非对称与对称加密：你需要知道的内容

现代密码学传统上分为两个主要方向：对称加密和非对称加密。虽然对称加密常被用作对称密码学的代名词，但非对称加密既包括加密也包括数字签名。本指南将介绍两者的主要区别、优缺点。

核心区别：一把密钥还是两把？

这两种系统最关键的区别在于密钥的使用。对称加密使用一把密钥进行信息的加密和解密。而非对称加密则使用两把相关但不同的密钥——一把公钥用于加密，一把私钥用于解密。

虽然这个区别看似简单，但对实际的加密方式和适用场景有着重大影响。

加密密钥的工作原理

在密码学中，算法会生成作为比特序列的密钥，用于保护信息。密钥的实现方式定义了两者的差异。

对称加密： 同一把密钥负责加密和解密。如果爱丽丝用对称加密向鲍勃发送一条消息，她必须与他共享自己的密钥。显然的问题是——如果恶意第三方截获了密钥，就可以读取所有通信内容。

非对称加密： 使用公钥对消息进行加密，而私钥进行解密。爱丽丝可以用鲍勃的公钥加密一条消息，然后只有拥有私钥的鲍勃才能解密。即使攻击者获得了公钥，也无法解密消息——这使得非对称加密在安全性上具有明显优势。

密钥长度：更长的密钥带来更高的安全性

一个重要的技术差异在于密钥的长度（以比特为单位），这直接影响安全级别。

在对称系统中，密钥通常随机选择，常见为128或256比特，根据安全需求而定。而非对称加密的公钥和私钥之间必须满足一定的数学关系。这种关系可能被攻击者利用，因此非对称密钥必须更长。

差异非常明显：一个128比特的对称密钥大致等同于一个2048比特的非对称密钥的安全级别。这种长度差异直接影响计算能力和速度。

优缺点：速度与安全的权衡

对称加密：

• ✓ 处理速度非常快
• ✓ 计算资源消耗少
• ✗ 密钥分发是安全挑战——所有需要通信的方都必须拥有相同的密钥

非对称加密：

• ✓ 解决密钥分发问题
• ✓ 公钥可以自由分享，无安全风险
• ✗ 速度明显慢于对称加密
• ✗ 由于密钥更长，计算资源需求更大

这些加密类型的应用场景

对称加密的实际应用

对称加密广泛用于现代计算机系统中的数据保护，尤其是在速度优先的场景中。高级加密标准 (AES) 是典型代表——美国政府用它来保护机密和敏感信息。AES取代了1970年代的数据加密标准 (DES)。

非对称加密的实际应用

非对称加密适用于需要多个用户进行数据加密和解密的系统，即使速度不是首要考虑。经典例子是加密电子邮件：发件人用收件人的公钥进行加密，收件人用自己的私钥解密。

混合系统：两者的最佳结合

实际上，两种方法常常结合使用。安全套接层 (SSL) 和 传输层安全协议 (TLS) 是为安全互联网通信设计的密码协议。SSL已被视为过时，而TLS已成为网页浏览器的标准，用于保护每日数以千计的交易。

非对称加密对加密货币的影响

存在一种普遍误解：因为比特币和其他加密货币使用公钥和私钥，所以它们采用非对称加密。事实更为复杂。

加密货币实际上使用密码技术来保障钱包安全——用户创建密码时，文件会被加密。但区块链系统中的密钥对主要属于非对称密码学，作为数字签名机制，而不一定是加密。

重要的区别在于：数字签名和加密并不总是相同的。消息可以被数字签名而不被加密。RSA既可以签名也可以加密，但比特币使用的ECDSA只签名，不加密。

结语

对称和非对称加密在数字安全中都扮演着关键角色。每种方法都有其优势：对称加密在速度上表现出色，非对称加密在安全架构中占据重要位置。它们被应用在不同的场景中，正是因为它们解决了不同的问题。

随着密码学不断发展以应对新的、更复杂的威胁，这两种加密方式在未来的计算机安全中都将继续发挥不可或缺的作用。