浅谈对称加密与非对称加密

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** 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， *Bob* 用 *Alice* 给的公钥对汇报数据进行加密，再差人送给 *Alice* 。*Alice* 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 *Alice* 给 *Bob* 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 *MD5* 或 *SHA* 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 更多 *网络编程* 技术文章请访问：[Linux网络编程](https://network.fasionchan.com/)，转至 [原文](https://network.fasionchan.com/zh_CN/latest/security/symmetric-asymmetric-encryption.html) 可获得最佳阅读体验。