老聽別人說加密演算法，現在給你個機會也瞭解下

七牛雲發表於2019-02-26

一、背景

據記載，公元前 400 年，古希臘人發明了置換密碼。1881 年世界上的第一個電話保密專利出現。在第二次世界大戰期間，德國軍方啟用「恩尼格瑪」密碼機，密碼學在戰爭中起著非常重要的作用。隨著資訊化和數字化社會的發展，人們對資訊保安和保密的重要性認識不斷提高，於是在 1997 年，美國國家標準局公佈實施了「美國資料加密標準（DES）」，民間力量開始全面介入密碼學的研究和應用中，採用的加密演算法有 DES、RSA、SHA 等。隨著對加密強度需求的不斷提高，近期又出現了 AES、ECC 等。

使用密碼學可以達到以下目的：

保密性：防止使用者的標識或資料被讀取。
資料完整性：防止資料被更改。
身份驗證：確保資料發自特定的一方。

二、加密演算法

根據金鑰型別不同將現代密碼技術分為兩類：對稱加密演算法和非對稱加密演算法。對稱鑰匙加密系統是加密和解密均採用同一把祕金鑰匙，而且通訊雙方都必須獲得這把鑰匙，並保持鑰匙的祕密。(本文不做贅述)

非對稱金鑰加密系統採用的加金鑰匙（公鑰）和解金鑰匙（私鑰）是不同的。

常見的非對稱加密演算法如下：

RSA：由 RSA 公司發明，是一個支援變長金鑰的公共金鑰演算法，需要加密的檔案塊的長度也是可變的；
DSA（Digital Signature Algorithm）：數字簽名演算法，是一種標準的 DSS（數字簽名標準）；
ECC（Elliptic Curves Cryptography）：橢圓曲線密碼編碼學。

三、ECC 和 RSA

在 1976 年，由於對稱加密演算法已經不能滿足需要，Diffie 和 Hellman 發表了一篇叫《密碼學新動向》的文章，介紹了公匙加密的概念，由 Rivet、Shamir、Adelman 提出了 RSA 演算法。RSA 就是他們三人姓氏開頭字母拼在一起組成的。

隨著分解大整數方法的進步及完善、計算機速度的提高以及計算機網路的發展，為了保障資料的安全，RSA 的金鑰需要不斷增加，但是，金鑰長度的增加導致了其加解密的速度大為降低，硬體實現也變得越來越難以忍受，這對使用 RSA 的應用帶來了很重的負擔，因此需要一種新的演算法來代替 RSA。
1985 年 N.Koblitz 和 Miller 提出將橢圓曲線用於密碼演算法，全稱：Elliptic curve cryptography，縮寫為 ECC，根據是有限域上的橢圓曲線上的點群中的離散對數問題 ECDLP。ECDLP 是比因子分解問題更難的問題，它是指數級的難度。

現在 SSL 證書普遍使用的是 RSA 演算法，由於上述的 RSA 演算法存在的缺點，使用 ECC 作為其公鑰演算法的數字證書近幾年的發展也不容小覷：2008 年左右 CA 開始儲備 ECC 根證書，2012 年左右 CA 開始對外公開銷售 ECC 證書，2014 年 ECC 證書在國外被普遍開始使用，2015 年國內開始接受 ECC 證書。

ECC 和 RSA 相比，在許多方面都有對絕對的優勢，主要體現在以下方面：

抗攻擊性強
CPU 佔用少
內容使用少
網路消耗低
加密速度快

隨著安全等級的增加，當前加密法的金鑰長度也會成指數增加，而 ECC 金鑰長度卻只是成線性增加。例如，128 位安全加密需要 3,072 位 RSA 金鑰，卻只需要一個 256 位 ECC 金鑰。增加到 256 位安全加密需要一個 15,360 位 RSA 金鑰，卻只需要一個 512 位 ECC 金鑰。ECC 具有如此卓越的按位比率加密的效能，預計其特點將成為安全系統關注的重點。

四、測試和分析

前面說了那麼多廢話，接下來重頭來了，接下來會著重從效能來測試兩種演算法的區別，以下多圖預警：

4.1 伺服器效能指標

測試在兩大雲主機上執行。本測試案例中使用了兩個不同的身份驗證演算法:
我們看到，ECC-256 層次結構優於 RSA-2048 和 RSA-3072

4.2 響應時間與吞吐量指標之比較

下表中的條目和以下章節詳細說明了我們為雲主機執行的測試：測試「0K GET，0% 的重用」使用超大型 ( XLarge ) 伺服器在超大型 ( XLarge ) 服桌面客戶端上執行，適用於 Apache 和 IISweb 伺服器，會話重用為 0%，意味著每個 SSL 握手都是一個完整的握手而不是簡化版握手。同時應注意，0K 檔案並不表示空負載，在過程中仍有 HTTP 抬頭傳輸。

0K GET，重用為 0%

會話重用為 0%，表明每次握手是完整的握手，涉及所需 CPU 處理，我們已經發現執行 Apache 的雲主機出現 CPU 飽和受限，RSA-3072 在 500 次請求 / 秒左右; RSA-2048 在 1300 次左右，而 ECC-256 經證實在達 2800 次前呈現出極強的適應性。重要的一點是，ECC-256 能夠適應相當高的事務數量。雖然 Apache 和 IIS 背後的資料點(如在吞吐量和等待時間中的資料點)是完全不同的，但得出的結論是相同的，而且有利於 ECC-256。注意，ECC-256 與 RSA-3072 同等安全，效率可相差甚遠。