密码学中的对手：对称与非对称

现代密码系统主要分为两个领域：对称密码学和非对称密码学。对称加密使用一个密钥来加密和解密信息，而非对称密码学则使用两个相关但不同的密钥。

我们可以将它们分为以下几类：

• 对称密钥密码学
• 对称加密
• 非对称加密(或公钥加密)
• 非对称加密 ( 或 公钥加密)
• 数字签名 ( 可以包含或不包含加密 )

本文专注于对称和非对称加密算法。

对称加密与非对称加密

加密算法通常分为两类：对称和非对称。这些方法之间的根本区别在于，对称算法使用单一密钥，而非对称算法则使用两个不同但在数学上相关的密钥。这一看似简单的区别在两种加密形式及其应用之间产生了重要的功能差异。

密钥之间的关系

在密码学中，加密算法生成的密钥作为比特序列，用于加密和解密信息。这些密钥的使用方式区分了对称和非对称方法。

在对称算法中，使用相同的密钥进行加密和解密，而在非对称算法中，使用一个密钥加密数据，另一个不同的密钥进行解密。在非对称系统中，用于加密的密钥(称为公钥)可以自由共享，而解密密钥(称为私钥)必须保密。

例如，如果爱丽丝向鲍勃发送了一条使用对称加密保护的消息，她必须提供用于加密的相同密钥。这意味着如果攻击者拦截了这个密钥，就可以访问加密的信息。

然而，如果爱丽丝使用非对称加密，她将使用鲍勃的公钥对消息进行加密，只有鲍勃才能用他的私钥解密。因此，非对称加密提供了更高级别的安全性，因为即使有人拦截了消息并找到了公钥，他们也无法对其做任何事情。

密钥长度

另一个重要区别在于对称加密和非对称加密之间的密钥长度，密钥长度以比特为单位，直接与每个算法的安全级别相关。

在对称系统中，密钥是随机选择的，其标准长度根据所需的安全级别在128到256位之间变化。在非对称加密中，公钥和私钥之间必须存在数学关系，这意味着它们通过特定的数学公式相互关联。因此，攻击者可能利用这种模式来破坏加密，因此，非对称密钥必须长得多，以提供相等的安全级别。长度上的差异是如此显著，以至于128位的对称密钥和2048位的非对称密钥提供大约相同的保护级别。

优点和缺点

这两种加密类型都有相对的优缺点。对称算法运行速度更快，所需的计算能力更少，但其主要缺点是密钥分发。由于同一个密钥用于加密和解密信息，因此必须将该密钥传递给所有需要访问的人，这自然会带来一定的风险。

另一方面，非对称加密通过使用公钥进行加密和私钥进行解密来解决密钥分发问题。其妥协在于，非对称系统的速度相较于对称系统非常慢，并且由于密钥的长度，它们需要更多的计算能力。

用例

对称加密

由于其速度，对称加密在许多现代计算机系统中广泛用于保护信息。例如，先进加密标准(AES)被美国政府用于加密机密信息。AES取代了之前的数据加密标准(DES)，该标准于1970年代作为对称加密标准开发。

非对称加密

非对称加密可以应用于许多用户需要加密和解密消息或数据包的系统中，特别是在速度和计算能力不是优先考虑的情况下。这样系统的一个简单例子是加密电子邮件，其中公钥可用于加密消息，私钥可用于解密它们。

混合系统

在许多应用中，对称加密和非对称加密通常联合使用。这些混合系统的一个好例子是安全套接层协议(SSL)和传输层安全协议(TLS)，旨在提供安全的互联网通信。目前，SSL协议被认为是不安全的，不推荐使用。另一方面，TLS协议被认为是安全的，广泛被所有现代网页浏览器使用。

在加密货币中的加密使用

加密方法被许多加密货币钱包用作为最终用户提供高水平安全性的手段。当用户为其钱包文件设置密码时，会应用加密算法，该密码用于访问软件。

然而，由于比特币和其他加密货币使用一对公钥和私钥，存在一个普遍误解，认为区块链系统采用了非对称加密算法。如前所述，非对称加密和数字签名是非对称加密的两个主要用例(公钥密码学)。

因此，并非所有使用数字签名的系统都使用加密，即使它们提供公钥和私钥。实际上，消息可以在不使用加密的情况下进行数字签名。RSA是可以用于签署加密消息的算法的一个例子，但比特币中使用的数字签名算法ECDSA不包括加密。

结论

对称加密和非对称加密在当今数字世界中保护机密信息和通信方面发挥着重要作用。两种加密方式都可能有用，因为它们各自有其优缺点，因此适用于不同的场景。随着密码学作为一门科学不断发展，以保护免受新的和更严重的威胁，对称和非对称密码系统将继续在计算机安全中保持相关性。