RSA、DSA 與 ECC 加密算法有哪些分別？

RSA、DSA 和 ECC 加密算法是公鑰基礎設施（PKI）中用於生成密鑰的核心算法。

公鑰基礎設施（PKI）用於管理互聯網通訊與電腦網絡中的身份和安全。公鑰基礎設施（PKI）的核心技術是公鑰密碼學，這是一種依靠一對關聯密鑰（公鑰和私鑰）保護數據、驗證身份的加密方法。

公鑰與私鑰成對配合，共同完成訊息的加密和解密。這種使用兩個加密密鑰配對的方式也稱為非對稱加密，與使用單個密鑰同時完成加密和解密的對稱加密不同。

非對稱加密的優勢包括：

• 公鑰可安全共享，用於密鑰交換和數據加密。
• 私鑰保存在用戶設備中受到保護，用於執行安全密鑰操作。
• 相比對稱加密，它能提供更強的攻擊防護能力。

這套體系為 SSL/TLS 證書、數碼簽名及其他保障敏感數據安全的加密協議提供支撐。公鑰與私鑰分離的特性，讓 RSA 加密成為現代安全通訊的信任基礎。

公鑰密碼學如何依托加密技術運作

公鑰密碼學依靠數學算法生成密鑰對。公鑰由一串隨機數字組成，用於加密數據；私鑰則用於解密數據。只有持有對應私鑰的指定接收方，才能讀取加密後的數據。

公鑰通過複雜的加密算法生成，在數學層面與對應私鑰綁定，因此可有效抵禦暴力破解或猜測攻擊。

公鑰的密鑰大小（即位長）決定了保護強度。例如，2048位RSA密鑰常用於SSL證書、數碼簽名及其他數碼證書中。該密鑰長度可提供足夠的密碼學安全能力，防止黑客破解算法。標準組織如CA/Browser Forum 訂明了基準要求 所支援的密鑰大小及算法要求，以維持跨系統的信任與互操作性。

公鑰基礎設施（PKI）支撐了我們日常使用網站、流動應用程式、線上文件及聯網裝置時無處不在、靜默運行的各類數碼證書。公鑰基礎設施（PKI）最常見的應用場景之一是基於X.509的 傳輸層安全（TLS）/安全套接層（SSL），這是HTTPS協議的基礎，可實現安全的網頁瀏覽。但數碼證書亦應用於廣泛場景，包括應用程式代碼簽名、數碼簽名，以及 數碼身份與安全的其他領域。.

RSA、DSA與ECC算法對比

公鑰基礎設施（PKI）密鑰生成主要採用三種算法，每種算法基於不同的數學難題構建，其安全強度和運行效率亦因此各有差異：

• Rivest–Shamir–Adleman（RSA）：RSA加密基於大素數分解難題，是目前最成熟、應用最廣泛的算法，用於SSL證書和數碼簽名場景。
• 數碼簽名算法（DSA）：依賴離散對數難題生成數碼簽名、驗證真實性。DSA獲美國聯邦政府認可，用於安全文件校驗。
• 橢圓曲線密碼學（ECC）：利用橢圓曲線的代數結構提供安全能力，所需密鑰長度更短，可提升效能並降低記憶體佔用與頻寬需求。

什麼是RSA？

RSA算法由Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman於1977年開發，其安全基礎是大素數分解需要極高算力的數學事實。它是首個採用公鑰/私鑰模型的算法，至今仍被廣泛信任。RSA對應多種密鑰長度，目前2048位元密鑰長度是大多數網站的通用標準。

什麼是ECC？

ECC加密即橢圓曲線密碼學，基於有限域上橢圓曲線代數結構的數學算法構建。它能以更短的密鑰長度提供與RSA、DSA相當的密碼學安全強度，降低記憶體佔用與頻寬需求。因此ECC與RSA的對比十分常見。ECC效能更優，尤其在流動裝置和IoT裝置上表現突出。1999年橢圓曲線數碼簽名算法（ECDSA）通過認證後，ECC實現標準化，同時亦獲得NSA的認可。

