对称加密与非对称加密：比较分析

在现代密码学领域，主要有两个研究分支：对称密码学和非对称密码学。对称加密通常等同于对称密码学，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。

这种分类可以表示为以下方式：

对称密钥密码学包括对称加密，而非对称密码学(也称为公钥密码学)包含非对称加密和数字签名，这可能涉及或不涉及加密的使用。

在本文中，我们将重点研究对称加密算法和非对称加密算法。

对称加密与非对称加密

加密算法通常分为两类：对称加密和非对称加密。这两种方法之间的基本区别在于，对称算法使用一个密钥，而非对称算法使用两个不同但相关的密钥。这种看似简单的区别带来了重要的功能性影响，并决定了这些加密方法的应用方式。

密钥之间的关系

在密码学领域，加密算法生成以位序列形式的密钥，用于编码和解码信息。这些密钥的使用方式区分了对称和非对称方法。

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，加密密钥（也称为公钥）可以公开分享。相反，解密密钥是私密的，必须保密。

例如，如果安娜向卡洛斯发送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，以便他可以读取。这意味着如果攻击者拦截了通信，就可能获得加密的信息。

相反，如果安娜使用非对称方法，她将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，他们也无法对此做任何事情。

密钥长度

对称加密和非对称加密之间的另一个功能性区别与密钥的长度有关，密钥长度以位为单位，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，其公认的长度通常介于 128 位和 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，即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尝试破解加密，这意味着非对称密钥必须显著更长，以提供相当的安全级别。密钥长度的差异非常显著，以至于一个 128 位的对称密钥和一个 2048 位的非对称密钥提供的安全级别大致相同。

优势与劣势

这两种加密类型之间存在优缺点。对称加密算法显著更快，并且需要更少的计算能力，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，因此必须与所有需要访问的人共享，这自然会产生某些风险 (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，非对称系统的速度明显比对称系统慢得多，并且由于密钥的长度，处理能力的需求要大得多。

实际应用

对称加密

由于其速度，对称加密广泛用于保护当代许多计算机系统中的信息。例如，美国政府使用高级加密标准(AES)来加密机密信息。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示例是加密电子邮件，其中可以使用公钥来加密消息，使用私钥来解密它们。

混合系统

在许多应用中，结合了对称加密和非对称加密。这些混合系统的一个好例子是安全套接字层协议 (SSL) 和传输层安全协议 (TLS)，旨在提供安全的互联网通信。目前，SSL协议被认为不安全，不建议使用。相反，TLS协议被认为是安全的，并被所有现代网页浏览器广泛使用。

加密货币中的加密使用

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

然而，由于Gate和其他加密货币平台使用一对公钥和私钥，存在一种误解，即区块链系统使用非对称加密算法。尽管如此，正如前面所提到的，非对称加密和数字签名是非对称密码学的两个主要用例 (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。事实上，消息可以在不使用加密的情况下进行数字签名。RSA是一个可以用于签署加密消息的算法，但在比特币(中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数字环境中机密通信方面发挥着至关重要的作用。这两种类型的加密都可能有用，因为它们各自具有自己的优势和劣势，因此适用于不同的场景。随着作为科学的密码学继续发展，以防范最新和更严重的威胁，对称和非对称密码系统将继续对计算机安全保持相关性。