對稱演算法非對稱演算法

A. 密碼演算法主要分為兩大類

密碼演算法主要分為兩大類：對稱密碼演算法和非對稱密碼演算法。
1. 對稱密碼演算法
對稱密碼演算法是指加密和解密使用相同密鑰的演算法。在這種演算法中，發送方和接收方共同使用同一個密鑰來加密和解密信息。對稱密碼演算法的優勢在於加密和解密速度快，但它的安全性依賴於密鑰的保密性。如果密鑰被泄露，加密信息就可能被破解。常見的對稱密碼演算法包括數據加密標准（DES）、三重數據加密演算法（3DES）和高級加密標准（AES）。
2. 非對稱密碼演算法
非對稱密碼演算法是指加密和解密使用不同密鑰的演算法。在這種演算法中，發送方使用接收方的公鑰來加密信息，而接收方則使用自己的私鑰來解密信息。非對稱密碼演算法的優點是即使公鑰是公開的，沒有對應的私鑰也無法解密信息，因此提供了更高的安全性。不過，這種演算法的缺點是加密和解密速度較慢，且計算資源消耗較大。常見的非對稱密碼演算法有RSA、數字簽名演算法（DSA）和橢圓曲線密碼演算法（ECC）。
密碼學的歷史可以追溯到古代文明。大約在公元前4000年，埃及人就開始使用簡單的密碼來保護財產和信息。古代的密碼主要是基於字母的替換和變形，例如凱撒密碼。到了中世紀，密碼學開始發展，歐洲人採用了更加復雜的密碼系統來保護政治和軍事機密。16世紀，法國外交官布萊斯·德·維吉尼亞發明了維吉尼亞密碼，它利用多個字母表的組合，被認為是古代密碼學中的一種復雜密碼。
隨著計算機技術的進步，密碼學也經歷了飛速的發展。20世紀50年代，IBM公司開發了DES演算法，成為第一個廣泛應用於計算機網路和信息安全領域的對稱密碼演算法。隨後，RSA演算法的出現和非對稱密碼演算法的應用，為密碼學領域帶來了新的研究方向。

B. 試比較對稱加密演算法與非對稱加密演算法在應用中的優缺點傳統密碼體制與公鑰密碼體制的優缺點

1、對稱加密演算法

優點

加解密的高速度和使用長密鑰時的難破解性。

缺點

對稱加密演算法的安全性取決於加密密鑰的保存情況，但要求企業中每一個持有密鑰的人都保守秘密是不可能的，他們通常會有意無意的把密鑰泄漏出去。如果一個用戶使用的密鑰被入侵者所獲得，入侵者便可以讀取該用戶密鑰加密的所有文檔，如果整個企業共用一個加密密鑰，那整個企業文檔的保密性便無從談起。

2、非對稱加密演算法

優點

非對稱密鑰體制有兩種密鑰，其中一個是公開的，這樣就可以不需要像對稱密碼那樣傳輸對方的密鑰了。這樣安全性就大了很多。

缺點

演算法強度復雜、安全性依賴於演算法與密鑰但是由於其演算法復雜，而使得加密解密速度沒有對稱加密解密的速度快。

3、傳統密碼體制

優點

由於DES加密速度快，適合加密較長的報文。

缺點

通用密鑰密碼體制的加密密鑰和解密密鑰是通用的，即發送方和接收方使用同樣密鑰的密碼體制。

4、公鑰密碼體制

優點

RSA演算法的加密密鑰和加密演算法分開，使得密鑰分配更為方便。

RSA演算法解決了大量網路用戶密鑰管理的難題。

缺點

RSA的密鑰很長，加密速度慢。

(2)對稱演算法非對稱演算法擴展閱讀

W.Diffie和M.Hellman 1976年在IEEE Trans.on Information刊物上發表了「 New Direction in Cryptography」文章，提出了「非對稱密碼體制即公開密鑰密碼體制」的概念，開創了密碼學研究的新方向。

在通用密碼體制中，得到廣泛應用的典型演算法是DES演算法。DES是由「轉置」方式和「換字」方式合成的通用密鑰演算法，先將明文（或密文）按64位分組，再逐組將64位的明文（或密文），用56位（另有8位奇偶校驗位，共64位）的密鑰，經過各種復雜的計算和變換，生成64位的密文（或明文），該演算法屬於分組密碼演算法。

