数据是非常有价值的，一旦落入不法分子手中，可能会对个人、第三方乃至组织造成无法估量的损害。
正因如此，我们才需要加密技术，它是一种用于保护存储数据或在互联网上传输数据的方法，确保信息的安全可靠。
本文将深入探讨非对称加密的原理及其应用。
让我们开始这段探索之旅吧！
什么是加密？
加密是一个计算过程，它将数据转换为一种难以被破解的格式，我们称之为密文。 这一过程依赖于强大的、基于数学的加密算法。
简单来说，你可以理解为要求计算机对数据进行加密，以便安全地存储或传输。 这意味着只有经过授权的人才能访问这些数据。
加密的核心在于密钥。 这些密钥是数学生成的，根据其他加密参数以及发送方和接收方之间的协议计算得出。
为了更好地理解，让我们来看一个简单的加密示例。
假设你（我们称你为 Bob）想给你的好友 John 发送一条消息，而 John 对密文很感兴趣。
Bob 先编写消息，然后使用一种“加密”方法处理这些数据。 他使用的加密算法非常简单：将每个字符的 ASCII 值移动 4 个位置，从而生成密文。
例如，“A”的 ASCII 值是 65，移动 4 位后变为 69，这对应的字符是“E”。 所以在 ASCII 中，“E”的值是 69。Bob 用这种简单的方法创建了一条消息，然后发送给 John。
由于 John 和 Bob 已经事先约定好如何编码和解码消息，他们之间就可以安全地进行通信。
因此，如果 Bob 写的是“Hello, John”，那么加密后的密文就会变成“LIPPS0$NRLR”。
解码 Bob 发送的消息的过程，我们称之为解密。
为了更好地理解这个过程，你可以查阅 ASCII 表。
另请参阅：你应该尝试的最佳文本转 ASCII 工具
什么是非对称加密？
非对称加密，也称为公钥加密，它是一种使用两对密钥进行加密和解密的方法：
- 公钥：用于加密消息，可以公开给任何人使用。
- 私钥：用于解密消息，必须由所有者安全保管，不可泄露。
那么，非对称加密是如何工作的呢？
我们还是用 Bob 和 John 的例子。
Bob 意识到他之前使用的加密方法并不安全，因为任何人都可以轻易破解。
所以，他决定使用非对称加密来发送消息给 John。
首先，Bob 需要向 John 获取他的公钥。由于他们认识，他可以直接向 John 索要。
另外，还可以通过公钥目录 (PKD) 来获取，实体可以在此注册和共享他们的公钥。这样，任何想要发送安全消息的人都可以获取到对方的公钥。
现在，Bob 就可以使用 John 的公钥来加密消息了。
John 收到消息后，可以使用他的私钥进行解密。
反过来也是成立的，即可以使用私钥对数据进行加密，然后再用公钥解密。
所以，如果 Bob 使用他的私钥加密消息，John 就可以使用 Bob 的公钥来解密它！
非对称加密的有效性在于，它需要两把不同的密钥才能工作。这与对称加密不同，后者使用一把密钥来进行加密和解密。
非对称密码学是如何工作的？
为了深入理解非对称密码学的原理，我们需要了解其工作方式。
其底层过程主要依赖于使用精心设计的数学函数，这些函数负责生成密钥对。
密钥的生成取决于发送方和接收方之间的协议。
大多数工具和编程语言都预先提供了用于处理密码学的库。因此，如果你想编写非对称密码学的代码，最好使用这些库，而不是浪费时间重新发明轮子。
当一个人决定向另一个人发送加密消息时，通常会遵循以下流程：
➡️ 发送方和接收方根据一些参数生成各自的公钥和私钥。
➡️ 接下来，发送方会在公钥目录中查找接收方的公钥。
➡️ 获取到公钥后，发送方使用它来加密消息。
➡️ 然后，他将加密后的消息发送给接收方，接收方使用自己的私钥解密。
➡️ 接收者可以决定回复消息，整个过程再次发生（只是方向相反）。
非对称加密的优点
非对称加密具有诸多优势，包括：
- 消息身份验证：非对称加密能够提供强大的消息身份验证，允许验证消息及其发送者。这也是为什么数字签名是非对称加密最常见的应用之一。
- 便捷性：实施非对称加密很方便，因为密钥的分发很容易且容易获取。公钥很容易获得，因此发送者可以使用接收者的公钥轻松加密消息，而接收者则可以使用自己的私钥来解密。
