浅谈对称加密与非对称加密

2019/04/10 10:10
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作为信息安全领域的基石,数据加密算法你或多或少应该用过。可你知道数据加密分成 对称加密 ( symmetric encryption ) 和 非对称加密 ( asymmetric encryption ) 两种吗?对称加密与非对称加密有什么区别?各自适用于什么场景?

对称加密

在对称加密中,我们需要维护一个 密钥 ( secret key )。数据加密者根据加密算法用 密钥明文 进行加密,得到不可读懂的 密文 。数据解密者根据加密算法,用同样的 密钥 对密文进行解密,得到原来的明文。

如上图,在加密和解密的过程中,我们用到了同一个的 密钥 ,这样就是 对称加密算法 中对称一词的由来。那么,对称加密算法都有哪些呢?各自有什么特点呢?

  • AES ,高级加密标准,新一代加密算法标准,速度快,安全级别高;
  • DES ,数据加密标准,速度较快,适用于加密大量数据,但安全性较弱;
  • Blowfish ,使用变长密钥,运行速度很快,非专利算法,没有使用限制;
  • etc
安全级别 ( Security Level ) 工作因素 ( Work Factor ) 算法 ( Algorithm )
薄弱 ( Weak ) $ O(2^{40}) $ DES
传统 ( Legacy ) $ O(2^{64}) $ RC4
基准 ( Baseline ) $ O(2^{80}) $ 3DES
标准 ( Standard ) $ O(2^{128}) $ AES-128
较高 ( High ) $ O(2^{192}) $ AES-192
超高 ( Ultra ) $ O(2^{256}) $ AES-256

根据安全性,对称加密算法应该优先选择 AES ,位数尽可能大,例如 AES-256

由于所有参与者共享密钥,只要一人造成泄露便万劫不复,这是对称加密最大的弱点。因此,对称加密密钥分发、保管必须严格控制,以免泄露。

非对称加密

为解决对称加密共享密钥引发的问题,计算机科学家发明了一种更神奇的加密方式。这种加密方式需要两个密钥,一个是 公钥 ( public key )、一个是 私钥 ( private key )。私钥由自己保管,不能泄露;公钥分发给任何需要与自己通讯的参与者,无须保密。

数据加密者根据加密算法,用公钥对明文进行加密,得到不可读懂的密文。数据解密者根据加密算法,用私钥对密文进行解密,得到原来的明文。

由于加密环节和解密环节所用的密钥不同,因此这种加密方式也称为 非对称加密 ( asymmetric encryption )。由于公钥可以对外公开,也就不用刻意保护了。

此外,如果数据用私钥进行加密,那么只有用公钥才能解密。由于公钥是公开的,这种机制一般不用于加密数据,而用于对数据进行 签名

那么,非对称加密有哪些典型的应用场景呢?接下来,我们以一个虚构故事展开讨论:

Alice 是一位帮会大佬,手下有许多小弟, Bob 是其中一位。小弟们在外行动,定期汇报成果,接受指令。为保证通讯安全, Alice 通过非对称加密算法,打造了一对密钥:

Alice 小心翼翼地保管着私钥,并把公钥分发给 Bob 等小弟们。

数据加密

小弟 Bob 需要向 Alice 汇报工作, Alice 不希望汇报内容被第三方获悉,包括其他小弟。这时, BobAlice 给的公钥对汇报数据进行加密,再差人送给 AliceAlice 收到 Bob 送来的数据后,用自己手中的私钥一解,就知道 Bob 说啥了。

由于用公钥加密的数据只有私钥能解,而私钥只有 Alice 有,因此汇报内容不可能被第三方知晓。换句话讲,只要私钥不泄露,加密数据便不会被其他人获悉。

数据签名

AliceBob 下达行动指令,内容虽然可以公开,但 Alice 必须防止不法之徒伪造指令。

为此, Alice 先借助类似 MD5SHA 的哈希算法,为指令文本计算 摘要 。同样的文本生成的摘要一定相同;不同的文本,哪怕只差一个字母,生成的摘要一定不同。

接着,Alice 用私钥对摘要进行加密,并将加密结果作为 签名 与指令一起发给 Bob

Bob 接到指令后,用公钥对签名进行解密,得到 Alice 生成的摘要。然后,他用同样的算法,重新为指令文本计算摘要。如果两个摘要吻合,便可确定指令是 Alice 下达的。

其他别有用心的第三方,或许已经掌握了摘要计算方法,但苦于缺少私钥,也就没有办法伪装成 Alice ,向 Bob 下达指令了。

这就是非对称加密的另一个典型使用场景—— 数据签名 ,可归纳为两步:

  1. 用私钥对数据进行签名;
  2. 用公钥对数据进行验证;

附录

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原文出处:https://www.cnblogs.com/fasionchan/p/symmetric-asymmetric-encryption.html

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