对称加密与非对称加密

 

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（一）对称加密（Symmetric Cryptography）

对称加密是最快速、最简单的一种加密方式，加密（encryption）与解密（decryption）用的是同样的密钥（secret key）。对称加密有很多种算法，由于它效率很高，所以被广泛使用在很多加密协议的核心当中。

对称加密通常使用的是相对较小的密钥，一般小于256 bit。因为密钥越大，加密越强，但加密与解密的过程越慢。如果你只用1 bit来做这个密钥，那黑客们可以先试着用0来解密，不行的话就再用1解；但如果你的密钥有1 MB大，黑客们可能永远也无法破解，但加密和解密的过程要花费很长的时间。密钥的大小既要照顾到安全性，也要照顾到效率，是一个trade-off。

2000年10月2日，美国国家标准与技术研究所（NIST--American National Institute of Standards and Technology）选择了Rijndael算法作为新的高级加密标准（AES--Advanced Encryption Standard）。.NET中包含了Rijndael算法，类名叫RijndaelManaged，下面举个例子。

加密过程：

 

        private string myData = "hello";
        private string myPassword = "OpenSesame";
        private byte[] cipherText;
        private byte[] salt = { 0x0, 0x1, 0x2, 0x3, 0x4, 0x5, 0x6, 0x5, 0x4, 0x3, 0x2, 0x1, 0x0 };
            

        private void mnuSymmetricEncryption_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            var key = new Rfc2898DeriveBytes(myPassword, salt);
            // Encrypt the data.
            var algorithm = new RijndaelManaged();
            algorithm.Key = key.GetBytes(16);
            algorithm.IV = key.GetBytes(16);
            var sourceBytes = new System.Text.UnicodeEncoding().GetBytes(myData);
            using (var sourceStream = new MemoryStream(sourceBytes))
            using (var destinationStream = new MemoryStream())
            using (var crypto = new CryptoStream(sourceStream, algorithm.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Read))
            {
                moveBytes(crypto, destinationStream);
                cipherText = destinationStream.ToArray();
            }
            MessageBox.Show(String.Format("Data:{0}{1}Encrypted and Encoded:{2}", myData, Environment.NewLine, Convert.ToBase64String(cipherText)));
        }
        private void moveBytes(Stream source, Stream dest)
        {
            byte[] bytes = new byte[2048];
            var count = source.Read(bytes, 0, bytes.Length);
            while (0 != count)
            {
                dest.Write(bytes, 0, count);
                count = source.Read(bytes, 0, bytes.Length);
            }
        }

 

解密过程：

 

        private void mnuSymmetricDecryption_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            if (cipherText == null)
            {
                MessageBox.Show("Encrypt Data First!");
                return;
            }
            var key = new Rfc2898DeriveBytes(myPassword, salt);
            // Try to decrypt, thus showing it can be round-tripped.
            var algorithm = new RijndaelManaged();
            algorithm.Key = key.GetBytes(16);
            algorithm.IV = key.GetBytes(16);
            using (var sourceStream = new MemoryStream(cipherText))
            using (var destinationStream = new MemoryStream())
            using (var crypto = new CryptoStream(sourceStream, algorithm.CreateDecryptor(), CryptoStreamMode.Read))
            {
                moveBytes(crypto, destinationStream);
                var decryptedBytes = destinationStream.ToArray();
                var decryptedMessage = new UnicodeEncoding().GetString(
                decryptedBytes);
                MessageBox.Show(decryptedMessage);
            }
        }

 

对称加密的一大缺点是密钥的管理与分配，换句话说，如何把密钥发送到需要解密你的消息的人的手里是一个问题。在发送密钥的过程中，密钥有很大的风险会被黑客们拦截。现实中通常的做法是将对称加密的密钥进行非对称加密，然后传送给需要它的人。

 

 

（二）非对称加密（Asymmetric Cryptography）

非对称加密为数据的加密与解密提供了一个非常安全的方法，它使用了一对密钥，公钥（public key）和私钥（private key）。私钥只能由一方安全保管，不能外泄，而公钥则可以发给任何请求它的人。非对称加密使用这对密钥中的一个进行加密，而解密则需要另一个密钥。比如，你向银行请求公钥，银行将公钥发给你，你使用公钥对消息加密，那么只有私钥的持有人--银行才能对你的消息解密。与对称加密不同的是，银行不需要将私钥通过网络发送出去，因此安全性大大提高。

目前最常用的非对称加密算法是RSA算法，是Rivest, Shamir, 和Adleman于1978年发明，他们那时都是在MIT。.NET中也有RSA算法，请看下面的例子：

加密过程：

 

        private byte[] rsaCipherText;
        private void mnuAsymmetricEncryption_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            var rsa = 1;
            // Encrypt the data.
            var cspParms = new CspParameters(rsa);
            cspParms.Flags = CspProviderFlags.UseMachineKeyStore;
            cspParms.KeyContainerName = "My Keys";
            var algorithm = new RSACryptoServiceProvider(cspParms);
            var sourceBytes = new UnicodeEncoding().GetBytes(myData);
            rsaCipherText = algorithm.Encrypt(sourceBytes, true);
            MessageBox.Show(String.Format("Data: {0}{1}Encrypted and Encoded: {2}",
                myData, Environment.NewLine,
                Convert.ToBase64String(rsaCipherText)));
        }

 

解密过程：

 

        private void mnuAsymmetricDecryption_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            if(rsaCipherText==null)
            {
                MessageBox.Show("Encrypt First!");
                return;
            }
            var rsa = 1;
            // decrypt the data.
            var cspParms = new CspParameters(rsa);
            cspParms.Flags = CspProviderFlags.UseMachineKeyStore;
            cspParms.KeyContainerName = "My Keys";
            var algorithm = new RSACryptoServiceProvider(cspParms);
            var unencrypted = algorithm.Decrypt(rsaCipherText, true);
            MessageBox.Show(new UnicodeEncoding().GetString(unencrypted));
        }

 

虽然非对称加密很安全，但是和对称加密比起来，它非常的慢，所以我们还是要用对称加密来传送消息，但对称加密所使用的密钥我们可以通过非对称加密的方式发送出去。为了解释这个过程，请看下面的例子：

（1） Alice需要在银行的网站做一笔交易，她的浏览器首先生成了一个随机数作为对称密钥。

（2） Alice的浏览器向银行的网站请求公钥。

（3） 银行将公钥发送给Alice。

（4） Alice的浏览器使用银行的公钥将自己的对称密钥加密。

（5） Alice的浏览器将加密后的对称密钥发送给银行。

（6） 银行使用私钥解密得到Alice浏览器的对称密钥。

（7） Alice与银行可以使用对称密钥来对沟通的内容进行加密与解密了。

 

 

（三）总结

（1） 对称加密加密与解密使用的是同样的密钥，所以速度快，但由于需要将密钥在网络传输，所以安全性不高。

（2） 非对称加密使用了一对密钥，公钥与私钥，所以安全性高，但加密与解密速度慢。

（3） 解决的办法是将对称加密的密钥使用非对称加密的公钥进行加密，然后发送出去，接收方使用私钥进行解密得到对称加密的密钥，然后双方可以使用对称加密来进行沟通。