密碼學之各種加解密演算法比較

對稱加密演算法

對稱加密演算法用來對敏感資料等資訊進行加密，常用的演算法包括：

DES（Data Encryption Standard）：資料加密標準，速度較快，適用於加密大量資料的場合。

3DES（Triple DES）：是基於DES，對一塊資料用三個不同的金鑰進行三次加密，強度更高。

AES（Advanced Encryption Standard）：高階加密標準，是下一代的加密演算法標準，速度快，安全級別高；

AES與3DES的比較

非對稱演算法

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。

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。相同的金鑰長度，其抗攻擊性要強很多倍。

計算量小，處理速度快。ECC總的速度比RSA、DSA要快得多。

儲存空間佔用小。ECC的金鑰尺寸和系統引數與RSA、DSA相比要小得多，意味著它所佔的存貯空間要小得多。這對於加密演算法在IC卡上的應用具有特別重要的意義。

頻寬要求低。當對長訊息進行加解密時，三類密碼系統有相同的頻寬要求，但應用於短訊息時ECC頻寬要求卻低得多。頻寬要求低使ECC在無線網路領域具有廣泛的應用前景。

下面兩張表示是RSA和ECC的安全性和速度的比較。

 

RSA和ECC安全模長得比較

RSA和ECC速度比較

雜湊演算法

雜湊是資訊的提煉，通常其長度要比資訊小得多，且為一個固定長度。加密性強的雜湊一定是不可逆的，這就意味著通過雜湊結果，無法推出任何部分的原始資訊。任何輸入資訊的變化，哪怕僅一位，都將導致雜湊結果的明顯變化，這稱之為雪崩效應。雜湊還應該是防衝突的，即找不出具有相同雜湊結果的兩條資訊。具有這些特性的雜湊結果就可以用於驗證資訊是否被修改。

單向雜湊函式一般用於產生訊息摘要，金鑰加密等，常見的有：

l         MD5（Message Digest Algorithm 5）：是RSA資料安全公司開發的一種單向雜湊演算法，非可逆，相同的明文產生相同的密文。

l         SHA（Secure Hash Algorithm）：可以對任意長度的資料運算生成一個160位的數值；

SHA-1與MD5的比較

因為二者均由MD4匯出，SHA-1和MD5彼此很相似。相應的，他們的強度和其他特性也是相似，但還有以下幾點不同：

l         對強行供給的安全性：最顯著和最重要的區別是SHA-1摘要比MD5摘要長32 位。使用強行技術，產生任何一個報文使其摘要等於給定報摘要的難度對MD5是2¹²⁸數量級的操作，而對SHA-1則是2¹⁶⁰數量級的操作。這樣，SHA-1對強行攻擊有更大的強度。

l         對密碼分析的安全性：由於MD5的設計，易受密碼分析的攻擊，SHA-1顯得不易受這樣的攻擊。

l         速度：在相同的硬體上，SHA-1的執行速度比MD5慢。

對稱與非對稱演算法比較

    以上綜述了兩種加密方法的原理，總體來說主要有下面幾個方面的不同：

l         在管理方面：公鑰密碼演算法只需要較少的資源就可以實現目的，在金鑰的分配上，兩者之間相差一個指數級別（一個是n一個是n²）。所以私鑰密碼演算法不適應廣域網的使用，而且更重要的一點是它不支援數字簽名。

l         在安全方面：由於公鑰密碼演算法基於未解決的數學難題，在破解上幾乎不可能。對於私鑰密碼演算法，到了AES雖說從理論來說是不可能破解的，但從計算機的發展角度來看。公鑰更具有優越性。

l         從速度上來看：AES的軟體實現速度已經達到了每秒數兆或數十兆位元。是公鑰的100倍，如果用硬體來實現的話這個比值將擴大到1000倍。

三.            加密演算法的選擇

由於非對稱加密演算法的執行速度比對稱加密演算法的速度慢很多，當我們需要加密大量的資料時，建議採用對稱加密演算法，提高加解密速度。

對稱加密演算法不能實現簽名，因此簽名只能非對稱演算法。

由於對稱加密演算法的金鑰管理是一個複雜的過程，金鑰的管理直接決定著他的安全性，因此當資料量很小時，我們可以考慮採用非對稱加密演算法。

在實際的操作過程中，我們通常採用的方式是：採用非對稱加密演算法管理對稱演算法的金鑰，然後用對稱加密演算法加密資料，這樣我們就整合了兩類加密演算法的優點，既實現了加密速度快的優點，又實現了安全方便管理金鑰的優點。

那採用多少位的金鑰呢？ RSA建議採用1024位的數字，ECC建議採用160位，AES採用128為即可。

四.            密碼學在現代的應用

保密通訊：保密通訊是密碼學產生的動因。使用公私鑰密碼體制進行保密通訊時，資訊接收者只有知道對應的金鑰才可以解密該資訊。

數字簽名：數字簽名技術可以代替傳統的手寫簽名，而且從安全的角度考慮，數字簽名具有很好的防偽造功能。在政府機關、軍事領域、商業領域有廣泛的應用環境。

祕密共享：祕密共享技術是指將一個祕密資訊利用密碼技術分拆成n個稱為共享因子的資訊，分發給n個成員，只有k(k≤n)個合法成員的共享因子才可以恢復該祕密資訊，其中任何一個或m(m≤k)個成員合作都不知道該祕密資訊。利用祕密共享技術可以控制任何需要多個人共同控制的祕密資訊、命令等。

認證功能：在公開的通道上進行敏感資訊的傳輸，採用簽名技術實現對訊息的真實性、完整性進行驗證，通過驗證公鑰證書實現對通訊主體的身份驗證。

金鑰管理：金鑰是保密系統中更為脆弱而重要的環節，公鑰密碼體制是解決金鑰管理工作的有力工具；利用公鑰密碼體制進行金鑰協商和產生，保密通訊雙方不需要事先共享祕密資訊；利用公鑰密碼體制進行金鑰分發、保護、金鑰託管、金鑰恢復等。

基於公鑰密碼體制可以實現以上通用功能以外，還可以設計實現以下的系統：安全電子商務系統、電子現金系統、電子選舉系統、電子招投標系統、電子彩票系統等。