把加密想象成在瓶中发送秘密信息。你有两种方法来确保它的安全：一次性封存整个信息（如块状密码）或逐个字母编码（如流密码）。这两种方法都能保护你的数据，但它们的工作原理却有着本质的不同。
如今，了解块密码与流密码之间的区别已不仅仅是技术专家的专利。这些安全机制是网站保护、网上银行和私人通信的支柱。随着网络威胁变得越来越复杂，了解数据的加密方式有助于为企业做出更明智的安全选择。
让我们来探讨一下这两种加密方法的不同之处，以及为什么它们对网站安全至关重要。
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了解对称加密基础知识
对称加密使用秘密加密密钥将可读信息（明文数据）转换为加密代码（密文）。该系统的优点在于其简单性。同一个密钥可以解锁它所锁定的内容，因此加密和解密相对简单。
当您在网上发送敏感信息时，您的浏览器会自动将您的信用卡号、密码和个人信息转换成只有接收服务器才能破译的乱码。这种转换可以保护您的数据在互联网上传输的过程中不被窥探。
密码的历史可以追溯到数千年前，但现代对称密码学是在 20 世纪中期随着计算系统的发展而形成的。数据加密标准（DES）是 20 世纪 70 年代最先被广泛采用的算法之一，为更先进的方法奠定了基础。
当今的对称密码主要分为两大类：块密码和流密码。每种密码在安全生态系统中都有特定的用途。块密码以块为单位处理数据，而流密码则连续处理信息。这一根本区别影响着从速度到安全应用的方方面面。
什么是区块密码？
块密码是一种加密方法，它将明文信息分解成固定的数据块，而不是处理单个字符。这种方法使用复杂的数学运算同时转换整个信息段。
区块密码对数据进行加密时，会将明文分成64、128 或256比特长的固定大小的区块。每个区段都使用加密密钥进行相同的转换过程。如果最后输入的数据没有填满一个完整的块，系统会在加密过程开始前添加填充（额外比特）以创建统一的大小。
让我们来想象一下区块密码是如何工作的：想象一下将邮件分类放入同样大小的邮箱。每封邮件都必须完美地放入指定的空间，即使这意味着要添加空白纸张来填充较小的纸条。一旦分类完毕，每个信箱都会使用相同的密钥上锁，通过多轮数学扰码转换内容。
分块密码基于两个关键原则：混淆和扩散。混淆模糊了密钥和密文块之间的关系，即使有很多例子也很难猜出密钥。扩散确保只改变明文的一个比特就能改变所产生的密文，从而产生雪崩效应，加强安全性。
对于不完整的数据块，各种填充方案可确保适当的固定块大小。一种是添加零或其他可预测的模式，直到每个数据段达到所需的长度。虽然这略微增加了开销，但却能实现统一处理，从而使块密码在确保互联网通信和敏感数据存储安全方面发挥如此强大的作用。
常见的分块密码算法
加密依靠几种经过实战检验的算法来保护我们的数字生活。让我们来了解一下最流行的加密算法。
- 高级加密标准（AES）:这种强大的加密方法可处理 128 比特的数据块，密钥长度为 128、192 或256 比特。AES 兼具卓越的安全性和惊人的速度，是军事通信和日常HTTPS 连接的首选。
- 数据加密标准（DES）：它开发于 20 世纪 70 年代，凭借其 56 位密钥和 64 位块密码设计，曾一度在安全领域占据主导地位。尽管它具有重要的历史意义，但现代计算能力已使 DES 容易受到暴力破解攻击。因此，三重 DES (3DES) 应运而生，它对每个数据块应用三次 DES 算法，以提供更强的保护，但速度明显慢于更新的选择。