C. 對稱加密演算法和非對稱加密演算法的區別是什麼

（一）對稱加密（Symmetric Cryptography）
對稱加密是最快速、最簡單的一種加密方式，加密（encryption）與解密（decryption）用的是同樣的密鑰（secret key）,這種方法在密碼學中叫做對稱加密演算法。對稱加密有很多種演算法，由於它效率很高，所以被廣泛使用在很多加密協議的核心當中。
對稱加密通常使用的是相對較小的密鑰，一般小於256 bit。因為密鑰越大，加密越強，但加密與解密的過程越慢。如果你只用1 bit來做這個密鑰，那黑客們可以先試著用0來解密，不行的話就再用1解；但如果你的密鑰有1 MB大，黑客們可能永遠也無法破解，但加密和解密的過程要花費很長的時間。密鑰的大小既要照顧到安全性，也要照顧到效率，是一個trade-off。
2000年10月2日，美國國家標准與技術研究所（NIST--American National Institute of Standards and Technology）選擇了Rijndael演算法作為新的高級加密標准（AES--Advanced Encryption Standard）。.NET中包含了Rijndael演算法，類名叫RijndaelManaged，下面舉個例子。
加密過程：

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);
}
}

解密過程：

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);
}
}

對稱加密的一大缺點是密鑰的管理與分配，換句話說，如何把密鑰發送到需要解密你的消息的人的手裡是一個問題。在發送密鑰的過程中，密鑰有很大的風險會被黑客們攔截。現實中通常的做法是將對稱加密的密鑰進行非對稱加密，然後傳送給需要它的人。

（二）非對稱加密（Asymmetric Cryptography）
1976年，美國學者Dime和Henman為解決信息公開傳送和密鑰管理問題，提出一種新的密鑰交換協議，允許在不安全的媒體上的通訊雙方交換信息，安全地達成一致的密鑰，這就是「公開密鑰系統」。相對於「對稱加密演算法」這種方法也叫做「非對稱加密演算法」。
非對稱加密為數據的加密與解密提供了一個非常安全的方法，它使用了一對密鑰，公鑰（public key）和私鑰（private key）。私鑰只能由一方安全保管，不能外泄，而公鑰則可以發給任何請求它的人。非對稱加密使用這對密鑰中的一個進行加密，而解密則需要另一個密鑰。比如，你向銀行請求公鑰，銀行將公鑰發給你，你使用公鑰對消息加密，那麼只有私鑰的持有人--銀行才能對你的消息解密。與對稱加密不同的是，銀行不需要將私鑰通過網路發送出去，因此安全性大大提高。
目前最常用的非對稱加密演算法是RSA演算法，是Rivest, Shamir, 和Adleman於1978年發明，他們那時都是在MIT。.NET中也有RSA演算法，請看下面的例子：
加密過程：

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)));
}

解密過程：

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));
}

雖然非對稱加密很安全，但是和對稱加密比起來，它非常的慢，所以我們還是要用對稱加密來傳送消息，但對稱加密所使用的密鑰我們可以通過非對稱加密的方式發送出去。為了解釋這個過程，請看下面的例子：
（1） Alice需要在銀行的網站做一筆交易，她的瀏覽器首先生成了一個隨機數作為對稱密鑰。
（2） Alice的瀏覽器向銀行的網站請求公鑰。
（3） 銀行將公鑰發送給Alice。
（4） Alice的瀏覽器使用銀行的公鑰將自己的對稱密鑰加密。
（5） Alice的瀏覽器將加密後的對稱密鑰發送給銀行。
（6） 銀行使用私鑰解密得到Alice瀏覽器的對稱密鑰。
（7） Alice與銀行可以使用對稱密鑰來對溝通的內容進行加密與解密了。

（三）總結
（1） 對稱加密加密與解密使用的是同樣的密鑰，所以速度快，但由於需要將密鑰在網路傳輸，所以安全性不高。
（2） 非對稱加密使用了一對密鑰，公鑰與私鑰，所以安全性高，但加密與解密速度慢。
（3） 解決的辦法是將對稱加密的密鑰使用非對稱加密的公鑰進行加密，然後發送出去，接收方使用私鑰進行解密得到對稱加密的密鑰，然後雙方可以使用對稱加密來進行溝通。
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D. 對稱密鑰演算法與非對稱密鑰演算法有何區別

對稱密鑰演算法與非對稱密鑰演算法的區別
密碼學中兩種常見的密碼演算法為對稱密碼演算法（單鑰密碼演算法）和非對稱密碼演算法（公鑰密碼演算法）。

對稱密碼演算法有時又叫傳統密碼演算法，就是加密密鑰能夠從解密密鑰中推算出來，反過來也成立。在大多數對稱演算法中，加密解密密鑰是相同的。這些演算法也叫秘密密鑰演算法或單密鑰演算法，它要求發送者和接收者在安全通信之前，商定一個密鑰。對稱演算法的安全性依賴於密鑰，泄漏密鑰就意味著任何人都能對消息進行加密解密。只要通信需要保密，密鑰就必須保密。對稱演算法的加密和解密表示為：

Ek(M)=C

Dk(C)=M

對稱演算法可分為兩類。一次只對明文中的單個位（有時對位元組）運算的演算法稱為序列演算法或序列密碼。另一類演算法是對明文的一組位進行運算，這些位組稱為分組，相應的演算法稱為分組演算法或分組密碼。現代計算機密碼演算法的典型分組長度為64位――這個長度大到足以防止分析破譯，但又小到足以方便作用。

這種演算法具有如下的特性：

Dk(Ek(M))=M

常用的採用對稱密碼術的加密方案有5個組成部分（如圖所示）

l）明文：原始信息。

2)加密演算法：以密鑰為參數，對明文進行多種置換和轉換的規則和步驟，變換結果為密文。

3)密鑰：加密與解密演算法的參數，直接影響對明文進行變換的結果。

4)密文：對明文進行變換的結果。

5)解密演算法：加密演算法的逆變換，以密文為輸入、密鑰為參數，變換結果為明文。

對稱密碼術的優點在於效率高（加／解密速度能達到數十兆／秒或更多），演算法簡單，系統開銷小，適合加密大量數據。

盡管對稱密碼術有一些很好的特性，但它也存在著明顯的缺陷，包括：

l）進行安全通信前需要以安全方式進行密鑰交換。這一步驟，在某種情況下是可行的，但在某些情況下會非常困難，甚至無法實現。

2)規模復雜。舉例來說，A與B兩人之間的密鑰必須不同於A和C兩人之間的密鑰，否則給B的消息的安全性就會受到威脅。在有1000個用戶的團體中，A需要保持至少999個密鑰（更確切的說是1000個，如果她需要留一個密鑰給他自己加密數據）。對於該團體中的其它用戶，此種倩況同樣存在。這樣，這個團體一共需要將近50萬個不同的密鑰！推而廣之，n個用戶的團體需要N2/2個不同的密鑰。

通過應用基於對稱密碼的中心服務結構，上述問題有所緩解。在這個體系中，團體中的任何一個用戶與中心伺服器（通常稱作密鑰分配中心）共享一個密鑰。因而，需要存儲的密鑰數量基本上和團體的人數差不多，而且中心伺服器也可以為以前互相不認識的用戶充當「介紹人」。但是，這個與安全密切相關的中心伺服器必須隨時都是在線的，因為只要伺服器一掉線，用戶間的通信將不可能進行。這就意味著中心伺服器是整個通信成敗的關鍵和受攻擊的焦點，也意味著它還是一個龐大組織通信服務的「瓶頸」

非對稱密鑰演算法是指一個加密演算法的加密密鑰和解密密鑰是不一樣的，或者說不能由其中一個密鑰推導出另一個密鑰。1、加解密時採用的密鑰的差異：從上述對對稱密鑰演算法和非對稱密鑰演算法的描述中可看出，對稱密鑰加解密使用的同一個密鑰，或者能從加密密鑰很容易推出解密密鑰；②對稱密鑰演算法具有加密處理簡單，加解密速度快，密鑰較短，發展歷史悠久等特點，非對稱密鑰演算法具有加解密速度慢的特點，密鑰尺寸大，發展歷史較短等特點。