加密系统的比较分析：对称和非对称

在现代密码学领域，主要有两个分支：对称密码学和非对称密码学。对称加密通常被用作对称密码学的同义词，而非对称密码学则包括两个基本应用：非对称加密和数字签名。

这种区别可以表示为以下方式：

| 对称加密 | 非对称加密 (公钥) | |------------------------|----------------------------------------------| | 对称加密 | 非对称加密 (公钥) | | | 数字签名 (带或不带加密) |

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区别

加密算法通常分为两类：对称加密和非对称加密。根本的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相关的密钥。这种看似简单的差异对这两种加密方法的功能和使用具有重要的影响。

密钥之间的关系

在密码学中，加密算法生成以比特序列形式存在的密钥，这些密钥用于编码和解码信息。这些密钥的使用方式决定了对称和非对称方法之间的区别。

对称算法使用相同的密钥进行两种操作，而非对称算法则使用一个密钥进行加密，另一个密钥进行解密。在非对称系统中，称为公钥的加密密钥可以自由分享，而解密密钥是私密的，必须保密。

例如，如果安娜给卡洛斯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，以便他能够阅读。这意味着如果攻击者拦截了通信，他们可能会访问加密的信息。

相反，如果安娜使用非对称方法，她会用卡洛斯的公钥对消息进行加密，卡洛斯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，他们也无法利用它。

密钥长度

对称加密与非对称加密之间的另一个功能性区别与密钥的长度有关，密钥以位为单位进行测量，并直接与每个算法的安全级别相关联。

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，也就是说，它们通过特定的数学公式相互关联。因此，攻击者可以利用这一模式来破坏加密，因此非对称密钥必须更长，以提供相当的安全级别。密钥长度的差异是如此显著，以至于128位的对称密钥和2048位的非对称密钥提供的安全级别大致相同。

优点和缺点

这两种加密方式各有优缺点。对称加密算法的速度明显更快，所需的计算能力也较低，但其主要缺点是密钥的分发。由于使用相同的密钥来加密和解密信息，因此该密钥必须与所有需要访问的人共享，这自然会带来某些风险 (如前所述)。

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。缺点是非对称系统相比于对称系统显著更慢，并且由于密钥的长度，所需的处理能力要高得多。

实际应用

对称加密

由于其速度，对称加密被广泛用于保护现代计算机系统中的信息。例如，Gate使用先进加密标准(AES)来保护其用户的敏感信息。AES取代了1970年代开发的旧数据加密标准(DES)，作为对称加密标准。

非对称加密

非对称加密可以应用于多个用户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。这种系统的一个简单例子是加密电子邮件，其中可以使用公钥加密消息，使用私钥解密它们。

混合系统

在许多应用中，对称加密和非对称加密共同使用。这些混合系统的一个好例子是传输层安全协议 (TLS)，旨在为互联网提供安全通信。目前，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

许多加密货币钱包实施加密方法，以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，会使用加密算法，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，人们误认为区块链系统使用的是非对称加密算法。然而，如前所述，非对称加密和数字签名是非对称密码学的两个主要应用 (公钥密码学)。

因此，并非所有数字签名系统都使用加密，即使它们提供公钥和私钥。实际上，可以在不使用加密的情况下对消息进行数字签名。RSA是一个可以用于签署加密消息的算法，但比特币(使用的数字签名算法ECDSA)并不涉及加密。

最终反思

对称加密和非对称加密在确保信息安全和当今数字世界中保密通信方面发挥着至关重要的作用。这两种类型的加密都很有用，因为每种加密都有其自身的优缺点，因此在不同的场景中应用。随着密码学作为一门科学不断发展，以保护自己免受更新和更复杂的威胁，对称和非对称密码系统仍将对计算机安全保持相关性。