加密算法分类及应用场景详解

加密算法是信息安全的核心，用于保护数据的机密性、完整性和身份验证。以下是主要加密算法的分类及典型代表：

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一、对称加密（Symmetric Encryption）

特点：加密和解密使用相同密钥，速度快，适合大数据加密。
核心问题：密钥分发需安全通道。
常见算法：

1. AES（Advanced Encryption Standard）
   • 密钥长度：128/192/256位
   • 块大小：128位
   • 应用：Wi-Fi加密（WPA2）、文件加密（如ZIP）、TLS。
2. DES（Data Encryption Standard）
   • 已淘汰（56位密钥过短），被3DES（三重DES）替代。
3. ChaCha20
   • 流加密，比AES更快，适合移动设备（如TLS 1.3的可选算法）。

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二、非对称加密（Asymmetric Encryption）

特点：使用公钥（公开）和私钥（私有），解决密钥分发问题，但速度慢。
常见算法：

1. RSA
   • 基于大数分解难题，密钥长度通常2048位以上。
   • 用途：数字签名、密钥交换。
2. ECC（Elliptic Curve Cryptography）
   • 相同安全性下密钥比RSA更短（如256位ECC≈3072位RSA）。
   • 应用：比特币（secp256k1曲线）、移动设备。
3. Diffie-Hellman（DH）
   • 用于密钥交换，不直接加密数据（如TLS中的密钥协商）。

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三、哈希算法（Hash Functions）

特点：单向不可逆，固定长度输出，用于验证数据完整性。
常见算法：

1. SHA-256（Secure Hash Algorithm）
   • 输出256位，比特币和TLS常用。
2. MD5
   • 已淘汰（易碰撞攻击），仅用于校验文件完整性。
3. Bcrypt
   • 专为密码哈希设计，内置盐值和慢哈希特性（防暴力破解）。

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四、数字签名（Digital Signature）

作用：验证消息来源和完整性。
常用方案：

• RSA + SHA-256：用私钥签名，公钥验证。
• ECDSA：基于ECC的高效签名（如比特币）。

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五、密钥交换协议（Key Exchange）

1. Diffie-Hellman（DH）
   • 双方通过公开信道协商共享密钥。
2. ECDH
   • DH的ECC版本，更高效。

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六、实际应用场景

1. HTTPS（TLS协议）
   • 混合加密：RSA/ECDH交换密钥 + AES加密数据 + SHA-256验证完整性。
2. 区块链
   • 比特币：ECDSA签名 + SHA-256哈希。
3. 密码存储
   • 推荐：Bcrypt/PBKDF2（加盐+慢哈希）。

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七、选择建议

• 机密性：AES（对称）或 RSA/ECC（非对称）。
• 完整性：SHA-256或SHA-3。
• 身份验证：数字签名（如ECDSA）。
• 密码存储：Bcrypt/Argon2。

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八、注意事项

• 避免过时算法：如DES、MD5、SHA-1。
• 密钥管理：比算法本身更重要（如定期轮换、安全存储）。
• 量子计算威胁：RSA/ECC可能被Shor算法破解，未来可转向抗量子算法（如格密码）。

理解这些算法的适用场景和原理，是设计安全系统的基础。