Python中的Blowfish算法

什么是 Blowfish？

Blowfish 是一种用于加密的技术，于 1993 年由Bruce Schneier 推出。它是DES 加密技术的替代方案。这项技术比 DES 技术更快，并提供了有效的对称密钥加密。它具有 8 字节的块大小，并支持 4 到 56 字节的可变长度密钥。这项技术是首批安全的分组密码之一，是一种开源技术，没有专利，对所有人开放。

Blowfish 算法的规格如下：

• 密钥大小 (keySize)： 密钥大小范围从 32 位到 448 位。
• 块大小 (blockSize)： 块大小为 64 位。
• 子密钥数量： 包含 18 个数组类型的子密钥。
• 轮数 (number of rounds)： 包含 16 轮。
• 替换框数量 (number of substitution boxes)： 包含 4 个替换框（每个框包含 512 个 32 位条目）。

Blowfish 的特点

1. Feistel 密码： Blowfish 算法使用 Feistel 密码结构，将明文分成两半。然后，它使用各种数学运算对每一半进行加密。
2. 分组密码： Blowfish 是一种分组密码加密算法。它一次处理 64 位明文块。
3. 可变密钥长度： Blowfish 算法提供高达 448 位的可变密钥长度，与其他加密算法相比，使其更加安全。
4. 对称密钥加密： Blowfish 算法使用对称密钥加密系统。这意味着加密和解密过程使用相同的密钥。

现在，让我们逐步理解 Blowfish 算法。

Blowfish 算法包含两个部分：加密和解密。

首先，我们将理解加密过程。

步骤 1：子密钥生成

在此步骤中，通过将密钥扩展算法应用于原始密钥来创建加密密钥，从而生成一系列子密钥。加密和解密过程都需要 18 个子密钥（P[0].... P[17]）。这些子密钥可用于两个过程，并存储在 P 数组中（每个数组元素包含一个 32 位条目）。生成的子密钥用 pi(ind) 的数字初始化，其中 ind 是密钥的索引。

然后，子密钥被更改为其对应的输入密钥（18 个 32 位子密钥）。

步骤 2：替换框初始化

该算法在加密和解密过程中都需要 4 个替换框（S[0]....S[4]）（每个替换框包含 256 个 32 位条目）。在 P 数组初始化后，用 pi(ind) 的数字初始化替换密钥。

步骤 3：加密

加密过程包含两个部分：

• 轮次： 加密过程有 16 轮，每一轮都以上一轮的明文输入及其对应的子密钥作为输入。
• 后处理： 对 16 轮加密后产生的输出进行处理，应用最终的置换，然后生成 64 位密文。

让我们在 Python 中实现加密过程。

Python 提供了 pycryptodome 库来实现 Blowfish 算法。cryto.cipher 类包含 Blowfish 包。

现在，让我们理解解密过程。

解密是加密过程的逆过程。与加密过程类似，加密过程中获得的密文被分成 64 位块。解密过程中生成的子密钥与加密过程相同，通过密钥调度实现。

对于解密过程，通过将块传递给函数总共 16 次，并使用 16 个子密钥按相反顺序进行解密。然后将函数的输出与 32 位的密文块进行 XOR 运算。此过程递归地完成，直到所有 64 位密文块都被解密。

让我们在 Python 中实现解密过程。

Blowfish 算法的应用

Blowfish 算法可用于各种需要数据保护和安全通信的应用。以下是 Blowfish 算法的一些示例和应用：

1. Blowfish 算法可用于加密电子邮件消息，从而保护信息免遭泄露或被盗。
2. Blowfish 算法还可以存储在线账户的密码，并保护它们免遭滥用。
3. 它还在传输过程中加密文件，并有助于防止任何未经授权的访问。
4. 它还可以加密 VPN 流量，以提供各种设备之间的安全通信。

Blowfish 算法的优势

• Blowfish 算法是用于加密文本的最常用算法。
• 它是一种快速、安全且高效的算法。
• 它易于实现，并可与不同的编程语言和平台一起使用。

Blowfish 算法的局限性

• Blowfish 算法之后引入了更多新算法，这使其安全性降低。
• Blowfish 算法使用 64 位块大小，使其更容易受到某些密码学攻击。