什麼是DSA？

DSA加密（數碼簽名算法）採用與RSA不同的算法生成公鑰/私鑰，其數學基礎是模冪運算和離散對數難題。在密鑰長度相等的前提下，它可提供與RSA相同等級的安全能力。DSA與RSA的選型差異通常在於簽名速度和驗簽效率。DSA由美國國家標準與技術研究院（NIST）於1991年提出，並於1993年納入聯邦資訊處理標準（FIPS）。
請注意，系統可同時支援多種加密算法。例如，Apache 伺服器可在同一實例上同時支援 RSA 與 DSA 生成的密鑰，在提供部署彈性的同時增強企業安全防護能力。

RSA 與 DSA 有哪些差異？

RSA 和 DSA 採用不同類型的數學算法生成密鑰對，二者的核心區別在於效能與速度，而非加密強度。

效能與速度

在加密和簽名操作場景下，RSA 的速度快於 DSA，但在解密和驗證操作場景下慢於 DSA。不過由於身份認證需要同時執行兩類密鑰操作，因此在大多數實際應用中，二者的真實效能差異極小。

RSA 的密鑰生成速度亦慢於 DSA，但由於密鑰僅需生成一次即可使用數月甚至數年，這一差異通常並非關鍵考慮因素。

SSH 協議支援

另一項差異體現在 Secure Shell（SSH）協議的兼容性上：RSA 同時兼容初代 SSH 以及較新的第二版 SSH2 協議，而 DSA 僅支援 SSH2。由於 SSH2 安全性更高，在特定環境中選擇 DSA 還是 RSA 時，這一區別可能會影響驗證方案的決策。

聯邦政府認可

DSA 與 RSA 的另一項差異是，DSA 獲得了美國聯邦政府的認可。對於向聯邦機構提供服務的企業而言，保持與政府標準對齊可能是選擇 DSA 的原因之一。

結論是：對於絕大多數使用場景、行業及監管環境而言，RSA 與 DSA 的特性十分接近，可提供同等的加密強度，二者之間的差異相對細微。兩種算法與 Nettle、OpenSSL、wolfCrypt、Crypto++、cryptlib 等主流互聯網協議的兼容性亦完全一致。

ECC 與 RSA、DSA 相比有何差異？

ECC 與 RSA、DSA 之間最大的區別在於，在同等密鑰長度下 ECC 可提供更高的加密強度。相同長度的 ECC 密鑰比 RSA 或 DSA 密鑰安全性更高，能夠以低得多的計算開銷實現同等安全等級。

密鑰長度對比：

NIST 推薦密鑰長度

ECC 效率更高

如圖所示，使用 ECC 時，僅需短得多的密鑰長度即可達到與 RSA 或 DSA 同等的加密強度——長度約小一個數量級。例如，要達到與 112 位對稱密鑰加密同等的加密強度，RSA 需要 2048 位密鑰，而 ECC 僅需 224 位密鑰。更小的密鑰長度可帶來更快的密鑰操作速度、更低的記憶體佔用，並提升 SSL 證書及安全密鑰交換流程的性能。

更短的密鑰長度意味着設備加解密數據所需的處理能力更低，因此 ECC 非常適用於流動裝置、物聯網（IoT）以及其他計算能力受限的使用場景。

安全性與速度

在 Web 伺服器等更傳統的使用場景中，ECC 相比 RSA 或 DSA 也具備一定優勢：更小的密鑰長度可在實現更強安全性的同時加快 SSL 握手速度，進而提升網頁加載速度。更小的 ECC 密鑰可在保持效率的同時提供更強的防護能力，這是大規模部署場景下的一項核心優勢。

值得留意的是ECDSA，即ECC的原始版本，是DSA的一種變體。ECDSA在相同比特長度下能夠提供與ECC相當的密碼學強度。

為甚麼橢圓曲線密碼學未得到廣泛應用？

儘管RSA是應用最廣泛的算法，但ECC這些年來的普及度也在不斷提升。RSA佔據主導地位的一個簡單原因是它出現的時間更早。除此之外，ECC本身存在的一些缺點也可以進一步解釋為甚麼用戶會回避它：

• 複雜性： 學習和應用ECC比RSA更耗時，流程也更複雜，這可能會提升出錯風險，進而對網絡安全造成負面影響。
• 漏洞：ECC容易受到側信道攻擊（SCA），這類攻擊可能進一步引發暴力破解攻擊。此外ECC還可能受到扭麴線安全攻擊，不過目前已有相應的防範措施可以抵禦這類攻擊。
• 兼容性： 較早的基礎設施和遺留軟件主要圍繞RSA和DSA構建，部分環境對ECC的支援有限。不過隨着標準演進和ECC實現的成熟，越來越多組織正因為ECC的高效性和長期安全強度轉向使用ECC。

