对称与非对称加密
### 对称与非对称加密详解 #### 一、基本概念 ##### 1.1 对称加密 在1976年之前,所有的加密技术都采用了一种模式,即发送方(甲方)和接收方(乙方)使用相同的密钥来进行加密和解密的过程。这种加密方式称为**对称加密**。其主要流程包括: 1. **密钥选择**:甲方选择一种加密规则(密钥)来对信息进行加密。 2. **信息加密**:利用选定的密钥对原始信息进行加密处理。 3. **信息解密**:乙方接收到加密后的信息后,使用相同的密钥对其进行解密。 **优点**:加密解密速度快,效率高。 **缺点**:密钥的安全传递问题成为一大挑战,若密钥泄露,则整个通信的安全性将受到威胁。 **典型算法**:DES(Data Encryption Standard)、IDEA(International Data Encryption Algorithm)等。 ##### 1.2 非对称加密 1976年,Whitfield Diffie和Martin Hellman提出了一个新的加密模式——**非对称加密**,它解决了对称加密中的密钥传递难题。非对称加密的核心思想是使用一对密钥(公钥和私钥),其中公钥用于加密,而私钥用于解密。其主要特点包括: 1. **密钥生成**:乙方生成一对密钥,即公钥和私钥。 2. **信息加密**:甲方使用乙方的公钥对信息进行加密。 3. **信息解密**:乙方使用自己的私钥对接收到的加密信息进行解密。 **优点**:解决了密钥的分发问题,增强了安全性。 **缺点**:加密解密速度相对较慢,不适合大量数据传输。 **典型算法**:RSA算法。 ##### 1.3 摘要算法 **摘要算法**是一种将任意长度的数据转换为固定长度的散列值的技术。这种算法确保了原始数据的完整性,并且能够有效地检测到数据是否被篡改。主要特性包括: 1. **唯一性**:即使原始数据有微小差异,产生的摘要也会完全不同。 2. **不可逆性**:无法从摘要反推原始数据。 3. **固定长度**:不论输入数据多长,输出的摘要总是固定长度。 **典型算法**:MD5(Message-Digest Algorithm 5)、SHA(Secure Hash Algorithm)系列。 #### 二、非对称加密算法—RSA ##### 2.1 RSA算法简介 RSA算法是由Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman三位数学家于1977年提出的,它是目前最广泛应用的非对称加密算法之一。该算法的安全性基于大数分解的难题,即很难在合理的时间内找到两个大素数的乘积的因子。 **安全性**:密钥长度越长,安全性越高。当前,768位的密钥已经被破解,但1024位的密钥被认为基本安全,而2048位的密钥则被认为是极其安全的。 ##### 2.2 RSA算法生成密钥的步骤 假设爱丽丝(Alice)想要生成一对用于非对称加密的密钥: 1. **选择质数**:随机选择两个不相等的大质数p和q。例如,p=61, q=53。 2. **计算乘积**:计算p和q的乘积n,即n = p × q = 61 × 53 = 3233。 3. **欧拉函数**:计算n的欧拉函数φ(n) = (p-1) × (q-1) = 60 × 52 = 3120。 4. **选择e**:随机选择一个整数e(1 < e < φ(n)),并且e与φ(n)互质。例如,e = 17。 5. **计算d**:找到e相对于φ(n)的模反元素d,满足ed ≡ 1 (mod φ(n))。通过扩展欧几里得算法求解,得到d = 2753。 6. **生成密钥**:公钥为(n, e) = (3233, 17),私钥为(n, d) = (3233, 2753)。 ##### 2.3 RSA算法的可靠性分析 RSA算法的可靠性基于大整数分解的难度。密钥中的d是最关键的部分,因为它与n一起构成私钥。然而,要从n中计算出d是非常困难的,因为这涉及到大整数的因数分解,而目前尚未发现有效的快速分解算法。这意味着,只要密钥足够长,RSA算法将是极其安全的。尽管如此,如果未来发现了快速因数分解的方法,RSA算法的安全性将受到影响。 ### 结论 对称加密和非对称加密各有优势,在实际应用中可以根据不同的场景需求来选择合适的加密方式。对称加密适用于数据量大、实时性强的应用场景;而非对称加密则更适合于密钥分发和身份验证等场景。随着技术的发展,加密算法也在不断进步和完善,为数据的安全传输提供了强有力的保障。