Question

我计划创建一个必须能够在客户端之间安全地（即加密）发送消息的应用程序。这些消息可能包括图像和视频（最大50MB）。由于公钥加密的工作原理，每个加密密钥必须运行一次加密过程。由于这些原因，我正在寻找一种可以在现代设备（例如中级智能手机）上相当快速地加密媒体的算法。

我问这个问题是因为我遇到的所有算法（例如Blowfish和RSA）都具有相对较小的有效负载限制，这意味着即使图像也无法放入其中。

Answer 1

Don't roll your own protocol。您正在考虑这个at a far too low level。确切知道自己在做什么的人很难编写安全的代码。您甚至都不知道从哪里开始，所以您没有机会正确地做它。

如果您可以在两个端点之间建立直接连接，请使用TLS 。如果无法建立直接连接，请考虑使用TLS并中继加密的数据包；如果不切实际，请use Signal。 TLS无处不在；您的操作系统可能在其默认安装中附带了一个实现。信号不那么普遍，因此您可能必须嵌入一个库。确保跟上该库的更新。再一次，不要实现自己的库。

在幕后，所有使用公钥密码学来存储或传输多个字节数据的系统都使用hybrid cryptography。公钥加密用于建立对称密钥并验证数据，而对称加密则很繁重。

例如，RSA可用于加密对称密钥。但是，在实践中很难做到正确。它比使用椭圆曲线密码学的更现代的方法还慢。 TLS可以使用RSA加密，但是不建议使用。 TLS最好使用（elliptic curve）Diffie-Hellman key exchange和RSA或(EC)DSA signature来建立安全连接。如果您想进一步了解TLS的工作原理，请阅读an overview of the protocol，a history of problems and how they were resolved和an explanation of why RSA encryption is problematic。

请注意，河豚已经过时了一段时间。如果您需要选择特定的对称密码系统-which usually means you're doing it wrong-选择AES-GCM，AES-CCM或ChaCha20-Poly1305。

Answer 2

您对RSA的输入大小是正确的。通常，对于任何公开密钥密码术而言，输入大小是有限的，并且与您的需求相反，它比您所需要的要慢很多。公钥加密通常用于共享小数据。

例如，在使用RSA（TLS_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256）的TLS实现中，RSA步骤用于在2个参与方之间共享对称密钥（通常为AES），然后所有繁重的工作都由AES完成。 / p>

您需要的是symmetric encryption algorithm。您可以使用AES（密钥大小为128、192或什至256）加密任何大小的图像。 AES是block cipher，并且使用合适的block cipher mode，从理论上讲，它没有输入限制。 AES-128是NIST认可的相当标准的（FIPS 197）对称加密方案，因此它应该是安全的，但是您总是可以选择更大的密钥大小，例如256。

由于您已定义了算法的安全性，因此现在我们可以谈谈速度。 RSA：

$ openssl speed rsa2048
Doing 2048 bit private rsa's for 10s: 296 2048 bit private RSA's in 10.00s
Doing 2048 bit public rsa's for 10s: 6171 2048 bit public RSA's in 9.99s
LibreSSL 2.6.5
built on: date not available
options:bn(64,64) rc4(ptr,int) des(idx,cisc,16,int) aes(partial) blowfish(idx)
compiler: information not available
                  sign    verify    sign/s verify/s
rsa 2048 bits 0.033784s 0.001619s     29.6    617.7

GCM模式下的AES-128

$ openssl speed aes-128-gcm
Doing aes-128 gcm for 3s on 16 size blocks: 3778792 aes-128 gcm's in 2.99s
Doing aes-128 gcm for 3s on 64 size blocks: 1611239 aes-128 gcm's in 3.00s
Doing aes-128 gcm for 3s on 256 size blocks: 485243 aes-128 gcm's in 2.99s
Doing aes-128 gcm for 3s on 1024 size blocks: 125054 aes-128 gcm's in 2.99s
Doing aes-128 gcm for 3s on 8192 size blocks: 15366 aes-128 gcm's in 2.96s
LibreSSL 2.6.5
built on: date not available
options:bn(64,64) rc4(ptr,int) des(idx,cisc,16,int) aes(partial) blowfish(idx)
compiler: information not available
The 'numbers' are in 1000s of bytes per second processed.
type             16 bytes     64 bytes    256 bytes   1024 bytes   8192 bytes
aes-128 gcm      20220.96k    34373.10k    41545.89k    42827.86k    42526.44k

您可以看到区别，即AES如何从速度上吹走RSA。由于其设计，对称加密算法本质上是更快的。非对称算法对较慢的数量和质数使用数学运算。

由于AES如此流行，CPU制造商开始实施特殊的指令以使AES计算越来越本地化（AES-NI）。因此，AES在几乎所有流行的CPU上都将更快。

关于RSA和AES之间的安全性的一点说明，尽管这就像将苹果与桔子进行比较。 RSA2048仅提供112位安全性，而AES128提供128位安全性（参考：aes-vs-rsa）

上述问题的另一个挑战是密钥管理。您将如何安全地管理密钥？如果密钥是临时密钥，即基于会话的密钥或每次使用一个密钥，则可以使用RSA交换对称密钥，然后执行加密。这将保证完美的前向保密性。如果您需要持久密钥，那么显然有更多复杂的方法可以执行此操作，而这不在此问题的范围内。

哪种公钥算法适合视频和图像？

2 个答案: