密碼學中的對手：對稱與非對稱

現代密碼系統主要分爲兩個領域：對稱密碼學和非對稱密碼學。對稱加密使用一個密鑰來加密和解密信息，而非對稱密碼學則使用兩個相關但不同的密鑰。

我們可以將它們分爲以下幾類：

• 對稱密鑰密碼學
• 對稱加密
• 非對稱加密(或公鑰加密)
• 非對稱加密 ( 或 公鑰加密)
• 數字籤名 ( 可以包含或不包含加密 )

本文專注於對稱和非對稱加密算法。

對稱加密與非對稱加密

加密算法通常分爲兩類：對稱和非對稱。這些方法之間的根本區別在於，對稱算法使用單一密鑰，而非對稱算法則使用兩個不同但在數學上相關的密鑰。這一看似簡單的區別在兩種加密形式及其應用之間產生了重要的功能差異。

密鑰之間的關係

在密碼學中，加密算法生成的密鑰作爲比特序列，用於加密和解密信息。這些密鑰的使用方式區分了對稱和非對稱方法。

在對稱算法中，使用相同的密鑰進行加密和解密，而在非對稱算法中，使用一個密鑰加密數據，另一個不同的密鑰進行解密。在非對稱系統中，用於加密的密鑰(稱爲公鑰)可以自由共享，而解密密鑰(稱爲私鑰)必須保密。

例如，如果愛麗絲向鮑勃發送了一條使用對稱加密保護的消息，她必須提供用於加密的相同密鑰。這意味着如果攻擊者攔截了這個密鑰，就可以訪問加密的信息。

然而，如果愛麗絲使用非對稱加密，她將使用鮑勃的公鑰對消息進行加密，只有鮑勃才能用他的私鑰解密。因此，非對稱加密提供了更高級別的安全性，因爲即使有人攔截了消息並找到了公鑰，他們也無法對其做任何事情。

密鑰長度

另一個重要區別在於對稱加密和非對稱加密之間的密鑰長度，密鑰長度以比特爲單位，直接與每個算法的安全級別相關。

在對稱系統中，密鑰是隨機選擇的，其標準長度根據所需的安全級別在128到256位之間變化。在非對稱加密中，公鑰和私鑰之間必須存在數學關係，這意味着它們通過特定的數學公式相互關聯。因此，攻擊者可能利用這種模式來破壞加密，因此，非對稱密鑰必須長得多，以提供相等的安全級別。長度上的差異是如此顯著，以至於128位的對稱密鑰和2048位的非對稱密鑰提供大約相同的保護級別。

優點和缺點

這兩種加密類型都有相對的優缺點。對稱算法運行速度更快，所需的計算能力更少，但其主要缺點是密鑰分發。由於同一個密鑰用於加密和解密信息，因此必須將該密鑰傳遞給所有需要訪問的人，這自然會帶來一定的風險。

另一方面，非對稱加密通過使用公鑰進行加密和私鑰進行解密來解決密鑰分發問題。其妥協在於，非對稱系統的速度相較於對稱系統非常慢，並且由於密鑰的長度，它們需要更多的計算能力。

用例

對稱加密

由於其速度，對稱加密在許多現代計算機系統中廣泛用於保護信息。例如，先進加密標準(AES)被美國政府用於加密機密信息。AES取代了之前的數據加密標準(DES)，該標準於1970年代作爲對稱加密標準開發。

非對稱加密

非對稱加密可以應用於許多用戶需要加密和解密消息或數據包的系統中，特別是在速度和計算能力不是優先考慮的情況下。這樣系統的一個簡單例子是加密電子郵件，其中公鑰可用於加密消息，私鑰可用於解密它們。

混合系統

在許多應用中，對稱加密和非對稱加密通常聯合使用。這些混合系統的一個好例子是安全套接層協議(SSL)和傳輸層安全協議(TLS)，旨在提供安全的互聯網通信。目前，SSL協議被認爲是不安全的，不推薦使用。另一方面，TLS協議被認爲是安全的，廣泛被所有現代網頁瀏覽器使用。

在加密貨幣中的加密使用

加密方法被許多加密貨幣錢包用作爲最終用戶提供高水平安全性的手段。當用戶爲其錢包文件設置密碼時，會應用加密算法，該密碼用於訪問軟件。

然而，由於比特幣和其他加密貨幣使用一對公鑰和私鑰，存在一個普遍誤解，認爲區塊鏈系統採用了非對稱加密算法。如前所述，非對稱加密和數字籤名是非對稱加密的兩個主要用例(公鑰密碼學)。

因此，並非所有使用數字籤名的系統都使用加密，即使它們提供公鑰和私鑰。實際上，消息可以在不使用加密的情況下進行數字籤名。RSA是可以用於簽署加密消息的算法的一個例子，但比特幣中使用的數字籤名算法ECDSA不包括加密。

結論

對稱加密和非對稱加密在當今數字世界中保護機密信息和通信方面發揮着重要作用。兩種加密方式都可能有用，因爲它們各自有其優缺點，因此適用於不同的場景。隨着密碼學作爲一門科學不斷發展，以保護免受新的和更嚴重的威脅，對稱和非對稱密碼系統將繼續在計算機安全中保持相關性。