非對稱與對稱加密：你需要知道的事

現代密碼學傳統上分為兩大主要方向：對稱加密與非對稱加密。雖然對稱加密常被用作對稱密碼學的代稱，但非對稱加密同時涵蓋了加密與數位簽章。本指南將介紹兩者的主要差異、優勢與弱點。

核心差異：一把密鑰還是兩把？

這些系統之間最關鍵的區別在於密鑰的使用。對稱加密使用單一密鑰來進行資訊的加密與解密。而非對稱加密則使用兩個相關但不同的密鑰——一個公開金鑰（public key）用於加密，另一個私密金鑰（private key）用於解密。

雖然這個區分看似簡單，但它對兩種加密方法在實務中的運作方式以及適用情境產生了重大影響。

密鑰的運作方式

在密碼學中，演算法會產生作為比特序列的密鑰，用來保護資訊。密鑰的實作方式，決定了兩者的差異。

對稱加密： 相同的密鑰同時用於加密與解密。如果 Alice 傳送一則受對稱加密保護的訊息給 Bob，她必須與他分享她的密鑰。問題很明顯——如果一個惡意第三方攔截了密鑰，他們就能讀取所有通訊內容。

非對稱加密： 使用公開金鑰來加密訊息，而私密金鑰則用來解密。Alice 可以用 Bob 的公開金鑰來加密訊息，只有擁有 Bob 私密金鑰的他才能解密。即使攻擊者取得公開金鑰，也無法解密訊息——這使得非對稱加密在安全性上具有明顯優勢。

密鑰長度：較長的密鑰提供更高的安全性

一個重要的技術差異在於密鑰的長度（以位元為單位），直接影響安全等級。

在對稱系統中，密鑰通常是隨機選擇的，常見為128或256位元，依安全需求而定。而在非對稱加密中，公開與私密金鑰之間必須有數學上的關聯。這個模式可能被攻擊者利用，因此非對稱密鑰必須更長。

差異非常明顯：一個128位元的對稱密鑰與一個2048位元的非對稱密鑰，大致提供相同的安全等級。這個長度差異會直接影響計算能力與速度。

優缺點：速度與安全的取捨

對稱加密：

• ✓ 非常快速的處理速度
• ✓ 需要較少的計算資源
• ✗ 密鑰分配是一大安全挑戰——所有需要存取的端點都必須擁有相同的密鑰

非對稱加密：

• ✓ 解決密鑰分配問題
• ✓ 公開金鑰可以自由分享，無安全風險
• ✗ 比對稱加密慢得多
• ✗ 由於密鑰較長，需大量計算資源

這些加密類型的應用範圍？

###對稱加密的實務應用

對稱加密廣泛用於現代電腦系統中的資料保護，尤其在速度優先的情況下。高級加密標準 (AES) 是標準範例——美國政府用來保護機密與敏感資訊。AES 已取代早期的 資料加密標準 (DES)（1970年代）。

###非對稱加密的實務應用

非對稱加密適用於多用戶需要加密與解密資料的系統，即使速度不是首要考量。經典範例為加密電子郵件：發件人用收件人的公開金鑰來加密訊息，收件人用自己的私密金鑰來解密。

###混合系統：兩者的最佳結合

實務上，兩種方法常常結合使用。安全傳輸層協定 (SSL) 和 傳輸層安全性 (TLS) 是設計用來確保網路通訊安全的密碼學協定。SSL 被視為過時，而 TLS 已成為瀏覽器的通用標準，用於保護每日數以千計的交易。

非對稱加密與加密貨幣的關聯？

存在一個普遍的誤解：由於比特幣與其他加密貨幣使用公開與私密金鑰，它們就使用非對稱加密。事實上，情況較為複雜。

加密貨幣實際上使用密碼技術來保障錢包安全——用戶建立密碼時，會對檔案進行加密。但區塊鏈系統的密鑰對主要屬於非對稱密碼學，作為數位簽章機制，而不一定是用來加密。

重要的差別在於：數位簽章與加密並不總是相同。訊息可以數位簽章而不加密。RSA 可以同時用來簽章與加密，但比特幣所用的ECDSA（橢圓曲線數位簽章演算法）僅用來簽章，不進行加密。

結語

對稱與非對稱加密在數位安全體系中都扮演著關鍵角色。每種方法都有其優勢：對稱加密在速度上表現出色，非對稱加密則在安全架構上佔優。它們被用於不同的領域，正是因為它們解決了不同的問題。

隨著密碼學不斷演進，以應對新興且更為複雜的威脅，這兩種加密方式在未來數年仍將是資訊安全不可或缺的基石。