密码学体系 - 对称、非对称加密
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👋 通信双方对数据进行加密是为了防止数据被中间人查看或伪造。本文简单介绍一下对称加密和非对称加密的概念。
数据的加密过程和解密过程可定义如下：
其中：M代表数据（message）；K代表密钥（key）；C代表密文（ciphertext）
对称加密和非对称加密是以密钥的数量划分的。对称加密只使用一把密钥，非对称加密使用两把密钥，分为公钥和私钥。
对称加密
对称加密只有一个密钥，根据加密方式可分为分组加密和流加密。
AES，DES，TEA是常见的分组加密。RC4是常见的流加密。
对称加密的数学公式可定义如下：
对称加密的核心思想是：通信双方持有相同的密钥，通过对加密和解密算法的精心设计，保证无法通过任何方式得出密钥。采用对称加密的系统，其保密性主要由密钥的安全性决定，而与算法是否保密无关。
- 关键点一
好的对称加密体系，其密钥不能通过对明文和密文分析得到。
考虑下面的对称加密体系：
其中代表异或，代表数据的第 位，代表密钥的第 位，数据长度为，密钥长度为。
这套体系存在一个很严重的问题，当明文和密文已知时，可以计算得到密钥。
- 关键点二
对称加密体系中，其密钥不能公开，而算法可以公开。
优点：计算量小；加密速度快；
缺点：每对用户通信都需要一个密钥；通信双方均需要保留密钥，且不能泄露；
非对称加密
非对称加密有两个密钥，分为公钥和私钥。
常见的加密算法有RSA，ECC，Elgamal。
数学公式定义如下：
其核心思想为：公钥公开，通信双方均持有公钥。私钥仅由通信中的一方保管。由公钥加密的数据仅能通过私钥解密，由私钥加密的数据仅能通过公钥加密。
私钥加密的过程叫签名，公钥解密的过程叫校验。
- 关键点一
使用私钥签名的数据不会被伪造，但数据能被中间人查看。
假设持有私钥的一方是Alice，仅持有公钥的是Bob，攻击者Eve持有公钥。
Alice向Bob发送消息，Alice用加密数据，此时Eve拦截下Alice的数据后通过可以得知内容，但是Eve没有，所以无法伪造数据。
- 关键点二
公钥加密的数据不会被伪造，数据也不会被中间人查看。但公钥加密的数据仅能被私钥持有者解密。
优点：私钥用来对数据签名，保证数据的可信；公钥可以公开，任何人都可以用公钥向私钥所有者发送消息且不被中间人修改；
缺点：加密算法复杂；
一些密钥交换流程
- 纯非对称加密
- Alice生成和，并将告知所有人
- Bob生成和
- Bob使用对加密，并发送给Alice
- Alice用解密，得到
- Alice得到了Bob的公钥，Bob得到了Alice的公钥，各种保管各自的私钥。
- 非对称与对称混合加密
- Alice生成和，并将告知所有人
- Bob生成
- Bob使用对加密，并发送给Alice
- Alice用解密，得到
- Alice得到了Bob制定的对称加密密钥。