两类密码体制

两类密码体制

一、对称密钥密码体制

• 所谓常规密钥密码体制，即加密密钥与解密密钥是相同的密码体制。
• 这种加密系统又称为对称密钥系统。

1.1.对称密钥的缺点与优点

缺点：

• 若通信双方使用的密钥通过网络传输，会有被他人截获的风险，因此密钥不适合在网上传输。
• 若用户A想与多个用户通信需要知道多个密钥，密钥维护量大。

优点：效率高。

1.2.数据加密标准 DES

• 数据加密标准 DES 属于常规（对称）密钥密码体制，是一种分组密码。
• 数据加密分为：加密算法和加密密钥两部分。
• 在加密前，先对整个明文进行分组。每一个组长为 64 位。
• 然后对每一个 64 位 二进制数据进行加密处理，产生一组 64 位密文数据。
• 最后将各组密文串接起来，即得出整个的密文。
• 使用的密钥为 64 位（实际密钥长度为 56 位，有 8 位用于奇偶校验)。

1.3.DES 的保密性

• DES 的保密性仅取决于对密钥的保密，而算法是公开的。尽管人们在破译 DES 方面取得了许多进展，但至今仍未能找到比穷举搜索密钥更有效的方法。

• DES 是世界上第一个公认的实用密码算法标准，它曾对密码学的发展做出了重大贡献。

• DES算法的保密性取决于加密时使用密钥的长度：

  使用56位密钥加密，破解需要3.5或21分钟；

  使用128位密钥加密，破解需要5.4x10的18次方年。

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二、公钥密码体制（非对称密钥密码体制）

• 公钥密码体制使用不同的加密密钥与解密密钥，是一种“由已知加密密钥推导出解密密钥在计算上是不可行的”密码体制。

• 使用的密钥分为公钥和私钥，两种密钥成对使用。使用公钥加密和私钥解密；使用私钥加密和公钥解密。

• 现有最著名的公钥密码体制是RSA 体制，它基于数论中大数分解问题的体制，由美国三位科学家 Rivest, Shamir 和 Adleman 于 1976 年提出并在 1978 年正式发表的。

2.1.加密密钥与解密密钥

• 公钥和私钥密钥对，是由计算机产生的随机数通过算法得出的两部分。

• 在公钥密码体制中，加密密钥(即公钥) PK（Public Key） 是公开信息，而解密密钥(即私钥或秘钥) SK（Secret Key） 是需要保密的。

• 加密算法 E 和解密算法 D 也都是公开的。

• 虽然秘钥 SK 是由公钥 PK 决定的，但却不能根据 PK 计算出 SK。

2.2.公钥算法的特点

• 发送者 A 用 B 的公钥 PKB 对明文 X 加密（E 运算）后，在接收者 B 用自己的私钥 SKB 解密（D 运算），即可恢复出明文：

• 解密密钥是接收者专用的秘钥，对其他人都保密。
• 加密密钥是公开的，但不能用它来解密，即：

• 加密和解密的运算可以对调，即可用公钥加密，私钥解密；也可用私钥加密，公钥解密。

2.3.公钥密码体制加密过程

• 若用户A要与用户B进行加密通信，首先B要把自己的公钥PKB发送给A，A使用B的公钥对通信的明文X进行加密，生成密文Y，密文Y通过因特网传输到用户B处，用户B使用自己的私钥SKB对密文Y进行解密得到明文X；
• 如果密文Y在因特网上传输的过程中被用户C截获了，用户C无论是使用用户B的公钥PKB，还是自己的私钥SKC都无法对密文Y进行解密。只有用B的私钥SKB才能解密用B的公钥PKB加密的明文。
• 用户B想要与其他用户进行加密通信，只需要把自己的公钥告诉对方即可。公钥是公开的，没有公钥对应的私钥，即使密文被截获也不能被解密，只要保管好私钥，就能达到较高的安全程度。
• 公钥密码体制的缺点为效率低。

2.4.实际应用过程

实际进行加密通信时，往往综合使用对称加密和非对称加密的方式。如图所示：B想要给A发送一份500M的文件，如果直接使用A的公钥对500M文件进行加密将会耗费大量时间；

实际做法为：B产生一个相对简单的对称公钥A2，首先使用A2对文件进行加密，由于A2比较简单加密耗时较短。然后使用A的公钥对对称密钥A2进行加密。最后将A、A2和已加密文件组成的整体发送给用户A 。

用户A收到之后，使用私钥解密得到对称公钥A2，再使用A2对文件进行解密得到文件。

总结：实际应用过程中使用对称加密和非对称加密相结合的方式，既具备了对称加密的高效率，也具备了非对称加密的安全性。