David Liao's Blog

簡介

Asymmetric Encryption (非對稱式加密) 即是為了改良 Symmetric Encryption(對稱式加密) 的缺點而產生的。

在對稱式加密中，通訊雙方往來的訊息是由同一把金鑰進行加密；假設 A 與 B 通訊，兩個人必須有一把相同的金鑰；而若是 A 也要與 C 通訊，則 A 與 C 則必須擁有另外一把不同的金鑰；否則若是都使用相同金鑰，C 就可以解密出 A 要給 B 的訊息，相對的，B 也可以解密出 A 要給 C 的訊息，如此一來資訊在傳送就不再安全!

除此之外，還要防範金鑰被竊取的問題，只要通訊雙方任何一個人把金鑰洩露出去，也就破壞了原本建立的安全機制了。

因此，Asymmetric Encryption(非對稱式加密) 使用了一對金鑰(key pair)的方式解決了這個問題

Key Pair

在 Asymmetric Encryption 的架構中，要通訊的雙方都各持有一對金鑰，分別是私鑰(private key)以及公鑰(public key)。

顧名思義，private key 是要妥善且由自己秘密保管的，而 public key 則是可以公開出去。

假設使用者 A 有一對金鑰，若是 B 要與 A 進行通訊，則 B 必須使用 A 所提供的 public key 進行加密，再將加密的內容傳送給 A，接著 A 可以用自己的 private key 進行解密。

同樣的，A 要是要傳訊息給 B，則是要使用 B 所提供的 public key 進行加密，而 B 則可以用自己的 private key 進行解密。

有趣的是，雖然訊息是由 public key 所加密的，但是卻無法利用 public key 將原本的訊息還原回來，這就是非對稱式加密的精華所在，也是目前非常受到歡迎的原因。

而這一來一往之間，所使用的演算法，即為 RSA 演算法。

RSA Algorithm

RSA 演算法要如何確保不容易被破解呢? 答案在於「要算出一個很大的數，是由那兩個質數相乘的結果(進行因數分解)，是很困難的」，因此可以很明顯看出，RSA 的運作方式，都是以兩個很大的質數為基礎來進行的。

RSA 演算法的基礎，取決於兩個很大的質數(可能達數百位數)，運作流程大概如下：

1. 選擇兩個大質數 P & Q

2. 計算 N = P * Q

3. 選擇公鑰(public key) E，使它不為 (P-1) 或 (Q - 1) 的因數

4. 選擇私鑰(private key) D，讓右邊算式成立：(D * E) % [(P - 1) * (Q - 1)] = 1

5. 加密過程為：密文(CT) = 明文(PT^E) % N

6. 解密過程為：明文(PT) = 密文(CT^D) % N

如此看來，其實 RSA 的加解密過程是很簡單的，因此重點就是在於金鑰的產生，目前已經被證明長度 1024 bits 不夠安全，因此建議使用長度為 2048 bits 的金鑰作為加解密之用，來提升重要資訊傳輸的安全性。

最後，雖然非對稱式加密解決了金鑰交換的問題，但是卻衍生出加解密效率不彰的問題，因為相較於 DES，RSA 的速度只有其百分之一不到。

Asymmetric + Symmetric

真的沒有更好的 solution 嗎? 當然是有的......只要巧妙的結合兩者的優點即可啦!!

其中的原理很簡單，假設 A 要傳訊息給 B，就會發生大概類似以下流程：

1. A 透過對稱式演算法，產生出一把對稱式加密用的金鑰(注意：這把金鑰只用在這一次的傳輸)

2. 接著 A 使用 B 所提供的 public key，將這把金鑰加密，並將加密後的內容傳給 B

3. B 接收到後，使用自己的 private key 解密，取得這把一次性金鑰

4. 接著之後雙方訊息的往來，都使用對稱式加密

如此一來，就不僅解決了金鑰交換的問題，也解決了非對稱式加解密效率不彰的問題。

當然，這樣的 solution 其實還不算最安全，因此才會有 Digital Signature(數位簽章) 的誕生.....

資料來源:Asymmetric Encryption