对称密码体制和非对称密码体制

释放双眼,带上耳机,听听看~!

对称加密 (Symmetric Key Encryption) 

对称加密是最快速、最简单的一种加密方式,加密(encryption)与解密(decryption)用的是同样的密钥(secret key)。对称加密有很多种算法,由于它效率很高,所以被广泛使用在很多加密协议的核心当中。自1977年美国颁布DES(Data Encryption Standard)密码算法作为美国数据加密标准以来,对称密码体制迅速发展,得到了世界各国的关注和普遍应用。对称密码体制从工作方式上可以分为分组加密和序列密码两大类。

对称加密算法的优点:算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。

对称加密算法的缺点:交易双方都使用同样钥匙,安全性得不到保证。此外,每对用户每次使用对称加密算法时,都需要使用其他人不知道的惟一钥匙,这会使得发收信双方所拥有的钥匙数量呈几何级数增长,密钥管理成为用户的负担。对称加密算法在分布式网络系统上使用较为困难,主要是因为密钥管理困难,使用成本较高。而与公开密钥加密算法比起来,对称加密算法能够提供加密和认证却缺乏了签名功能,使得使用范围有所缩小。

对称加密通常使用的是相对较小的密钥,一般小于256 bit。因为密钥越大,加密越强,但加密与解密的过程越慢。如果你只用1 bit来做这个密钥,那黑客们可以先试着用0来解密,不行的话就再用1解;但如果你的密钥有1 MB大,黑客们可能永远也无法破解,但加密和解密的过程要花费很长的时间。密钥的大小既要照顾到安全性,也要照顾到效率,是一个trade-off。

分组密码,也叫块加密(block cyphers),一次加密明文中的一个块。是将明文按一定的位长分组,明文组经过加密运算得到密文组,密文组经过解密运算(加密运算的逆运算),还原成明文组,有 ECB、CBC、CFB、OFB 四种工作模式。

序列密码,也叫流加密(stream cyphers),一次加密明文中的一个位。是指利用少量的密钥(制乱元素)通过某种复杂的运算(密码算法)产生大量的伪随机位流,用于对明文位流的加密。解密是指用同样的密钥和密码算法及与加密相同的伪随机位流,用以还原明文位流。

常用对称加密算法包括 DES、3DES、AES

1. DES(Data Encryption Standard):数据加密标准,速度较快,适用于加密大量数据的场合。
2. 3DES(Triple DES):是基于DES,对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密,强度更高。
3. AES(Advanced Encryption Standard):高级加密标准,是下一代的加密算法标准,速度快,安全级别高,支持128、192、256、512位密钥的加密。

算法特征
1. 加密方和解密方使用同一个密钥。
2. 加密解密的速度比较快,适合数据比较长时的使用。
3. 密钥传输的过程不安全,且容易被破解,密钥管理也比较麻烦。

 

非对称加密(Asymmetric Key Encryption)

非对称加密为数据的加密与解密提供了一个非常安全的方法,它使用了一对密钥,公钥(public key)和私钥(private key)。私钥只能由一方安全保管,不能外泄,而公钥则可以发给任何请求它的人。非对称加密使用这对密钥中的一个进行加密,而解密则需要另一个密钥。比如,你向银行请求公钥,银行将公钥发给你,你使用公钥对消息加密,那么只有私钥的持有人--银行才能对你的消息解密。与对称加密不同的是,银行不需要将私钥通过网络发送出去,因此安全性大大提高。

非对称加密算法的优点:安全性更高,公钥是公开的,秘钥是自己保存的,不需要将私钥给别人。

非对称加密算法的缺点:加密和解密花费时间长、速度慢,只适合对少量数据进行加密。

对称加密算法相比非对称加密算法来说,加解密的效率要高得多。但是缺陷在于对于秘钥的管理上,以及在非安全信道中通讯时,密钥交换的安全性不能保障。所以在实际的网络环境中,会将两者混合使用。

非对称加密算法包括 RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC(椭圆曲线加密算法),常见的有RSA、ECC。

 

分组加密的四种工作模式

ECB (Electronic Code Book,电子编码本

ECB 模式是最简单的加密模式,明文消息被分成固定大小的块(分组),并且每个块被单独加密。每个块的加密和解密都是独立的,且使用相同的方法进行加密,所以可以进行并行计算,但是这种方法一旦有一个块被破解,使用相同的方法可以解密所有的明文数据,安全性比较差。适用于数据较少的情形,加密前需要把明文数据填充到块大小的整倍数。

ECB算法优点:
简单、孤立,每个块单独运算。适合并行运算。传输错误一般只影响当前块。
ECB算法缺点:
同明文输出同密文,可能导致明文攻击。

Encryption:

Decryption:

 

CBC (Cipher Block Chaining, 密码分组链接)

CBC 模式中每一个分组要先和前一个分组加密后的数据进行XOR异或操作,然后再进行加密。这样每个密文块依赖该块之前的所有明文块,为了保持每条消息都具有唯一性,第一个数据块进行加密之前需要用初始化向量IV进行异或操作。CBC模式是一种最常用的加密模式,它主要缺点是加密是连续的,不能并行处理,并且与ECB一样消息块必须填充到块大小的整倍数。 

CBC算法优点:
串行化运算,相同明文不同密文。
CBC算法缺点:
需要初始向量。

Encryption:

 

Decryption:

 

CFB (Cipher Feedback, 密码反馈)
CFB 模式和CBC模式比较相似,前一个分组的密文加密后和当前分组的明文XOR异或操作生成当前分组的密文。CFB模式的解密和CBC模式的加密在流程上其实是非常相似的。

CFB算法优点:
同明文不同密文,分组密钥转换为流密码。
CFB算法缺点:
串行运算不利并行,传输错误可能导致后续传输块错误。

Encryption:

Decryption:

 

OFB (Output Feedback, 输出反馈)

OFB 模式将分组密码转换为同步流密码,也就是说可以根据明文长度先独立生成相应长度的流密码。通过流程图可以看出,OFB和CFB非常相似,CFB是前一个分组的密文加密后XOR当前分组明文,OFB是前一个分组与前一个明文块异或之前的流密码XOR当前分组明文。由于异或操作的对称性,OFB模式的解密和加密完全一样的流程。 

OFB算法优点:
同明文不同密文,分组密钥转换为流密码。
OFB算法缺点:
串行运算不利并行,传输错误可能导致后续传输块错误。

Encryption:

 

Decryption:

 

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