量子計算對加密算法的未來意味着甚麼？

量子計算將對RSA、DSA、ECC這類傳統密碼學方法構成嚴重威脅。這類算法依賴大質因數分解、離散對數等數學難題，而量子電腦幾乎可在瞬間解決這些問題。一旦出現這種情況，現時大多數SSL證書、數碼簽署及安全通訊所使用的加密機制，就會在數秒內遭破解。

量子電腦投入實際應用後的影響

量子電腦投入實際應用後的影響
假如各機構未能在大規模量產量子電腦面世前採用抗量子密碼技術，以下場景極有可能成真：

• 「先收集，後解密」攻擊： 攻擊者現時會收集並儲存依賴RSA、ECC或DSA密鑰系統的加密通訊內容，待日後可動用量子計算資源時再作解密。
• 保密性受損： 受傳統公鑰密碼技術保護的網站、電郵系統、虛擬私人網絡及其他安全通道，可能在數分鐘內遭破解，不再需要耗時數年。
• 認證與數碼簽署體系遭破壞： 依賴數碼簽署算法（如DSA及各類ECDSA版本）的信任框架可能被偽造或失效，令軟件分發、金融交易、身份驗證及電子文件面臨風險。
• 關鍵基礎設施風險： 一旦加密機制被破解，金融、醫療、能源、交通、政務領域依賴公鑰密碼技術的系統，可能面臨運作中斷、資料外洩或虛假數據注入的風險。
• 監管與合規風險： 各機構可能無法符合遷移至抗量子密碼標準的新增法規要求，繼而面臨法律、聲譽或經濟處罰。

NIST最新發布的後量子加密標準是什麼？

為應對這項變革，美國國家標準與技術研究院（NIST）對現有後量子密碼學（PQC）方案進行了評估，並在聯邦信息處理標準（FIPS）框架下推出全新的後量子加密標準。這些新算法 旨在抵禦來自傳統電腦及量子電腦的攻擊。

• FIPS 203 – ML-KEM (CRYSTALS-Kyber)： 這是核心加密標準，採用基於格的數學原理，具備密鑰體積小、運算速度快、記憶體佔用低的特點。
• FIPS 204 – ML-DSA (CRYSTALS-Dilithium)： 這是數碼簽署的核心標準，同時兼顧高運算速度與強密碼學防護能力。
• FIPS 205 – SLH-DSA (SPHINCS+)： 這是適用於FIPS 204的無狀態哈希型備選方案，運算速度較慢、簽署體積更大，但採用了不同的數學結構以提升抗攻擊韌性。
• FIPS 206 – FN-DSA (FALCON)： 這是一項尚未最終定稿的新標準，將命名為FN-DSA，即基於NTRU格的快速傅立葉變換數碼簽署算法的縮寫。

下一步：制訂抗量子安全策略

迎接量子時代的前提是建立認知並主動規劃。企業首先應梳理現時RSA、DSA、ECC算法的應用場景，包括SSL證書、VPN、內部認證系統以及應用程式代碼簽署等場景。在此基礎上，安全團隊可明確向抗量子算法遷移的優先次序。

Sectigo Q.U.A.N.T.策略 為有關流程提供清晰的指導框架，可協助企業梳理自身密碼資產分布、識別風險，並完成安全遷移的評估與策略制訂。透過該方法，團隊可借助自動化抗量子方案推進落地，並持續追蹤進展，在標準演進過程中維持密碼敏捷性。

企業可透過與Sectigo這類受信任的證書頒發機構（CA）合作搶佔先機，Sectigo是後量子密碼學開發領域的前沿參與者。

透過Sectigo的PQC就緒安全方案守護未來

在了解RSA、DSA、ECC加密算法的差異，以及量子計算即將重塑加密標準的趨勢後，您應當立即為企業應對後續變化做好準備。Sectigo提供受信任的數碼證書與先進的後量子密碼學方案，旨在協助企業平滑過渡至下一代加密體系。

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