信息安全——对称算法与非对称算法

信息化时代的飞速发展，给人们的生活带来了翻天覆地的变化。人们在享受网络数据便利交互的同时，也面临着一个重大的问题——信息安全.从开始的邮件沟通、QQ聊天，演变到现在的手机移动支付，保护个人信息与数据，变得越来越重要。信息加密体系也从早先的对称加密算法，升级到后来的共享秘钥加密体系，再到非对称加密体系。我们大多数人得益于加密算法，却不知其所以然，甚至不知其然。

下面谈一下我对加密的理解。

在ATM机还不盛行的时期，大家去银行取款，都要经历密码输入的环节。一开始我很单纯的认为，当你在键盘上输入密码的同时，这些数据会原封不动的传到工作人员的电脑中，在与卡中的密码比较之后，如果一致，则身份验证成功，可以获得取款权限。但是后来，我了解到，完全不像我所想。我们输入的密码不是直接传到后台的电脑上，而是先通过一条秘钥对其进行加密后，将密文送到电脑，后者使用相同的秘钥对密文解密后，再进行比对判断。这里用到的算法就是对称加密算法、AES、DES等等，他们都有一个共同特点，即加密和解密用的都是同一条秘钥，这条秘钥既能加密数据也能解密数据。实际应用中，先在键盘、PC端各存一条相同的秘钥KEY，当用户输入密码之后，先用KEY对密码进行加密，然后将密文送到PC端，这样一来，任何人在线路上截取的都是密码，在没有秘钥KEY的情况下是无法破解用户的密码，不会对其账户造成威胁。当密文送到PC端后，会先用KEY对其解密，然后再对比判断密码是否正确。

以上过程中银联会有自己的固定交互流程，而且会要求，秘钥在键盘中必须要存储在硬件安全载体中，比如加密芯片中，这样能防止别人拿到这条秘钥KEY，试想一旦知道了这条秘钥，那么所有用户输入的密码都可以通过线路跟踪来破解了。这就是对称算法的特点，对于这个算法来说，至关重要的是秘钥的安全，不论谁获得了秘钥，都能截获数据。不仅仅是银联的密码键盘。在应用对称加密算法的行业或者产品中，秘钥的存储都是安全的关键。在一些嵌入式加密产品中，比如机顶盒产品、水电气表等等，如果想要对线路传输数据加密，都不会将秘钥放到主控MCU中，而是单独存放于加密芯片中，数据加解密都是直接通过加密芯片实现，MCU只是起到传输数据的作用，这样秘钥的存放才会安全。

说完了对称加密，我再来谈一下非对称加密。顾名思义，加密和解密使用不同的秘钥，这就是非对称加密算法。现在常用的非对称算法主要有RSA、ECC。这类算法的秘钥分为公钥和私钥。公钥是可以向外部公开的，任何人都可以获得。私钥只有特定的人员才能获得。

私钥加密的数据，必须要用公钥来解密。而公钥加密出来的数据，只能用私钥才能解密。公私钥配合使用才能完成加解密，因此，他们都是配对存在的，也叫公私钥对——每一条公钥都唯一存在一条私钥与之配对。因为公钥是没有限制，任何人都可以获取，因此私钥的保存就变得至关重要。私钥的安全就决定了非对称加密系统的安全。

由于任何人拿到公钥，都可以对明文进行运算，如果先使用公钥对数据运算，则称为公钥加密。这个时候再用私钥运算就成为解密。相反，因为私钥不是人人都可拿到，所以他具有唯一性，只有特定人员可以拿到，因此，先用私钥运算后的数据，必须用配对的公钥才能解密还原，这样一来，一旦公钥解密成功，我们也就知道了这是谁的私钥（因为其具有唯一性），这就体现了一个特点，即身份识别。因此先进行私钥运算，我们会称他为签名。签名之后，再用公钥进行解密的过程，我们称之为验签，即验证签名人员是谁。

同理，非对称加密的私钥，也是需要保存在安全载体中的，不能以明文直接暴露在PC本地或者是嵌入式系统的MCU中。很多应用非对称算法的软件产品中，都会把私钥放在加密狗中，应用的时候，把加密狗接入PC中，进行私钥签名或者私钥解密的时候，都通过加密狗来内部实现。对于嵌入式系统，大家也都选择放到加密芯片中，这也是行业内的普遍做法。对于银联这些特定行业，更是有标准直接规定了私钥存储条件。感兴趣的可以自行查看银联PBOC规范等。

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