对称加密与非对称加密的比较分析

在现代密码学领域，主要区分两大类：对称密码学和非对称密码学。对称加密被视为对称密码学的同义词，而非对称密码学则涵盖了两个基本应用：非对称加密和数字签名。

该分类可以按以下方式结构化：

| 对称加密 | 非对称加密 (公钥) | |------------------------|----------------------------------------------| | 对称加密 | 非对称加密 | | | 数字签名 |

在本文中，我们将重点研究对称加密和非对称加密算法。

对称加密和非对称加密的关键区别

这两种方法之间的根本区别在于使用的密钥数量。对称加密使用一个密钥，而非对称加密使用两个相关但不同的密钥。这看似简单的区别带来了重要的功能影响，并决定了它们各自的用途。

密钥管理

在密码学中，加密算法生成以比特序列形式表示的密钥，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。

对称加密使用相同的密钥进行加密和解密。相反，非对称加密使用一个密钥进行加密 (称为公钥)，另一个用于解密 (私钥)。在非对称系统中，公钥可以自由分享，而私钥必须保密。

例如，如果安娜使用对称加密向卡洛斯发送消息，她必须提供用于加密的相同密钥。这意味着如果第三方拦截了通信，他们可能会访问加密的信息。

相比之下，如果安娜使用非对称方法，她将用卡洛斯的公钥加密信息，卡洛斯则可以用他的私钥解密。这样，非对称加密提供了更高的安全级别，因为即使有人拦截了消息并获得了公钥，也无法解密信息。

密钥长度

另一个显著的区别在于两种加密类型的密钥长度，密钥长度以位为单位，并直接与每种算法的安全级别相关。

在对称系统中，密钥是随机选择的，通常接受的长度在128到256位之间，具体取决于所需的安全级别。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，非对称密钥必须显著更长，以提供相当的安全级别。密钥长度的差异是显著的，以至于一把128位的对称密钥和一把2048位的非对称密钥提供大致相同的保护水平。

比较优势与劣势

每种加密类型都有其自身的优点和缺点。对称加密算法以其速度和计算效率而闻名，但其主要缺点在于密钥的分发。由于加密和解密使用相同的密钥，因此必须与所有需要访问的人共享，这带来了一定的固有风险。

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的问题。然而，与对称加密相比，非对称系统的速度显著较慢，并且由于密钥的长度，处理能力的需求更高。

实际应用

对称加密

由于其速度，对称加密被广泛应用于保护当代众多计算机系统中的信息。例如，先进加密标准(AES)被多个政府机构用于加密机密信息。AES取代了1970年代作为对称加密标准开发的旧数据加密标准(DES).

非对称加密

非对称加密应用于多个用户可能需要加密和解密消息或数据包的系统，特别是在速度和处理能力不是优先考虑的情况下。一个简单的例子是加密电子邮件，其中可以使用公钥加密消息，使用私钥进行解密。

混合系统

在许多应用中，对称加密和非对称加密相结合。一个突出的例子是混合系统的加密协议安全套接层(SSL)和传输层安全(TLS)，旨在确保互联网通信安全。目前，SSL协议被认为是不安全的，不建议使用，而TLS协议被认为是安全的，被现代网页浏览器广泛使用。

加密在加密货币中的背景

许多加密货币钱包采用加密方法为最终用户提供额外的安全级别。当用户为其钱包文件设置密码时，使用加密算法，该密码用于访问软件。

然而，关于区块链系统使用不对称加密算法的观点是错误的，这种观点源于比特币和其他加密货币中使用公钥和私钥对。重要的是要澄清，不对称加密和数字签名是非对称加密(或公钥加密)的两种不同应用。

事实上，并非所有数字签名系统都使用加密，尽管它们使用公钥和私钥。消息可以在不需要加密的情况下进行数字签名。RSA是可以用于对加密消息进行签名的算法的一个例子，但在比特币中使用的数字签名算法ECDSA并不涉及加密。