一、背景

據記載，公元前 400 年，古希臘人發明了置換密碼。1881 年世界上的第一個電話保密專利出現。在第二次世界大戰期間，德國軍方啟用「恩尼格瑪」密碼機，密碼學在戰爭中起著非常重要的作用。 隨著信息化和數字化社會的發展，人們對信息安全和保密的重要性認識不斷提高，於是在 1997 年，美國國家標準局公布實施了「美國數據加密標準（DES）」，民間力量開始全面介入密碼學的研究和應用中，采用的加密算法有 DES、RSA、SHA 等。隨著對加密強度需求的不斷提高，近期又出現了 AES、ECC 等。

使用密碼學可以達到以下目的：

• 保密性：防止用戶的標識或數據被讀取。
• 數據完整性：防止數據被更改。
• 身份驗證：確保數據發自特定的一方。

二、加密算法

根據密鑰類型不同將現代密碼技術分為兩類：對稱加密算法和非對稱加密算法。對稱鑰匙加密系統是加密和解密均采用同一把秘密鑰匙，而且通信雙方都必須獲得這把鑰匙，並保持鑰匙的秘密。(本文不做贅述)

非對稱密鑰加密系統采用的加密鑰匙（公鑰）和解密鑰匙（私鑰）是不同的。

常見的非對稱加密算法如下：

• RSA：由 RSA 公司發明，是一個支持變長密鑰的公共密鑰算法，需要加密的文件塊的長度也是可變的；
• DSA（Digital Signature Algorithm）：數字簽名算法，是一種標準的 DSS（數字簽名標準）；
• ECC（Elliptic Curves Cryptography）：橢圓曲線密碼編碼學。

三、ECC 和 RSA

在 1976 年，由於對稱加密算法已經不能滿足需要，Diffie 和 Hellman 發表了一篇叫《密碼學新動向》的文章，介紹了公匙加密的概念，由 Rivet、Shamir、Adelman 提出了 RSA 算法。RSA 就是他們三人姓氏開頭字母拼在一起組成的。

隨著分解大整數方法的進步及完善、計算機速度的提高以及計算機網絡的發展，為了保障數據的安全，RSA 的密鑰需要不斷增加，但是，密鑰長度的增加導致了其加解密的速度大為降低，硬件實現也變得越來越難以忍受，這對使用 RSA 的應用帶來了很重的負擔，因此需要一種新的算法來代替 RSA。
1985 年 N.Koblitz 和 Miller 提出將橢圓曲線用於密碼算法，全稱：Elliptic curve cryptography，縮寫為 ECC，根據是有限域上的橢圓曲線上的點群中的離散對數問題 ECDLP。ECDLP 是比因子分解問題更難的問題，它是指數級的難度。

現在 SSL 證書普遍使用的是 RSA 算法，由於上述的 RSA 算法存在的缺點，使用 ECC 作為其公鑰算法的數字證書近幾年的發展也不容小覷：2008 年左右 CA 開始儲備 ECC 根證書，2012 年左右 CA 開始對外公開銷售 ECC 證書，2014 年 ECC 證書在國外被普遍開始使用，2015 年國內開始接受 ECC 證書。

ECC 和 RSA 相比，在許多方面都有對絕對的優勢，主要體現在以下方面：

• 抗攻擊性強
• CPU 占用少
• 內容使用少
• 網絡消耗低
• 加密速度快

隨著安全等級的增加，當前加密法的密鑰長度也會成指數增加，而 ECC 密鑰長度 卻只是成線性增加。例如，128 位安全加密需要3,072 位 RSA 密鑰，卻只需要一 個 256 位 ECC 密鑰。增加到 256 位安全加密需要一個 15,360 位 RSA 密鑰，卻只 需要一個 512 位 ECC 密鑰。ECC 具有如此卓越的按位比率加密的性能，預計其特點將成為安全系統關註的重點。

四、測試和分析

前面說了那麽多廢話，接下來重頭來了，接下來會著重從性能來測試兩種算法的區別，以下多圖預警：

4.1 服務器性能指標

測試在兩大雲主機上執行。本測試案例中使用了兩個不同的身份驗證算法:

我們看到，ECC-256 層次結構優於 RSA-2048 和 RSA-3072

4.2 響應時間與吞吐量指標之比較

下表中的條目和以下章節詳細說明了我們為雲主機運行的測試：測試「0K GET，0% 的重用」使用超大型 ( XLarge ) 服務器在超大型 ( XLarge ) 服桌面客戶端上運行，適用於 Apache 和 IISweb 服務器，會話重用為 0%，意味著每個 SSL 握手都是一個完整的握手而不是簡化版握手。同時應註意，0K 文件並不表示空負載，在過程中仍有 HTTP 擡頭傳輸。

測試案例和場景

• 0K GET，重用為 0%

會話重用為 0%，表明每次握手是完整的握手，涉及所需 CPU 處理，我們已經發現運行 Apache 的雲主機出現 CPU 飽和受限，RSA-3072 在 500 次請求 / 秒左右; RSA-2048 在 1300 次左右，而 ECC-256 經證實在達 2800 次前呈現出極強的適應性。重要的一點是，ECC-256 能夠適應相當高的事務數量。雖然 Apache 和 IIS 背 後的數據點(如在吞吐量和等待時間中的數據點)是完全不同的，但得出的結論是相同的，而且有利於 ECC-256。註意，ECC-256 與 RSA-3072 同等安全，效率可相差甚遠。

• 200K GET，重用為 0%

在雲主機上托管 web 服務器的原因是要減少所需客戶端數，以便使服務器能夠最大程度地利用 CPU。結果和「0K GET，重用為 0%」趨勢相同。

• 200K GET，重用為 68%

會話重用為 68% 的結果是三分之二的握手被簡化。與之前測試相比，平均響應時間下降，同時吞吐量增加，三者間的飽和缺口縮小。如果重用百分比增加並繪制成圖，我們便可以看到差距在縮小。

• 1200K GET，重用為 0%

一個有趣的現象是，在 Apache 一例中我們觀察到 ECC-256 和 RSA-2048 的網絡傳輸開始飽和，但 RSA-3072 卻達到了 CPU 利用極限。而對於 IIS，三者都達到了 CPU 利用極限。

五、不久，ECC 將無處不在

ECC 的這些特點使它必將取代 RSA，成為通用的公鑰加密算法。比如 SET 協議的制定者已把它作為下一代 SET 協議中缺省的公鑰密碼算法。

ECC 證書兼容性：

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