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57月/170

关于对称加密算法与非对称加密算法

我们来讲解下关于各种加解密算法的比较,其中有对称加密算法非对称加密算法,散列算法等等。

加密

对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密,常用的算法包括:

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。

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。

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;

AES与3DES的比较

算法名称 算法类型 密钥长度 速度 解密时间(建设机器每秒尝试255个密钥) 资源消耗
AES 对称block密码 128、192、256位 1490000亿年
3DES 对称feistel密码 112位或168位 46亿年

非对称算法

RSA:由 RSA 公司发明,是一个支持变长密钥的公共密钥算法,需要加密的文件块的长度也是可变的;

DSA(Digital Signature Algorithm):数字签名算法,是一种标准的 DSS(数字签名标准);

ECC(Elliptic Curves Cryptography):椭圆曲线密码编码学。

ECC和RSA相比,在许多方面都有对绝对的优势,主要体现在以下方面:

抗攻击性强。相同的密钥长度,其抗攻击性要强很多倍。

计算量小,处理速度快。ECC总的速度比RSA、DSA要快得多。

存储空间占用小。ECC的密钥尺寸和系统参数与RSA、DSA相比要小得多,意味着它所占的存贮空间要小得多。这对于加密算法在IC卡上的应用具有特别重要的意义。

带宽要求低。当对长消息进行加解密时,三类密码系统有相同的带宽要求,但应用于短消息时ECC带宽要求却低得多。带宽要求低使ECC在无线网络领域具有广泛的应用前景。

下面两张表示是RSA和ECC的安全性和速度的比较。

攻破时间(MIPS年) RSA/DSA(密钥长度) ECC密钥长度 RSA/ECC密钥长度比
104 512 106 5:1
108 768 132 6:1
1011 1024 160 7:1
1020 2048 210 10:1
1078 21000 600 35:1
攻破时间(MIPS年) RSA/DSA(密钥长度) ECC密钥长度 RSA/ECC密钥长度比
104 512 106 5:1
108 768 132 6:1
1011 1024 160 7:1
1020 2048 210 10:1
1078 21000 600 35:1

RSA和ECC安全模长得比较

功能 Security Builder 1.2 BSAFE 3.0
163位ECC(ms) 1,023位RSA(ms)
密钥对生成 3.8 4,708.3
签名 2.1(ECNRA) 228.4
3.0(ECDSA)
认证 9.9(ECNRA) 12.7
10.7(ECDSA)
Diffie—Hellman密钥交换 7.3 1,654.0

RSA和ECC速度比较

散列算法

散列是信息的提炼,通常其长度要比信息小得多,且为一个固定长度。加密性强的散列一定是不可逆的,这就意味着通过散列结果,无法推出任何部分的原始信息。任何输入信息的变化,哪怕仅一位,都将导致散列结果的明显变化,这称之为雪崩效应。散列还应该是防冲突的,即找不出具有相同散列结果的两条信息。具有这些特性的散列结果就可以用于验证信息是否被修改。

单向散列函数一般用于产生消息摘要,密钥加密等,常见的有:

l         MD5(Message Digest Algorithm 5):是RSA数据安全公司开发的一种单向散列算法,非可逆,相同的明文产生相同的密文。

l         SHA(Secure Hash Algorithm):可以对任意长度的数据运算生成一个160位的数值;

SHA-1MD5的比较

因为二者均由MD4导出,SHA-1和MD5彼此很相似。相应的,他们的强度和其他特性也是相似,但还有以下几点不同:

l         对强行供给的安全性:最显著和最重要的区别是SHA-1摘要比MD5摘要长32 位。使用强行技术,产生任何一个报文使其摘要等于给定报摘要的难度对MD5是2128数量级的操作,而对SHA-1则是2160数量级的操作。这样,SHA-1对强行攻击有更大的强度。

l         对密码分析的安全性:由于MD5的设计,易受密码分析的攻击,SHA-1显得不易受这样的攻击。

l         速度:在相同的硬件上,SHA-1的运行速度比MD5慢。

对称与非对称算法比较

以上综述了两种加密方法的原理,总体来说主要有下面几个方面的不同:

l         在管理方面:公钥密码算法只需要较少的资源就可以实现目的,在密钥的分配上,两者之间相差一个指数级别(一个是n一个是n2)。所以私钥密码算法不适应广域网的使用,而且更重要的一点是它不支持数字签名。

l         在安全方面:由于公钥密码算法基于未解决的数学难题,在破解上几乎不可能。对于私钥密码算法,到了AES虽说从理论来说是不可能破解的,但从计算机的发展角度来看。公钥更具有优越性。

l         从速度上来看:AES的软件实现速度已经达到了每秒数兆或数十兆比特。是公钥的100倍,如果用硬件来实现的话这个比值将扩大到1000倍。

  1. 三.加密算法的选择

由于非对称加密算法的运行速度比对称加密算法的速度慢很多,当我们需要加密大量的数据时,建议采用对称加密算法,提高加解密速度。

对称加密算法不能实现签名,因此签名只能非对称算法。

由于对称加密算法的密钥管理是一个复杂的过程,密钥的管理直接决定着他的安全性,因此当数据量很小时,我们可以考虑采用非对称加密算法。

在实际的操作过程中,我们通常采用的方式是:采用非对称加密算法管理对称算法的密钥,然后用对称加密算法加密数据,这样我们就集成了两类加密算法的优点,既实现了加密速度快的优点,又实现了安全方便管理密钥的优点。

那采用多少位的密钥呢? RSA建议采用1024位的数字,ECC建议采用160位,AES采用128为即可。

  1. 四.密码学在现代的应用

保密通信:保密通信是密码学产生的动因。使用公私钥密码体制进行保密通信时,信息接收者只有知道对应的密钥才可以解密该信息。

数字签名:数字签名技术可以代替传统的手写签名,而且从安全的角度考虑,数字签名具有很好的防伪造功能。在政府机关、军事领域、商业领域有广泛的应用环境。

秘密共享:秘密共享技术是指将一个秘密信息利用密码技术分拆成n个称为共享因子的信息,分发给n个成员,只有k(k≤n)个合法成员的共享因子才可以恢复该秘密信息,其中任何一个或m(m≤k)个成员合作都不知道该秘密信息。利用秘密共享技术可以控制任何需要多个人共同控制的秘密信息、命令等。

认证功能:在公开的信道上进行敏感信息的传输,采用签名技术实现对消息的真实性、完整性进行验证,通过验证公钥证书实现对通信主体的身份验证。

密钥管理:密钥是保密系统中更为脆弱而重要的环节,公钥密码体制是解决密钥管理工作的有力工具;利用公钥密码体制进行密钥协商和产生,保密通信双方不需要事先共享秘密信息;利用公钥密码体制进行密钥分发、保护、密钥托管、密钥恢复等。

基于公钥密码体制可以实现以上通用功能以外,还可以设计实现以下的系统:安全电子商务系统、电子现金系统、电子选举系统、电子招投标系统、电子彩票系统等。

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