加密算法

• 加密是指将原始数据（称为明文）根据加密算法转换成密文，从而隐藏其真实内容。解密是指将密文还原成明文。
• 网络通信中常常使用加密算法：发送方将消息加密后再传输，接收方收到消息后用密钥解密成明文，其它人即使截取到消息也不能解读。
• 密钥是加密算法中的可变参数，加密算法和密文可以公开，拥有密钥的人才能解读密文。
  • 密钥的位数越长就越难破译，不过加密和解密需要的时间也就越长。
  • 为了提高安全性，发送方可以定期更换密钥，或每发一条信息使用一个新密钥。
  • 加密的原则是使破译密钥的时间比密钥的有效期久，或者使破译密钥的代价大于所保护信息的价值。

对称加密

：Symmetric Cryptography ，加密、解密时使用的密钥相同。

• 消息的发送者要将加密后的消息、密钥都发送给接受者。
• 安全性主要取决于密钥是否泄漏，因此需要通信过程保密。
• 仅适用于加密一对一的通信，不适用于加密多对多的通信。
  • 假设密钥不共用，则每两个对象相互通信时都需要生成独立的两个密钥，n 个对象之间就需要生成 n(n-1) 个密钥。
• 常见的几种算法：
  • AES
  • DES
  • RC

非对称加密

：Asymmetric Cryptography ，加密、解密时使用的密钥不同。

• 通常其中一个是公钥（可以公开给所有人），另一个是私钥（必须私密保存）。
• 安全性主要取决于加密强度，但是加密算法较复杂，加密、解密速度慢。
  • 不需要通信过程保密，因为只需要发送公钥，而且本来就是公开给所有人。
• 适合加密一对一、多对多的通信。常见用途：
  • 加密、解密数据：例如用户 A 生成一个用于加密的公钥以及对其解密的私钥，并将公钥公布出去。用户 B 拿到这个公钥，用它加密一段数据然后公布出去，这段数据只能被 A 解密。通信双方可这样交换公钥，从而建立一条专用的加密信道。
  • 数字签名：例如用户 A 生成一个用于加密的私钥以及对其解密的公钥，并将公钥公布出去。然后编写一个消息，将消息的哈希值用私钥加密之后公布。其他人可以使用公钥解读数字签名，从而验证该消息的内容没有被篡改、是由用户 A 签署的。
• 常见的几种算法：
  • RSA
    • ：支持加密、解密数据，不过速度较慢。支持数字签名。
  • DSA（Digital Signature Algorithm ，数字签名算法
    • ：不支持加密、解密数据，专用于数字签名。
    • GPG（GNU Privacy Guard ，GnuPG）是一个命令行工具，支持用 RSA、DSA 算法进行非对称加密。
  • ECDSA（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm ，椭圆曲线数字签名算法）
    • ：不支持加密、解密，专用于数字签名。

量子加密

：Quantum Cryptography ，基于量子纠缠进行加密通信。

• 量子具有不确定性、测量坍缩、不可克隆的特性，能保证通信过程不被窃听，实现绝对的加密通信。

后量子加密

：Post-Quantum Cryptography ，是指能避免被量子计算机暴力破解的加密算法。

• 传统的加密算法主要基于一些非常难解决的数学难题，比如整数分解问题、离散对数问题、椭圆曲线离散对数问题。
  • 使用传统计算机几乎不可能暴力破解传统加密算法，因为穷举的计算量太大，耗时超过上千年。
  • 使用量子计算机，并针对一种数学难题设计合适的量子算法，就容易暴力破解一些传统加密算法，虽然成本很高。
    • 例如：使用量子算法 Shor 可以在几天内破解 2048 位的 RSA 密钥。
• 目前，大部分对称加密算法、哈希函数依然难以被量子计算机破解，只是破解速度稍快，将密码长度加倍便可有效防御。
• 后量子加密算法应该具备以下特点：
  • 安全：能抵抗传统计算机、量子计算机的暴力破解。
  • 加密、解密的速度快
  • 通信开销低：密码长度不超过 10 KB 。
  • 与传统密码算法的使用流程相同，从而方便替换。