Симметричное и асимметричное шифрование: Сравнительный анализ

Современная криптография делится на две основные ветви: симметричную и асимметричную криптографию. Симметричное шифрование часто является синонимом симметричной криптографии, в то время как асимметричная криптография охватывает два основных приложения: асимметричное шифрование и цифровые подписи.

Эта классификация может быть представлена следующим образом:

Симметричная криптография:

• Симметричное шифрование

Асимметричная криптография ( публичного ключа ):

• Ассиметричное шифрование
• Цифровые подписи ( с или без шифрования )

В этой статье мы сосредоточимся на симметричных и асимметричных алгоритмах шифрования.

Различия между симметричным и асимметричным шифрованием

Алгоритмы шифрования обычно делятся на два типа: симметричные и ассиметричные. Основное различие заключается в том, что симметричные алгоритмы используют один ключ, в то время как ассиметричные используют два связанные, но различных ключа. Это, на первый взгляд, простое различие подразумевает важные функциональные вариации между обоими методами и их приложениями.

Связь между ключами

В криптографии алгоритмы шифрования генерируют ключи в виде последовательностей секретных битов для кодирования и декодирования информации. То, как используются эти ключи, определяет разницу между симметричными и асимметричными методами.

В то время как симметричные алгоритмы используют один и тот же ключ для обеих операций, асимметричные используют один ключ для шифрования и другой для расшифровки. В асимметричных системах ключ шифрования, известный как открытый ключ, можно свободно распределять. Напротив, ключ расшифровки является приватным и должен храниться в секрете.

Например, если Ана отправляет Карлосу сообщение, защищенное симметричным шифрованием, она должна предоставить ему тот же ключ, который использовала для шифрования. Это подразумевает, что если злоумышленник перехватит связь, он сможет получить доступ к зашифрованной информации.

Тем не менее, если Ана использует асимметричный метод, она шифрует сообщение с помощью открытого ключа Карлоса, который расшифрует его своим закрытым ключом. Таким образом, асимметричное шифрование предлагает большую безопасность, поскольку даже если кто-то перехватит сообщения и получит открытый ключ, он не сможет ничего с ним сделать.

Длина ключей

Еще одно функциональное отличие между симметричным и асимметричным шифрованием связано с длиной ключей, измеряемой в битах и напрямую связанной с уровнем безопасности каждого алгоритма.

В симметричных системах ключи выбираются случайным образом, и их общепринятая длина варьируется от 128 до 256 бит в зависимости от требуемого уровня безопасности. В асимметричном шифровании должна существовать математическая связь между открытым и закрытым ключами, то есть они связаны определенной математической формулой. По этой причине злоумышленники могут использовать этот шаблон для взлома шифрования, и асимметричные ключи должны быть намного длиннее, чтобы обеспечить эквивалентный уровень безопасности. Разница в длине ключей настолько значительна, что симметричный ключ длиной 128 бит и асимметричный ключ длиной 2048 бит обеспечивают примерно одинаковый уровень безопасности.

Преимущества и недостатки

Эти два типа шифрования имеют свои преимущества и недостатки. Симметричные алгоритмы значительно быстрее и требуют меньше вычислительной мощности, но их главный недостаток заключается в распределении ключей. Поскольку для шифрования и дешифрования используется один и тот же ключ, его необходимо передавать всем, кто нуждается в доступе, что естественным образом создает определенные риски (как упоминалось ранее).

С другой стороны, асимметричное шифрование решает проблему распределения ключей с помощью публичных ключей для шифрования и частных ключей для дешифрования. Недостатком является то, что асимметричные системы значительно медленнее по сравнению с симметричными и требуют гораздо больше вычислительной мощности из-за длины ключей.

Практические применения

Симметричное шифрование

Из-за своей скорости симметричное шифрование широко используется для защиты информации в многочисленных современных компьютерных системах. Например, правительство Соединенных Штатов использует Стандарт Продвинутого Шифрования (AES) для кодирования секретной информации. AES заменил старый Стандарт Шифрования Данных (DES), разработанный в 1970-х годах как стандарт симметричного шифрования.

Ассиметричное шифрование

Асимметричное шифрование может быть применено в системах, где несколько пользователей нуждаются в шифровании и расшифровке сообщений или пакетов данных, особенно когда скорость и вычислительная мощность не являются приоритетными. Простым примером такой системы является зашифрованная электронная почта, где можно использовать открытый ключ для кодирования сообщений и закрытый ключ для их декодирования.

Гибридные системы

Во многих приложениях комбинируются симметричное и асимметричное шифрование. Ярким примером этих гибридных систем являются криптографические протоколы Transport Layer Security (TLS), разработанные для обеспечения безопасной связи в Интернете. В настоящее время протоколы TLS считаются безопасными и широко используются всеми современными веб-браузерами.

Использование шифрования в криптовалютах

Многие криптовалютные кошельки используют методы шифрования как способ предоставить дополнительный уровень безопасности конечным пользователям. Алгоритмы шифрования применяются, когда пользователь устанавливает пароль для своего файла кошелька, который используется для доступа к программному обеспечению.

Тем не менее, из-за того, что Gate и другие криптовалютные платформы используют пару открытых и закрытых ключей, существует ошибочное мнение о том, что блокчейн-системы применяют асимметричные алгоритмы шифрования. Однако, как упоминалось ранее, асимметричное шифрование и цифровые подписи являются двумя основными приложениями асимметричной криптографии (криптографии с открытым ключом).

Таким образом, не все системы цифровой подписи используют шифрование, даже если они предоставляют открытые и закрытые ключи. На самом деле, сообщение можно подписать цифровой подписью без использования шифрования. RSA является примером алгоритма, который может использоваться для подписи зашифрованных сообщений, но алгоритм цифровой подписи, используемый в Gate (, названный ECDSA), не включает шифрование.

Итоговые размышления

Как симметричное, так и асимметричное шифрование играют ключевую роль в обеспечении безопасности информации и конфиденциальных коммуникаций в современном цифровом мире. Оба типа шифрования полезны, так как каждый из них имеет свои собственные преимущества и недостатки, что позволяет применять их в различных сценариях. Поскольку криптография как наука продолжает развиваться, чтобы защищать от более сложных и серьезных угроз, симметричные и асимметричные криптографические системы будут оставаться актуальными для компьютерной безопасности.