经加入了，只不过是加入随机盐值。使用-S可以指定明确要使用的盐的值。但是盐的值只能是16进制范围内字符的组合，即"0-9a-fA-F"的任意一个或多个组合。

[root@xuexi tmp]# openssl enc -a -des3 -S 'Fabc' -in test.txt -out test.1 -pass pass:123456 -md md5

解密。解密时不用指定salt值，即使指定了也不会影响解密结果。      

[root@xuexi tmp]# openssl enc -a -des3 -d -in test.1 -pass pass:123456 -md md5               
 #
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Thu May 11 04:17:44 2017#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info#
UUID=b2a70faf-aea4-4d8e-8be8-c7109ac9c8b8 /                       xfs     defaults        0 0UUID=367d6a77-033b-4037-bbcb-416705ead095 /boot                   xfs     defaults        0 0UUID=d505113c-daa6-4c17-8b03-b3551ced2305 swap                    swap    defaults        0 0

[root@xuexi tmp]# openssl enc -a -des3 -d -S 'Fabcxdasd' -in test.1 -pass pass:123456 -md md5
 #
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Thu May 11 04:17:44 2017#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk'# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info#
UUID=b2a70faf-aea4-4d8e-8be8-c7109ac9c8b8 /                       xfs     defaults        0 0UUID=367d6a77-033b-4037-bbcb-416705ead095 /boot                   xfs     defaults        0 0UUID=d505113c-daa6-4c17-8b03-b3551ced2305 swap                    swap    defaults        0 0

(4).在测试下"-p"和"-P"选项的输出功能。小写字母p不仅输出密钥算法结果，还输出加解密的内容，而大写字母P则只输出密钥算法结果。

加密时的情况。

[root@xuexi tmp]# openssl enc -a -des3 -S 'Fabc' -in test.txt -out test.1 -pass pass:123456 -md md5 -psalt=FABC000000000000
key=885FC58E6C822AEFC8032B4B98FA0355F8482BD654739F3D
iv =5128FDED01EE1499

其中key就是单向加密明文密码后得到的对称密钥，iv是密码运算时使用的向量值。

再看解密时的情况，此处加上了salt。

[root@xuexi tmp]# openssl enc -a -des3 -d -S 'Fabc' -in test.1 -pass pass:123456 -md md5 -Psalt=FABC000000000000
key=885FC58E6C822AEFC8032B4B98FA0355F8482BD654739F3D
iv =5128FDED01EE1499

若解密时不指定salt，或者随意指定salt，结果如下。

[root@xuexi tmp]# openssl enc -a -des3 -d -in test.1 -pass pass:123456 -md md5 -P         salt=FABC000000000000
key=885FC58E6C822AEFC8032B4B98FA0355F8482BD654739F3D
iv =5128FDED01EE1499

[root@xuexi tmp]# openssl enc -a -des3 -S 'FabM' -d -in test.1 -pass pass:123456 -md md5 -Psalt=FABC000000000000
key=885FC58E6C822AEFC8032B4B98FA0355F8482BD654739F3D
iv =5128FDED01EE1499

可见，解密时，只要指定和加密时相同编码格式和单向加密算法，密钥的结果就是一样的，且解密时明确指定salt是无意义的，因为它可以读取到加密时使用的salt。

甚至，解密时指定不同的对称加密算法，密钥结果也是一样的。

[root@xuexi tmp]# openssl enc -a -desx -d -in test.1 -pass pass:123456 -md md5 -p salt=FABC000000000000
key=885FC58E6C822AEFC8032B4B98FA0355F8482BD654739F3D
iv =5128FDED01EE1499

由此，能推理出对称加密时使用的对称密钥和对称算法是毫无关系的。

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