对称加密与非对称加密

(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),这种方法在密码学中叫做对称加密算法。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)

1976年,美国学者Dime和Henman为解决信息公开传送和密钥管理问题,提出一种新的密钥交换协议,允许在不安全的媒体上的通讯双方交换信息,安全地达成一致的密钥,这就是“公开密钥系统”。相对于“对称加密算法”这种方法也叫做“非对称加密算法”。

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。

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