对称加密体系和非对称加密体系

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1. 对称加密体系（Symmetric Encryption）

定义

对称加密是一种加密方法，在这种体系中，加密和解密都使用同一个密钥（称为对称密钥）。发送方使用该密钥加密消息，接收方使用相同的密钥解密消息。

工作原理

加密过程：消息发送者使用对称密钥对明文进行加密，生成密文。

解密过程：接收者需要拥有相同的对称密钥，才能对密文进行解密，恢复成明文。

特点

速度快：对称加密算法比非对称加密快，因此常用于处理大量数据。

密钥分发问题：安全传输密钥是对称加密的一个挑战。如果密钥被泄露或中途被截获，通信的安全性将无法得到保障。

常见算法

AES（高级加密标准）：目前应用广泛的对称加密算法。

DES（数据加密标准）：早期使用广泛，但如今已不再安全。

3DES（三重数据加密标准）：DES的加强版。

应用场景

数据传输加密：在区块链中，对称加密可以用于节点之间的通信加密，确保交易数据在网络上传输的安全性。

私有链：在一些私有区块链中，可能会使用对称加密来保护链上数据的隐私，尤其是当节点之间的信任度较高时。

优缺点

优点：加密和解密速度快，适合处理大量数据。

缺点：密钥的管理和分发较为困难，且一旦密钥被泄露，所有加密内容都可能被破解。

2. 非对称加密体系（Asymmetric Encryption）

定义

非对称加密体系使用一对密钥：公钥和私钥。其中，公钥用于加密，私钥用于解密，或者反过来（后面会说明两种方式不同的用途）。公钥可以公开给所有人，而私钥必须严格保密。

工作原理

加密过程：发送方使用接收方的公钥对明文进行加密。

解密过程：接收方使用自己的私钥对收到的密文进行解密，恢复为明文。

特点

安全性高：由于加密和解密使用的是不同的密钥，公钥可以公开，而私钥无需共享（只有数据发送方才拥有私钥，私钥不会传输出去），确保了较高的安全性。

速度慢：与对称加密相比，非对称加密的速度较慢，不适合处理大量数据。

常见算法

RSA：常用的非对称加密算法，安全性较高。

ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）：区块链中广泛使用的一种基于椭圆曲线的加密算法，具有较好的安全性和性能平衡。

应用场景

数字签名：区块链系统中，非对称加密广泛用于数字签名。用户使用私钥对交易进行签名，验证节点使用公钥来验证签名的有效性。这是区块链中确保数据和交易完整性的核心机制。

钱包生成和访问：区块链钱包通常使用非对称加密生成公钥和私钥。私钥用于控制钱包中的资产，而公钥则用于公开接收资产。

加密消息传输：在某些区块链协议中，非对称加密可以用于节点之间的安全通信。

优缺点

优点：无需共享私钥，密钥管理更安全；公钥可以公开，降低了密钥分发的复杂度。

缺点：加密和解密速度较慢，不适合大规模数据的加密。

比特币中公私钥的大小

比特币的私钥是一个 256 位（bit）的随机数。通常表示为 32 字节（byte），即 32 个字节。

比特币的公钥是由私钥通过椭圆曲线加密算法生成的，可以分为压缩和未压缩两种形式：

未压缩公钥： 由一个 0x04 前缀和两个 256 位的坐标（x 和 y）组成，总长度为 65 字节（即 520 位）。表示时为 130 个十六进制字符。

压缩公钥： 由一个 0x02 或 0x03 前缀（根据 y 坐标的奇偶性）和 256 位的 x 坐标组成，总长度为 33 字节（即 264 位）。表示时为 66 个十六进制字符。

比特币系统中更多采用压缩公钥进行交易，减少存储和传输的开销。

3. 对称加密与非对称加密的比较

特性	对称加密	非对称加密
密钥数量	1 个（同一个密钥加密解密）	2 个（公钥加密，私钥解密，或反之）
加密/解密速度	快	慢
安全性	密钥必须保密，密钥传输较为复杂	公钥可以公开，私钥保密，安全性较高
使用场景	数据传输加密、大文件加密等	数字签名、身份认证、密钥交换等
典型算法	AES、DES、3DES	RSA、ECDSA
密钥管理的难度	密钥管理复杂，需安全传输密钥	密钥管理较简单，只需保护私钥

4. 在区块链中的结合应用

在区块链中，通常会将对称加密和非对称加密结合使用，以平衡安全性和性能。例如：

混合加密：使用非对称加密来安全地传输对称密钥，然后使用对称加密进行大数据量的加密传输。这种方式能确保数据传输的安全性，同时提高加密处理的效率。

钱包和交易签名：非对称加密被用于生成用户的区块链钱包和进行交易签名，而在某些私有区块链中，对称加密可能用于节点间的通信加密。

“公钥用于加密，私钥用于解密” 有什么应用？

这种应用方式是我们在日常生活中常见的，比如我们想要给别人发送一条消息，而我们不希望有第三方知道我们通信的内容，我们就可以先将公钥发送给需要通讯的一方 B，B 使用我们发送的公钥加密数据后，将消息发送给我们，我们就可以使用本地的私钥解密消息，得到讯息。由于私钥始终存放在本地，未有传输，因此不会有人破解消息。

“私钥用于加密，公钥用于解密“ 有什么应用？

这种方式主要应用在区块链的数字签名，目的是验证数字签名的准确性，而不是避免消息的泄漏。

比如，我想要购买一个有周杰lun 亲笔签名的唱片，他通过私钥加密了自己的签名，当其他人购买这款唱片的时候，会得到一个公钥，他们可以通过公钥对签名进行解密，查看是否真的是周杰lun 本人的签字，如果是的话，他们可以成功通过公钥对签名解密，如果不是，那么就无法进行解密。

其他人无法篡改签名的内容，因为他们并不会拥有私钥，这种方式极大程度的保证了数字签名的准确性，确保了来源是可以信任的。