Symmetric vs Asymmetric Encryption in Cryptography

密码学中对称加密和非对称加密的区别——快速概述

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数据的加密保存是一项从未有过的重要任务。无论是为了保存个人信息还是敏感的商业记录,加密都是抵御网络攻击的第一道防线,尤其是在加密货币和支付行业。 

密码学中常用的两种加密类型是对称加密和非对称加密。虽然两者的目的相同,但保护数据的方法略有不同。

那么,对称加密和非对称加密之间的区别是什么呢?哪一个更好?

主要内容

  1. 对称加密依赖于一个共享私钥,而非对称加密使用一对两个密钥。
  2. 非对称加密解决了密钥分发和与未知方安全通信的挑战。
  3. 这两种方法都可在现代应用环境中使用,并根据安全性和效率需求实现不同的目的。

对称加密

对称加密(也称为私钥加密),是加密消息的最简单方法。它包括在加密和解密过程中使用单个密钥。该密钥可以是比特串、数学算法或仅由始发者和接收方已知的一组随机字。

发送方和接收方都使用相同的密钥,因此称为“对称”。密钥是保密的,必须安全交换。

对称加密如何运作

这个流程包括三个主要步骤:

密钥生成

使用随机数生成器或安全算法生成密钥。密钥的长度取决于发送方和接收方所需的安全级别。通常,较长的密钥被认为更安全,因为它们提供了更多可能的组合供攻击者猜测。

加密

明文消息被划分为固定大小的区块,私钥使用一个称为“加密”的流程应用于每个区块。这个操作的结果被称为密文。

解密

当接收者获得加密消息时,他们使用与发送者相同的私钥来逆转加密过程,这包括对每个密文区块应用解密操作,以检索原始消息。

Symmetric Encryption Scheme

优点

对称加密操作为用户和开发人员提供了几个优势:

  • 速度:它的算法计算效率高,非常适合快速加密大量数据。
  • 简单性:它实现起来很简单,并且比非对称加密需要更少的计算能力。
  • 通信安全:它确保拥有相同私钥的个人之间的安全通信。

缺点

同时,对称加密也有其局限性:

  • 密钥分发:对称编码的主要挑战是将密钥安全地分发给所有相关方。如果密钥被泄露,整个系统的安全性将面临风险。
  • 可扩展性:这种方法不适用于大型网络或多方需要安全通信的场景。
pros and cons of symmetric encryption

非对称加密

非对称加密,也称为公钥加密,是一种现代加密技术,它采用公钥与私钥对。公钥对任何人都公开,同时私钥仍然保密。非对称加密为对称数字安全所面临的密钥分配问题提供了一套解决方案。

非对称加密如何运作

在这种类型的加密算法中,同样涉及三个流程。但是,与前面提到的方法相比,有一些细微的差异:

密钥生成

这个流程从生成一对密钥开始——一个公钥和一个私钥。尽管它们之间存在数学计算关系,但这些密钥无法相互推导。之后,将公钥与任何希望与私钥持有者安全通信的人共享。

加密

为了在非对称加密安全模型中安全地发送消息,发送方使用接收方的公钥对消息进行加密。这个过程将原始数据转换为加密代码,这样任何没有密钥的人都无法读取。

解密

只有加密数据的接收者才能使用其相应的私钥来解密消息并检索原始明文。不对称编码确保只有授权方才能访问关键信息,为通信过程增加了额外的安全等级。

Asymmetric Encryption Scheme

优点

以下是这种类型的加密带来的主要好处:

  • 密钥分发:它消除了对安全密钥分发的需要。公钥可以与所有人共享,而私钥必须保密。
  • 安全通信:它保证了在从未见过的双方或者并未达成共享密钥协议的双方之间保持保密与信任。
  • 数字签名:它能够创建数字签名,为数字文档实现真实性。

缺点

但是,这个方法并非没有陷阱:

  • 计算复杂:与对称方法相比,它的算法计算量密集且速度较慢。因此,使用这种方法更难传输大量数据。
  • 密钥长度:与对称算法相比,为了在非对称加密中获得足够的安全性,需要更长的密钥长度。
  • 密钥管理:这种方法需要仔细管理密钥对,以防止未经授权访问私钥。
pros and cons of asymmetric encryption

何时使用对称加密与非对称加密?

这两种类型的加密操作都有各自的优点和缺点,因此适用于不同的用例。 

对称方法更快、更高效,非常适合处理大量数据。另一方面,非对称编码提供了更好的安全性,因为各方不需要交换他们的私钥。

Symmetric vs Asymmetric Encryption Comparison

实施对称加密

使用对称编码的一些常见实例包括 WhatsApp 和 Signal 等安全消息应用程序,它们使用 Signal 协议进行端到端加密

在银行业,通过实施对应的对称加密算法来完成大量数据的批量加密。支付应用(如卡交易)利用对称加密的数据来保护个人身份信息(PII),防止身份盗窃或欺诈性收费。

当今应用环境中的对称加密

另一方面,不对称编码在现代应用中得到了广泛的应用。区块链中的密码学尤为重要。 

大多数加密货币(如 BTC 和 ETH)都使用非对称加密来管理区块链上的地址。此外,还可以采用这种方法来保护智能合约

在 SSL 和 TLS 协议中,非对称编码是密钥交换流程中最关键的要素之一。

非对称数据保护也是 PGP 和 S/MIME 等电子邮件通信协议安全性的基础。这些协议使用公钥和私钥来保护电子邮件内容,确保只有拥有正确私钥的人才能解密和阅读邮件,从而提供隐私并保护邮件的完整性。

结语思考

在当今的数字时代,数据对任何组织和项目都具有最大的价值。当网络犯罪和漏洞的增加对信息或个人资产构成重大威胁时,强大的加密技术就成为了当务之急。

常见问题

什么是 AES?

AES 是一种众所周知的对称方法,旨在保护敏感数据免受未经授权的访问。它通过将数据转换为区块,并组合使用替换、换位和混合技术分别对每个区块进行加密保护。

什么是 RSA?

RSA 是一种非对称算法,它采用两个素数的分解来提供强大的保护。它被广泛用于保护密钥交换和数字签名,为关键数据提供高度安全性。

AES 与 RSA 加密:它们有何不同?

AES和RSA是两种不同的方法,具有不同的优势和应用场景。AES 是一种用于快速加密和解密数据的对称算法,而 RSA 是一种主要用于安全密钥交换和数字签名的非对称方法。它们在速度、密钥长度和用例方面有所不同。如果能正确实现,AES 和 RSA 都能被当成是高度安全的加密算法。

量子计算机能破解 AES 吗?

不能,如果使用足够大规模的密钥,量子计算机就无法解密 AES。量子计算机擅长解决传统计算机难以解决的某些数学问题,这对现有的加密方法构成了威胁。但是,如果在 AES 中使用更长的密钥长度(256 位或更多),量子机器解密消息所需的时间和资源将使解密变得不切实际。

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