對稱加密和非對稱加密：比較分析

現代密碼學分爲兩個主要分支：對稱和非對稱。對稱加密通常等同於對稱密鑰加密，而非對稱則包括兩個基本應用：公鑰加密和數字籤名。

該分類可以按以下方式構建：

對稱密鑰加密:

• 對稱密鑰加密

非對稱加密(或公鑰加密):

• 非對稱加密
• 數字籤名 (有或沒有加密)

在本文中，我們將重點研究對稱密鑰加密和非對稱加密算法。

對稱密鑰加密和非對稱加密之間的區別

這兩種方法之間的主要區別在於使用的密鑰數量。對稱密鑰加密算法使用一個唯一的密鑰，而非對稱算法則使用一對相關但不同的密鑰。這種表面上的簡單性帶來了重要的功能和應用差異。

密鑰之間的關係

在對稱密鑰加密中，算法生成密鑰作爲比特序列，用於加密和解密信息。使用這些密鑰的方式區分了對稱方法和非對稱方法。

對稱密鑰加密採用相同的密鑰進行兩種操作，而非對稱加密則使用一把密鑰進行加密，另一把密鑰進行解密。在非對稱系統中，公鑰(可以自由分享，但私鑰)必須保密。

例如，如果安娜以對稱密鑰加密的方式向卡洛斯發送消息，她必須提供給他用於加密的相同密鑰。這意味着，如果第三方截獲了通訊，他們可能會訪問加密的內容。

相反，如果安娜使用非對稱加密方法，她將使用卡洛斯的公鑰對消息進行加密，卡洛斯將使用他的私鑰進行解密。因此，非對稱加密提供了更高的安全性，因爲即使有人截獲了消息並獲得了公鑰，他們也無法解密這些消息。

密鑰的長度

兩種加密類型之間的另一個顯著區別是密鑰的長度，以位爲單位測量，並與每種算法的安全級別直接相關。

在對稱系統中，密鑰是隨機選擇的，其長度通常在 128 到 256 位之間，具體取決於所需的安全級別。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公式相互關聯。因此，攻擊者可能會利用這種模式來破解加密，因此非對稱密鑰必須顯著更長，以提供相同水平的安全性。長度差異非常明顯，以至於 128 位的對稱密鑰和 2048 位的非對稱密鑰提供的保護水平大致相同。

優勢與劣勢

每種加密類型都有其自身的優缺點。對稱密鑰加密算法顯著更快，並且需要更少的計算資源，但其主要缺點是密鑰的分發。在使用相同的密鑰進行加密和解密時，必須與所有需要訪問的人共享，這自然會產生一定的風險 (如前所述)。

另一方面，非對稱加密通過使用公鑰加密和私鑰解密來解決密鑰分發問題。然而，非對稱系統的速度相較於對稱系統要慢得多，並且由於密鑰的長度，處理能力的需求也大得多。

實際應用

( 對稱密鑰加密

由於其速度，對稱密鑰加密被廣泛用於保護當前許多計算機系統中的信息。例如，美國政府使用高級加密標準)AES###來加密機密信息。AES取代了1970年代開發的舊數據加密標準(DES)，作爲對稱密鑰加密標準。

( 非對稱加密

非對稱加密應用於多個用戶可能需要加密和解密消息或數據包的系統，特別是在速度和處理能力不是優先考慮的情況下。一個簡單的例子是加密電子郵件，其中可以使用公鑰加密消息，而使用私鑰解密它們。

) 混合系統

在許多應用中，對稱密鑰加密和非對稱加密相結合。一個顯著的例子是安全套接字層協議###SSL###和傳輸層安全協議(TLS)，它們旨在提供互聯網安全通信。目前，SSL協議被認爲不安全，不建議使用，而TLS協議被認爲是安全的，並被現代網頁瀏覽器廣泛使用。

在加密貨幣中使用加密

許多加密貨幣錢包實施加密方法，以爲最終用戶提供更高的安全性。當用戶爲其錢包文件設置密碼時，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，存在一個錯誤的觀念，即區塊鏈系統使用非對稱加密算法。正如前面提到的，非對稱加密和數字籤名是非對稱密碼學的兩個主要應用對稱密鑰加密(o公鑰)。

重要的是要強調，並不是所有的數字籤名系統都使用加密，即使它們提供公鑰和私鑰。事實上，消息可以在不使用加密的情況下進行數字籤名。RSA 是一個可以用於簽署加密消息的算法，但在比特幣中使用的數字籤名算法 ECDSA( 不包含加密。

最終反思

對稱密鑰加密和非對稱加密在當前數字環境中保護信息和機密通信方面發揮着至關重要的作用。這兩種方法都很有價值，因爲它們各自具有優缺點，決定了它們在不同場景中的應用。隨着加密技術的發展以應對更復雜的威脅，對稱和非對稱加密系統將繼續是計算機安全的基礎。