- Blowfish 和 Twofish：Blowfish 是作为 DES 的快速替代品而设计的，提供高达 448 位的可变密钥长度。VeraCrypt和bcrypt 等工具仍将其用于密码散列，OpenSSH等较早的SSH实现中也有使用。它的后继者Twofish 具有 128 位的区块大小，并因其强大的安全设计而入围 AES 竞赛。你可以在 VeraCrypt 等加密工具、使用TrueCrypt 的传统系统和一些OpenVPN插件中找到 Twofish。
当您访问安全网站时，您的连接会使用主要依赖于块密码的TLS（传输层安全）协议。AES 在 HTTPS 连接使用的大多数密码套件中都占有重要地位，可确保您的银行交易、密码输入和私人信息不被拦截。
区块密码的运行模式
块密码模式决定了加密算法如何依次处理多个数据块。这些操作模式会影响安全性、效率和错误处理，因此选择这些模式与选择底层算法本身一样重要。
最简单的方法是电子密码本（ECB 模式），使用相同的密钥对每个区块进行独立加密。这种方法虽然简单明了，但却存在一个重大漏洞：相同的明文块总是生成相同的密文块，可能会泄露数据中的模式。想象一下使用 ECB 模式加密的位图图像–你可能仍然能在加密版本中辨认出原始图像的轮廓！
加密块链（CBC 模式）通过使用初始化向量（IV）并将以前的加密块与当前的加密块连接起来，解决了这一弱点。加密前，每个明文块通过XOR 运算与前一个块的密文结合。
这就形成了一个链，只要改变一个区块，就会影响所有后续区块，从而掩盖模式，加强安全性。大多数安全网站和应用程序都使用 CBC，因为它兼顾了安全性和性能。
其他基本模式包括
- 密码反馈(CFB)：将分块密码转换为自同步流密码，无需等待完整的加密块即可实现实时加密
- 输出反馈（OFB）：使用分块密码生成独立于明文或密文的密钥流，使其不受传输错误的影响
- 计数器 (CTR)：创建加密计数器值流，与明文数据结合生成密文，为高性能需求提供出色的并行化功能
每种模式在安全性、速度和抗错能力之间都有不同的权衡。例如，CBC 模式在不重新同步的情况下无法恢复丢失的数据包，而 CTR 模式允许随机访问任何加密块，而无需处理整个文件。
现在，让我们把目光转向流密码。
什么是流密码？
流密码以连续流的方式处理信息，逐位或逐字节加密数据。这种方法创建了一个持续的加密流，可以适应任何长度的数据，而不需要固定的块或填充。
每个流密码都包含一个随机数发生器，用于创建伪随机密钥流。该密钥流与明文信息相结合，产生加密输出。因此，每一位数据都会被独立转换，从而实现实时加密，无需等待积累数据块。
把数据想象成流经一系列闸门的河流。当每个水滴（比特）到达闸门时，会与随机生成的值结合，改变其性质，然后继续顺流而下。每个比特都会独立转换，形成一个加密流，可以适应任何数量或速度的输入数据。
加密过程完全依赖于生成不可预测的密钥流比特。如果密钥流变得可预测或重复，整个安全系统就会崩溃。这使得流密码对实施细节非常敏感–使用两次相同的密钥流，攻击者就能通过数学分析恢复你的原始信息。
流密码家族主要有两种类型：
- 同步流密码产生的密钥流与信息内容无关，要求发送方和接收方完全同步。
- 自同步流密码的密钥流部分来自先前的密码文本比特，可以自动恢复传输错误或丢失的数据。
由于计算开销和内存要求极低，它们在资源有限或数据以不可预测的突发方式到达的环境中表现出色。逐位处理的方法使其自然而然地适用于数据大小事先未知的应用。
常见的流密码算法
下面列出了用于逐位加密的广为人知的加密算法，以及它们的主要特点和实际应用：
- RC4– 最广为人知的流密码之一，RC4 使用秘密加密密钥生成密钥流，并通过 XOR 运算与明文相结合。RC4 虽然快速简单，但却有很大的安全隐患，而且由于已知的弱点，在 TLS 连接中已被弃用。
- Salsa20– 由丹尼尔-伯恩斯坦（Daniel J. Bernstein）创建，该密码可将输入数据块转化为用于生成密钥流的伪随机比特，与旧版设计相比安全性更高。
