常用对称算法

数学家和密码学家在设计对称密钥加密算法（如 AES）时，目标是在没有加密密钥的情况下，解密密文在实践中不可行。对于现代安全对称加密算法（如 AES 和 ChaCha20），这一点成立；而对于被视为不安全对称加密算法的其他算法（如 DES 和 RC4），则可能存在争议或并不成立。

一些常用的对称加密算法包括：AES、ChaCha20、CAST、Twofish、IDEA、Serpent、RC5、RC6、Camellia 和 ARIA。在正确配置和使用的情况下，这些算法都被认为是安全的。

AES（Rijndael）

AES（高级加密标准，也称 Rijndael）是现代 IT 行业最流行、应用最广泛的对称加密算法。这是因为 AES 已被证明高度安全、速度快、标准化程度高，并且几乎在所有平台上都得到良好支持。AES 是一种 128 位分组密码，使用 128、192 或 256 位秘密密钥。它通常以 AES-CTR 或 AES-GCM 等分组模式处理流式数据。在大多数分组模式下，AES 还需要一个随机的 128 位初始化向量（IV、nonce）。

Rijndael 在 NIST 组织的 AES 竞赛（1997-2000 年）中胜出，并以“AES”之名正式公布（成为继 DES 之后的下一代官方对称分组密码）。2001 年，AES 被美国政府采纳为官方推荐标准，此后尚未发现重大弱点或攻击。

Rijndael（AES）算法可免费用于任何用途：公共或私人用途、商业或非商业用途均可。

Salsa20 / ChaCha20

Salsa20 及其改进变体 ChaCha（ChaCha8、ChaCha12、ChaCha20）和 XSalsa20，是由著名密码学家 Daniel Bernstein 设计的一系列现代、快速的对称流密码。Salsa20 密码是旨在设计新型对称流密码的 eSTREAM 竞赛（2004-2008 年）的最终候选算法之一，随后与相关的 BLAKE 哈希函数一起被广泛采用。Salsa20 及其变体免版税且未申请专利。

Salsa20 密码以一个 128 位或 256 位对称秘密密钥 + 随机生成的 64 位 nonce（初始化向量）以及不限长度的数据流作为输入，输出与输入流长度相同的加密数据流。与 Salsa20 相关的 ChaCha20 流密码通常与 Poly1305 组合成认证加密构造：ChaCha20-Poly1305。

其他常用对称密码

以下是其他现代安全对称密码。它们的使用频率低于 AES 和 ChaCha20，但在软件开发者和信息安全社区中仍然流行：

  • Serpent)——安全的对称密钥分组密码（密钥大小：128、192 或 256 位），属于公有领域，未申请专利
  • Twofish——安全的对称密钥分组密码（密钥大小：128、192 或 256 位），免版税，未申请专利
  • Camellia)——安全的对称密钥分组密码（分组大小：128 位；密钥大小：128、192 和 256 位），已申请专利，但可免费用于非商业用途
  • RC5——安全的对称密钥分组密码（密钥大小：128 至 2040 位；分组大小：32、64 或 128 位；轮数：1 ... 255），使用短密钥时不安全（56 位密钥已被成功暴力破解），专利于 2015 年到期，现已免版税
  • RC6——安全的对称密钥分组密码，与 RC5 类似但更复杂（密钥大小：128 至 2040 位；分组大小：32、64 或 128 位；轮数：1 ... 255），专利于 2017 年到期，现已免版税
  • IDEA——安全的对称密钥分组密码（密钥大小：128 位），专利于 2012 年到期，现已免版税
  • CAST（CAST-128 / CAST5、CAST-256 / CAST6）——一系列安全的对称密钥分组密码（密钥大小：40 ... 256 位），商业和非商业用途均免版税
  • ARIA)——与 AES 类似的安全对称密钥分组密码（密钥大小：128、192 或 256 位），韩国官方标准，可免费公开使用
  • SM4)——与 AES 类似的安全对称密钥分组密码（密钥大小：128 位），中国官方标准，可免费公开使用

不安全的对称算法

另一些对称加密算法过去曾很流行，但如今被认为不安全（已被攻破的算法）或其安全性存在争议，因此不再推荐使用：

  • DES——56 位密钥，实际上已被攻破，可以暴力破解
  • 3DES（三重 DES）——64 位密码，被认为已被攻破
  • RC2——64 位密码，被认为已被攻破
  • RC4——流密码，已被攻破，已有实用攻击得到验证
  • Blowfish)——旧式 64 位密码，已被攻破，已有实用攻击得到验证
  • GOST)——俄罗斯的 64 位分组密码，安全性存在争议，被认为有风险

对称加密方案／构造

除上述对称密钥密码外，密码学家还提出了许多对称加密方案（构造），例如以下最流行的认证加密（AEAD）方案：

  • ChaCha20-Poly1305
    • 集成 Poly1305 认证器的 ChaCha20 流密码（集成式 AEAD 认证加密）
    • 需要一个 256 位密钥和随机 96 位 nonce
    • 性能极高
    • 大多数现代密码库均已实现
  • AES-256-GCM
    • AES-GCM 是采用 GCM 分组模式的 AES（Rijndael）分组密码（集成式 AEAD 认证加密），其行为类似流密码
    • 需要 256 位密钥和每条消息唯一的 nonce（通常推荐 96 位）
    • 大多数现代密码库均已实现

如今，大多数应用在进行对称加密时都应优先选择上述某种加密方案，而不是自行构造加密方案。上述方案高度安全、经过验证和充分测试，并由密码库开箱即用地提供。

请注意，ChaCha20-Poly1305 是一种高性能密码（在移动设备上比 AES-128-GCM 快 3 倍），因此建议使用它代替 AES-GCM。

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