對稱加密與非對稱加密：比較分析

在現代密碼學領域，主要有兩個研究分支：對稱密碼學和非對稱密碼學。對稱加密通常等同於對稱密碼學，而非對稱密碼學則包括兩個基本應用：非對稱加密和數字籤名。

這種分類可以表示爲以下方式：

對稱密鑰密碼學包括對稱加密，而非對稱密碼學(也稱爲公鑰密碼學)包含非對稱加密和數字籤名，這可能涉及或不涉及加密的使用。

在本文中，我們將重點研究對稱加密算法和非對稱加密算法。

對稱加密與非對稱加密

加密算法通常分爲兩類：對稱加密和非對稱加密。這兩種方法之間的基本區別在於，對稱算法使用一個密鑰，而非對稱算法使用兩個不同但相關的密鑰。這種看似簡單的區別帶來了重要的功能性影響，並決定了這些加密方法的應用方式。

密鑰之間的關係

在密碼學領域，加密算法生成以位序列形式的密鑰，用於編碼和解碼信息。這些密鑰的使用方式區分了對稱和非對稱方法。

對稱算法使用相同的密鑰進行兩種操作，而非對稱算法則使用一個密鑰進行加密，另一個密鑰進行解密。在非對稱系統中，加密密鑰（也稱爲公鑰）可以公開分享。相反，解密密鑰是私密的，必須保密。

例如，如果安娜向卡洛斯發送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，以便他可以讀取。這意味着如果攻擊者攔截了通信，就可能獲得加密的信息。

相反，如果安娜使用非對稱方法，她將用卡洛斯的公鑰對消息進行加密，卡洛斯可以用他的私鑰解密。這樣，非對稱加密提供了更高的安全級別，因爲即使有人攔截了消息並獲得了公鑰，他們也無法對此做任何事情。

密鑰長度

對稱加密和非對稱加密之間的另一個功能性區別與密鑰的長度有關，密鑰長度以位爲單位，直接與每種算法的安全級別相關。

在對稱系統中，密鑰是隨機選擇的，其公認的長度通常介於 128 位和 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，即它們通過特定的數學公式相互關聯。因此，攻擊者可以利用這一模式嘗試破解加密，這意味着非對稱密鑰必須顯著更長，以提供相當的安全級別。密鑰長度的差異非常顯著，以至於一個 128 位的對稱密鑰和一個 2048 位的非對稱密鑰提供的安全級別大致相同。

優勢與劣勢

這兩種加密類型之間存在優缺點。對稱加密算法顯著更快，並且需要更少的計算能力，但其主要缺點是密鑰的分發。由於使用相同的密鑰來加密和解密信息，因此必須與所有需要訪問的人共享，這自然會產生某些風險 (如前所述)。

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的問題。缺點是，非對稱系統的速度明顯比對稱系統慢得多，並且由於密鑰的長度，處理能力的需求要大得多。

實際應用

對稱加密

由於其速度，對稱加密廣泛用於保護當代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年代作爲對稱加密標準開發的舊數據加密標準(DES)。

非對稱加密

非對稱加密可以應用於多個用戶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。這種系統的一個簡單示例是加密電子郵件，其中可以使用公鑰來加密消息，使用私鑰來解密它們。

混合系統

在許多應用中，結合了對稱加密和非對稱加密。這些混合系統的一個好例子是安全套接字層協議 (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協議被認爲不安全，不建議使用。相反，TLS協議被認爲是安全的，並被所有現代網頁瀏覽器廣泛使用。

加密貨幣中的加密使用

許多加密貨幣錢包採用加密方法，以爲最終用戶提供更高的安全級別。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Gate和其他加密貨幣平台使用一對公鑰和私鑰，存在一種誤解，即區塊鏈系統使用非對稱加密算法。盡管如此，正如前面所提到的，非對稱加密和數字籤名是非對稱密碼學的兩個主要用例 (公鑰密碼學)。

因此，並非所有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)並不涉及加密。

最終反思

對稱加密和非對稱加密在確保信息安全和數字環境中機密通信方面發揮着至關重要的作用。這兩種類型的加密都可能有用，因爲它們各自具有自己的優勢和劣勢，因此適用於不同的場景。隨着作爲科學的密碼學繼續發展，以防範最新和更嚴重的威脅，對稱和非對稱密碼系統將繼續對計算機安全保持相關性。