- ChaCha20– 作为 Salsa20 的变种，ChaCha20 具有额外的安全增强功能，被 Google 采用于 Chrome 浏览器中的 TLS 连接。它可为移动通信和资源需求有限的系统提供快速、安全的加密。
- Grain-128– 该密码在eSTREAM 项目下开发，针对处理能力和内存有限的物联网设备和嵌入式系统的硬件/软件实施进行了优化。
- A5/1 和 A5/3– 在GSM 技术中用于实时加密语音通话。A5/1 已过时，存在已知漏洞，而 A5/3 则为无线网络提供更好的保护。
区块密码与流密码：主要区别
下面简要介绍一下块状密码和流密码在结构和应用上的区别：
| 特点 | 区块密码 | 流密码 |
| 加工 | 固定大小的区块（如 128 位） | 逐位加密 |
| 主要用途 | 区块的对称密钥相同 | 位/字节的对称密钥相同 |
| 速度 | 速度更慢，开销更大 | 更快、更好地处理实时数据 |
| 资源需求 | 所需资源增加 | 较低的占地面积 |
| 错误传播 | 影响整个街区 | 可能只影响附近的位 |
| 典型使用案例 | TLS/SSL、网络安全、银行应用程序 | 移动通信，全球通技术 |
| 运行模式 | 需要ECB、CBC、CTR等模式 | 通常内置 |
| 需要填充物吗？ | 是 | 没有 |
虽然块状密码和流密码依赖于对称加密，但选择取决于具体情况。对于电子邮件、文件传输或安全网站等结构化数据，具有适当运行模式的块状密码是首选。对于 VoIP 或聊天应用程序等低延迟环境，流密码的性能可能更好。
不过，不同的实现方式对安全的影响也不尽相同。采用 CTR 或 OFB 模式的现代块状密码可以实现类似流的性能，在新的设计中经常取代传统的流密码。
现实世界中如何使用块密码和流密码
- SSL/TLS 连接： 现代 TLS 使用块状密码（如 AES）和流密码，具体取决于使用情况。AES-256 通常用于加密大多数网络流量，确保安全的 HTTPS 连接。
- 无线和移动网络： 流密码通常用于无线通信和移动应用程序的实时加密。WPA3 等协议使用的是具有特殊模式的块状密码，而 WEP 等较早的标准使用的是 RC4，但由于存在安全漏洞，现已被淘汰。
- 电子商务安全： 对称加密可在网上购物时保护信用卡数据和个人信息。AES 等块状密码因其强度和兼容性而备受青睐。
- PCI DSS 合规性：支付系统必须满足严格的要求。主要网关依靠 AES-256 来满足 PCI DSS 标准，并在交易过程中保护金融数据。
- 实例： WhatsApp 和 Signal 等应用程序使用流密码进行安全信息传递。CDN 使用流密码进行加密视频传输。银行系统和医疗保健数据库使用块密码来保护敏感存储数据的安全。
加密趋势和未来发展
随着加密技术的发展，新的挑战正在塑造数据保护的未来。后量子加密技术的发展势头日益强劲，研究人员正在开发专为抵御量子计算机攻击而设计的块和流密码。同时，物联网的兴起推动了对轻量级加密技术的需求，这种加密技术针对资源有限的设备进行了优化，通常使用精简的流密码设计。
在云计算领域，混合加密系统正在兴起。这些系统可根据数据和上下文在区块或流密码之间进行自适应选择，为移动数据提供灵活的保护。网站所有者还应关注基于浏览器的加密 API、零知识加密和同态加密等趋势，它们允许在不暴露数据内容的情况下处理数据。
最后，认证加密模式正在成为标准，将保密性与数据完整性结合起来。量子计算即将到来，NIST 等机构已经在评估下一代加密标准，以应对未来的威胁。
使用可信加密技术保护您的网站
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