对称与非对称加密

现代加密根据密钥的工作方式分为两类：

• 对称加密：使用同一个密钥进行加密和解密。示例：AES。
• 非对称加密：使用一对密钥，其中一个密钥加密，另一个不同的密钥解密。示例：RSA。

实际系统通常会结合两者。理解它们之间的权衡，对于攻击和防御加密系统都至关重要。

在对称加密中，通信双方共享一个密钥。使用同一个密钥锁定和解锁数据。

• 优点：速度非常快，适合处理大量数据。
• 缺点：必须先安全地共享密钥，这就是密钥分发问题。

AES（高级加密标准）是目前最主要的对称密码算法。它是一种分组密码，以 128 位分组为单位运行，支持 128、192 或 256 位密钥。

AES 速度快，在现代 CPU 上支持硬件加速；只要使用正确，就被认为是安全的。AES-256 是常见的高安全性选择。

分组密码需要使用运行模式来处理超过一个分组的数据：

• ECB：不安全；相同的分组会产生相同的密文，从而泄露数据模式。应避免使用。
• CBC：使用初始化向量（IV）将各分组连接起来。安全性更好，但需要谨慎使用。
• GCM：同时提供加密和身份验证（AEAD），是现代推荐的模式。

有一个著名的演示：使用AES 的 ECB 模式加密一张企鹅图片后，仍然可以看出企鹅的轮廓。ECB 会将相同的明文分组加密为相同的密文分组，因此数据结构会泄露出来。

因此，在安全评估中发现 ECB 时，您应当立即识别出这是一个问题。密码算法本身很强，弱点在于使用的模式。

非对称加密使用一对在数学上相关联的密钥：

• 公钥：可以自由分享，任何人都可以使用它向您加密数据。
• 私钥：必须保密，只有您可以使用它解密数据。

这解决了密钥分发问题：您可以公开发布公钥，而不会损害安全性。

RSA 是经典的非对称算法，其安全性依赖于分解两个大素数乘积的困难程度。

如今常见的密钥长度是 2048 位；3072 位或 4096 位可以提供更大的安全余量。RSA 相比 AES 较慢，因此很少直接用于加密大量数据。

非对称密钥有两种不同的用途：

• 机密性：使用接收者的公钥加密，只有接收者的私钥可以解密。
• 真实性（签名）：使用您的私钥签名，任何人都可以使用您的公钥验证，从而证明内容确实来自您。

请注意，在这两种用途下，密钥承担的角色正好相反。

像 TLS 这样的实际协议会结合两种加密方式。其流程如下：

• 使用速度较慢的非对称加密一次，安全地交换随机生成的会话密钥。
• 使用快速的对称 AES 和该会话密钥加密实际数据。

这样既能获得对称加密的速度，又能享受非对称加密在密钥分发方面的便利。

Diffie-Hellman 允许双方在不安全的信道上协商共享密钥，而不必传输密钥本身。现代 TLS 的密钥交换就建立在它之上。

椭圆曲线变体（ECDH、ECDSA）可以使用小得多的密钥实现与 RSA 相同的安全性，因此速度更快，并且正逐渐成为默认选择。

强大的算法也可能因使用不当而失效。请留意以下问题：

• ECB 模式泄露明文模式。
• 在 CBC 或 GCM 中重复使用或可预测的 IV/随机数。
• 源代码或配置文件中存在硬编码密钥。
• 使用可被分解的小 RSA 密钥（512 位或 1024 位）。
• 填充预言机行为逐字节泄露明文。

数学原理很少真正被攻破；通常出问题的是实现。

您已经比较了两类加密算法：

• 对称加密（AES）：使用一个共享密钥，速度快，但密钥分发困难。应使用 GCM 模式，绝不要使用 ECB。
• 非对称加密（RSA、ECC）：使用公钥/私钥对，解决了密钥分发问题，但速度较慢。
• 使用接收者的公钥加密；使用您的私钥签名。
• 混合系统和 Diffie-Hellman 在 TLS 中结合了两者的优点。

下一步：在实践中识别并破解哈希。