对称加密与非对称加密

按照密钥的使用方式，加密可以分为两大类：对称加密和非对称加密。

对称加密 很好理解，就是指加密和解密时使用的密钥都是同一个，是 对称 的。只要保证了密钥的安全，那整个通信过程就可以说具有了机密性。

TLS 里有非常多的对称加密算法可供选择，前常用的只有 AES 和 ChaCha20。

• AES 的意思是 高级加密标准（Advanced Encryption Standard），密钥长度可以是 128、192 或 256。它是 DES 算法的替代者，安全强度很高，性能也很好，而且有的硬件还会做特殊优化，所以非常流行，是应用最广泛的对称加密算法。

• ChaCha20 是 Google 设计的另一种加密算法，密钥长度固定为 256 位，纯软件运行性能要超过 AES，曾经在移动客户端上比较流行，但 ARMv8 之后也加入了 AES 硬件优化，所以现在不再具有明显的优势，但仍然算得上是一个不错的算法。

对称算法还有一个 分组模式 的概念，它可以让算法用 固定长度 的 密钥 加密 任意长度 的 明文，把 小秘密（即密钥）转化为 大秘密（即密文）。

比如，AES128-GCM，意思是密钥长度为 128 位的 AES 算法，使用的分组模式是 GCM。

非对称加密 有两个密钥，一个叫 公钥（public key），一个叫 私钥（private key）。两个密钥是不同的，不对称，公钥可以公开给任何人使用，而私钥必须严格保密。

公钥和私钥有个特别的 单向 性，虽然都可以用来加密解密，但公钥加密后只能用私钥解密，反过来，私钥加密后也只能用公钥解密。

非对称加密算法的设计要比对称算法难得多，在 TLS 里只有很少的几种，RSA 可能是其中最著名的一个，几乎可以说是非对称加密的代名词，它的安全性基于“整数分解”的数学难题，使用两个超大素数的乘积作为生成密钥的材料，想要从公钥推算出私钥是非常困难的。

看到这里，你是不是认为可以抛弃对称加密，只用非对称加密来实现机密性呢？很遗憾，虽然非对称加密没有 密钥交换 的问题，但因为它们都是基于复杂的数学难题，运算速度很慢，即使是 ECC 也要比 AES 差上好几个数量级。如果仅用非对称加密，虽然保证了安全，但通信速度有如乌龟、蜗牛，实用性就变成了零。

对称加密看上去好像完美地实现了机密性，但其中有一个很大的问题：如何把密钥安全地传递给对方，术语叫 密钥交换。

那么，是不是能够把对称加密和非对称加密结合起来呢，两者互相取长补短，即能高效地加密解密，又能安全地密钥交换。现在 TLS 里使用的混合加密方式，其实说穿了也很简单：

• 在通信刚开始的时候使用非对称算法，比如 RSA、首先解决密钥交换的问题。

• 后续就不再使用非对称加密，全都使用对称加密。

这样混合加密就解决了对称加密算法的密钥交换问题，而且安全和性能兼顾，完美地实现了机密性。

小结：

• 加密算法的核心思想是“把一个小秘密（密钥）转化为一个大秘密（密文消息）”，守住了小秘密，也就守住了大秘密；

• 对称加密只使用一个密钥，运算速度快，密钥必须保密，无法做到安全的密钥交换，常用的有 AES 和 ChaCha20；

• 非对称加密使用两个密钥：公钥和私钥，公钥可以任意分发而私钥保密，解决了密钥交换问题但速度慢，常用的有 RSA 和 ECC；

在混合加密中用到了公钥加密，因为只能由私钥解密。那么反过来，私钥加密后任何人都可以用公钥解密，这有什么用呢？

公钥的传输必须使用证书，把公钥和持有者身份绑在一起，否则就会有信任问题，容易被别人冒充。私钥加密的作用是签名，实现身份认证而不是数据保密，签名是公开的，所以不存在安全问题。