什麼是對稱加密？
對稱加密使用單一金鑰來鎖定（加密）和解鎖（解密）資料。 寄件者和收件者都必須持有相同的秘密金鑰，任何人只要取得該金鑰，就能已讀其保護的所有內容。
想像一個只有一個密碼組合的實體保險箱。 任何知道密碼組合的人都可以打開它。 它快速又簡單，但您必須先安全地共享該密碼組合，然後才能一起使用。
什麼是非對稱加密？
非對稱加密使用兩個在數學上相連結的金鑰：公開金鑰和私有金鑰。 由其中一個金鑰加密的內容，只有另一個金鑰才能解密。 您可以與任何人公開共享公開金鑰；私有金鑰絕不會離開您的裝置。
想像一下您前門上的信件投遞口。 任何人都可以投遞信件進去（使用您的公開金鑰加密），但只有您擁有打開箱子並已讀裡面內容的金鑰（使用您的私有金鑰解密）。 不需要事先交換秘密。
這徹底解決了金鑰分發問題。 兩個以前從未溝通認識的陌生人可以建立安全的頻道：一人發布他們的公開金鑰，另一人使用它加密訊息，並且只有金鑰持有者可以已讀回覆。 這是端對端加密、HTTPS 和數位簽署的基礎。
權衡取捨：由於涉及複雜的數學運算，非對稱加密比對稱加密慢了大約 1,000 倍。 僅使用非對稱密碼學來加密大型檔案或持續的資料串流是不切實際的。
常見的非對稱演算法包括：
- RSA (Rivest–Shamir–Adleman)
- 橢圓曲線密碼學 (ECC)，例如用於金鑰交換的 ECDH 和用於數位簽署的 Ed25519
- ML-KEM，一種由 NIST 於 2024 年標準化的新型後量子非對稱演算法，旨在抵禦來自量子電腦的攻擊
非對稱與對稱加密：關鍵差異
一個共享金鑰
快速、高效，非常適合大量資料。 需要雙方已經安全地共享秘密金鑰。
公開 + 私有金鑰組
速度較慢，但解決了金鑰交換問題。 任何人都可以加密；只有金鑰擁有者才能解密。
對稱 | 非對稱 | |
|---|---|---|
金鑰 | 一個共享金鑰 | 公開 + 私有金鑰組 |
速度 | 非常快速 | 慢約 1,000 倍 |
金鑰長度 | 128–256 位元 | ≥2048 位元 (RSA), ≥256 位元 (ECC) |
金鑰分發 | 必須事先安全地共享 | 公開金鑰可以公開共享 |
最適合 | 加密大型資料，例如檔案、磁碟和 VPN 流量 | 安全金鑰交換、數位簽署、訊息傳送 |
範例 | AES、ChaCha20 | RSA、ECDH、Ed25519、ML-KEM（後量子） |
為什麼現代加密同時使用兩者
在實務中，對稱和非對稱加密幾乎從不單獨使用。 最安全的系統會將它們結合：使用非對稱加密來安全地交換金鑰，然後使用對稱加密來保護實際資料。 這為您提供了非對稱密碼學的安全性與對稱密碼學的速度。
同時使用非對稱和對稱加密稱為混合密碼學。 它是 HTTPS、TLS、VPN、OpenPGP 加密電子郵件以及大多數其他安全通訊協定的基礎。
當您造訪安全網站時會發生什麼事
您的瀏覽器和伺服器使用非對稱加密（透過 ECDH）在不傳輸的情況下就共享工作階段金鑰達成一致，即使有人攔截了交換過程，也無法推導出金鑰。
該共享工作階段金鑰與對稱加密（AES 或 ChaCha20）結合使用，以加密該工作階段剩餘時間內的所有資料，其速度足以處理持續的流量。
當連線關閉時，工作階段金鑰會被捨棄。 這很重要，因為被竊取的私有金鑰否則會變成「主金鑰」— 能夠解密過去和未來的每個工作階段。 為每個工作階段產生一個全新金鑰意味著入侵僅限於該工作階段。 此屬性稱為完全前向保密。
當您傳送端對端加密電子郵件時會發生什麼事
訊息是使用隨機產生的對稱工作階段金鑰 (AES) 加密，其速度足以應對任何訊息大小。
然後使用收件者的公開金鑰加密該工作階段金鑰（非對稱加密），因此只有他們才能用自己的私有金鑰將其解鎖。
兩者會一起傳送。 收件者使用他們的私有金鑰解密工作階段金鑰，然後使用它來解密訊息，這一切都無需事先共享任何秘密。
真實性與數位簽署
量子電腦與加密
對稱和非對稱加密面臨來自量子電腦非常不同的威脅，而了解其差異對於整個行業如何做好準備至關重要。
傳統的非對稱加密依賴於困難的數學問題：分解大數 (RSA) 或解決離散對數問題 (ECDH)。 使用 Shor 演算法的量子電腦特別擅長這類問題，能夠在大規模上有效地破解傳統的非對稱密碼學。
對稱加密的韌性要強得多。 它依賴於暴力破解（嘗試每個可能的金鑰），量子電腦雖然可以加速此過程，但不足以讓大小適中的金鑰過時。 256 位元的對稱金鑰在面對已知的量子攻擊時仍然安全；無需在實務上增加金鑰大小。
這就是為什麼像 ML-KEM 這樣的後量子演算法被設計為非對稱的替代品，填補了當今使用 RSA 和 ECDH 的空白，而對稱加密在很大程度上保持不變。
Proton 如何使用非對稱和對稱加密
每個 Proton 服務都使用混合密碼學：使用非對稱加密來建立安全金鑰交換，並使用對稱加密來快速保護您的資料。
Proton VPN 使用 WireGuard 和 OpenVPN 等現代 VPN 協定，以 ChaCha20 或 AES-256 加密流量。 這些協定使用非對稱金鑰交換來建立全新的對稱工作階段金鑰，有助於提供完全前向保密。
Proton Drive 使用 OpenPGP 標準在用戶端加密檔案。 它使用非對稱公開/私有金鑰，因此只有您的私有金鑰才能解密您的檔案，這意味著除了您之外，沒有人 — 甚至是 Proton — 可以存取它們。
掌握您的資料
現代加密之所以有效，是因為對稱和非對稱密碼學協同工作，而 Proton 同時使用這兩者來保護您在所有應用程式中的隱私。
常見問題
- 對稱和非對稱加密之間的主要差異是什麼？
- 非對稱和對稱加密，哪一個比較快？
- 為什麼我們同時需要對稱和非對稱加密？
- 對稱加密是否比非對稱加密更不安全？
- 非對稱加密能取代對稱加密嗎？
- 對稱還是非對稱演算法更容易受到量子電腦的攻擊？