- 检测篡改：非对称加密技术还可以检测传输过程中的任何形式的数据篡改。
- 不可否认性：类似于纸质文件的物理签名，发送者无法否认发送的事实。
接下来，我们将探讨非对称加密的缺点。
非对称加密的缺点
使用非对称加密的缺点包括：
- 速度慢：非对称加密速度较慢，因此不适用于传输大量数据。
- 未经认证的公钥：公钥是公开的，可以自由访问。但无法验证公钥的真实性及其与个人的关联，这增加了用户的验证负担。
- 私钥不可恢复：没有恢复私钥的机制。一旦丢失，消息将永远无法解密。
- 私钥泄露的风险：如果私钥被泄露，可能会导致数据或消息泄露。
现在，我们将探讨非对称加密的一些实际应用案例。
非对称加密的应用案例
#1. 数字签名
数字签名现在已经非常普遍。它们通常使用 Rivest-Shamir-Adleman (RSA) 算法。该算法会生成两个数学上相关的密钥：公钥和私钥。这样，数字签名可以使用私钥创建，并可以使用签名者的公钥轻松验证或解密。
#2. 加密电子邮件
电子邮件可以通过互联网安全地发送。邮件的内容可以使用公钥加密，并使用私钥解密。
#3. SSL/TLS
SSL/TLS 是一种用于跨网络进行安全通信的安全协议。它结合使用对称和非对称加密，在发送方和接收方之间建立安全连接。
在大多数情况下，它使用对称加密。但是，当双方生成会话密钥时，可能需要使用非对称加密来验证源服务器的身份。
#4. 加密货币
非对称加密最常见的应用案例之一是加密货币。在这里，公钥和私钥用于加密交易。公钥密码学与加密技术配合良好，因为公钥可用于传输交易，而私钥用于解锁交易和接收加密货币。使用非对称加密的流行加密货币包括比特币。
#5. 加密浏览
浏览器也可以使用非对称加密来保护你在传输过程中的数据。例如，当你打开浏览器并访问某个网站时，你会注意到 URL 前面的 HTTPS 协议。这里的“s”表示安全。为了实现安全连接，浏览器会与服务器进行握手，双方协商如何加密数据。
浏览器可以使用对称和非对称加密来进行握手。但非对称加密可以更加轻松地创建安全连接。
在实际应用中，浏览器通常会智能地结合使用这两种加密方式，以实现安全连接。
#6. 对称密钥加密的共享密钥
非对称密钥加密还充当在连接中共享对称密钥的一种方式。
对称加密与非对称加密
对称加密和非对称加密之间的主要区别如下：
| 非对称加密 | 对称加密 | |
| 密钥需求 | 需要两个密钥才能工作。公钥用于加密消息，而私钥用于解密消息。反之亦然。 | 只需要一个密钥。该密钥既用于加密消息，也用于解密消息。 |
| 密文大小 | 非对称加密生成的密文长度与原始消息相似或更长。 | 对称加密生成的密文与原始消息的长度相似或更短。 |
| 算法 | 有许多流行的非对称加密算法，包括 RSA、ECC、EL Gamal、Diffie-Hellman 等。 | 流行的对称加密算法包括 RC4、DES、3DES 和 AES。 |
| 速度和效率 | 与对称加密相比，加密过程相对较慢，这使得传输大量数据的效率较低。 | 加密过程比非对称加密更快，这使得传输大量数据变得高效。 |
| 密钥大小 | 密钥大小可以是 2048 位或更长。 | 密钥大小的长度为 128 或 256 位。 |
| 用途 | 非对称加密可用于数据加密、身份验证和创建安全连接通道。 | 对称加密主要用于批量数据传输。 |
何时使用非对称加密？
在以下情况下，你应该使用非对称加密：
- 你正在寻找更安全的消息加密和发送方法。
- 你正在发送少量数据，因为非对称加密速度较慢，不适合大数据传输。
- 你需要验证数字签名。
- 你正在使用加密货币，并希望通过验证身份来授权交易。
最后的话
非对称加密是许多不同技术的核心。你会发现它在很多方面都有应用，例如用于验证数字签名的 TLS/SSL 协议。
此外，由于已经有可用的加密库，你可以使用你喜欢的工具和编程语言快速实施非对称加密。你无需重新发明轮子，也无需自己编写非对称密码学的代码。
接下来，你可以阅读一篇关于对称加密的详细文章。