算法类型 | 特点 | 优势 | 缺陷 | 代表算法 |
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对称加密 | 加解密密钥相同或可推算 | 计算效率高,加密强度高 | 需提前共享密钥;易泄露 | DES、3DES、AES、IDEA |
非对称加密 | 加解密密钥不相关 | 无需提前共享密钥 | 计算效率低,仍存在中间人攻击可能 | RSA、ElGamal、椭圆曲线系列算法 |
现代加密算法的典型组件包括:加解密算法、加密密钥、解密密钥。其中,加解密算法自身是固定不变的,一般是公开可见的;密钥则往往每次不同,并且需要保护起来,一般来说,对同一种算法,密钥长度越长,则加密强度越大。。
加密过程中,通过加密算法和加密密钥,对明文进行加密,获得密文。
解密过程中,通过解密算法和解密密钥,对密文进行解密,获得明文。
根据加解密的密钥是否相同,算法可以分为对称加密(symmetric cryptography,又称公共密钥加密,common-key cryptography)和非对称加密(asymmetric cryptography,又称公钥加密,public-key cryptography)。两种模式适用于不同的需求,恰好形成互补,很多时候也可以组合使用,形成混合加密机制。
并非所有加密算法的强度都可以从数学上进行证明。公认的高强度加密算法是在经过长时间各方面实践论证后,被大家所认可,不代表其不存在漏洞。但任何时候,自行发明加密算法都是一种不太明智的行为。
顾名思义,加解密的密钥是相同的。
优点是加解密效率高(速度快,空间占用小),加密强度高。
缺点是参与多方都需要持有密钥,一旦有人泄露则安全性被破坏;另外如何在不安全通道下分发密钥也是个问题。
对称密码从实现原理上可以分为两种:分组密码和序列密码。前者将明文切分为定长数据块作为加密单位,应用最为广泛。后者则只对一个字节进行加密,且密码不断变化,只用在一些特定领域,如数字媒介的加密等。
代表算法包括 DES、3DES、AES、IDEA 等。
适用于大量数据的加解密;不能用于签名场景;需要提前分发密钥。
注:分组加密每次只能处理固定长度的明文,因此过长的内容需要采用一定模式进行加密,《实用密码学》中推荐使用 密文分组链接(Cipher Block Chain,CBC)、计数器(Counter,CTR)模式。
非对称加密是现代密码学历史上最为伟大的发明,可以很好的解决对称加密需要的提前分发密钥问题。
顾名思义,加密密钥和解密密钥是不同的,分别称为公钥和私钥。
公钥一般是公开的,人人可获取的,私钥一般是个人自己持有,不能被他人获取。
优点是公私钥分开,不安全通道也可使用。
缺点是加解密速度慢,一般比对称加解密算法慢两到三个数量级;同时加密强度相比对称加密要差。
非对称加密算法的安全性往往需要基于数学问题来保障,目前主要有基于大数质因子分解、离散对数、椭圆曲线等几种思路。
代表算法包括:RSA、ElGamal、椭圆曲线(Elliptic Curve Crytosystems,ECC)系列算法。
一般适用于签名场景或密钥协商,不适于大量数据的加解密。
RSA 算法等已被认为不够安全,一般推荐采用椭圆曲线系列算法。
即先用计算复杂度高的非对称加密协商一个临时的对称加密密钥(会话密钥,一般相对内容来说要短的多),然后双方再通过对称加密对传递的大量数据进行加解密处理。
典型的场景是现在大家常用的 HTTPS 机制。HTTPS 实际上是利用了 Transport Layer Security/Secure Socket Layer(TLS/SSL)来实现可靠的传输。TLS 为 SSL 的升级版本,目前广泛应用的为 TLS 1.0,对应到 SSL 3.1 版本。
建立安全连接的具体步骤如下: