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非对称加密算法

和对称加密算法一样,非对称加密算法也提供两个函数:消息加密和消息解密,但该算法较对称加密算法有两个重要的区别。首先,用于消息解密的密钥值与用于消息加密的密钥值不同;其次,非对称加密算法比对称加密算法慢数千倍,但在保护通信安全方面,非对称加密算法却具有对称密码难以企及的优势。


为说明这种优势,来回顾一下前面使用对称加密算法的例子。Alice使用密钥K加密消息并将其发送给Bob,Bob收到加密的消息后,使用密钥K对其解密以恢复原始消息。这里存在一个问题,即Alice如何将用于加密消息的密钥值发送给 Bob?答案是,Alice发送密钥值给Bob时必须通过独立的安全通信信道(即没人能监听到该信道中的通信)。


这种使用独立安全信道来交换对称加密算法密钥的需求会带来更多问题。首先,如果有独立的安全信道,为什么不直接用它发送原始消息?答案通常是安全信道的带宽有限,如安全电话线或可信的送信人。其次,Alice和Bob能假定他们的密钥值可以保持多久而不泄露(即不被其他人知道)以及他们应在何时交换新的密钥值?对这两个问题的回答属于密钥管理的范畴。


密钥管理是使用加密算法时棘手的问题,它不仅涉及如何将密钥值安全地分发给所有通信方,还涉及密钥的生命周期管理、密钥被破解时应采取什么措施等问题。Alice和Bob的密钥管理需求可能并不复杂,他们可以通过电话(如果确定没人监听)或通过挂号信来交换密码。但如果Alice 不仅需要与Bob安全通信,还需要与许多其他人安全通信,那么她就需要与每个人交换密钥(通过可靠的电话或挂号信),并管理这一系列密钥,包括记住何时交换新密钥、如何处理密钥泄漏和密钥不匹配(由于使用的密钥不正确,接收方无法解密消息)等。当然,这些问题不只Alice会遇到,Bob和其他每个人都会遇到,他们都需要交换密钥并处理这些令人头痛的密钥管理问题(事实上,X9.17是一项DES密钥管理ANSI标准[ANSIX9.17])。


如果Alice要给数百人发送消息,那么事情将更麻烦,她必须使用不同的密钥值来加密每条消息。例如,要给200个人发送通知,Alice需要加密消息200次,对每个接收方加密一次消息。显然,在这种情况下,使用对称加密算法来进行安全通信的开销相当大。


非对称加密算法的主要优势是使用两个而不是一个密钥值:一个密钥值用来加密消息,另一个密钥值用来解密消息。这两个密钥值在同一个过程中生成,称为密钥对。用来加密消息的密钥称为公钥,用来解密消息的密钥称为私钥。用公钥加密的消息只能用与之对应的私钥来解密,私钥除了持有者外无人知道,而公钥却可通过非安全管道来发送或在目录中发布。我们的文件夹加密软件都是采用此种算法。


仍用前面的例子来说明如何使用非对称加密算法来交换消息,Alice需要通过电子邮件给Bob发送一个机密文档。首先,Bob使用电子邮件将自己的公钥发送给Alice。然后Alice用Bob的公钥对文档加密并通过电子邮件将加密消息发送给Bob。由于任何用Bob 的公钥加密的消息只能用Bob的私钥解密,因此即使窥探者知道Bob的公钥,消息也仍是安全的。Bob在收到加密消息后,用自己的私钥进行解密从而恢复原始文档。