Симметричное и асимметричное шифрование: основные различия и приложения

Криптография сегодня делится на две основные области: симметричная и асимметричная криптография. Ассимметричная криптография выполняет две разные функции: асимметричное шифрование и цифровые подписи.

Эти криптографические области можно классифицировать следующим образом:

• Симметричное шифрование ключей
  • Симметричное шифрование
• Ассиметричное шифрование (шифрование с открытым ключом)
  • Ассиметричное шифрование
  • Цифровые подписи ( с или без шифрования)

Эта статья исследует ключевые различия между симметричными и асимметричными алгоритмами шифрования и их практическими приложениями.

Фундаментальные различия в шифровании методов

Криптографы классифицируют алгоритмы шифрования на две основные категории: симметричное и асимметричное шифрование. Основное различие заключается в их структуре ключей — симметричное шифрование использует один ключ как для процессов шифрования, так и для расшифрования, в то время как асимметричное шифрование использует математически связанные пары ключей. Это на первый взгляд простое различие создает значительные функциональные вариации между этими методами шифрования.

Объяснение Криптографических Ключей

Криптографические алгоритмы генерируют ключи — специфические последовательности бит, используемые для шифрования и дешифрования информации. Применение этих ключей составляет основное различие между симметричными и асимметричными системами шифрования.

Алгоритмы симметричного шифрования используют одинаковый ключ как для операций шифрования, так и для операций дешифрования. В отличие от этого, алгоритмы асимметричного шифрования используют два различных, но математически связанных ключа: один для шифрования (публичный ключ) и другой для дешифрования (приватный ключ). В асимметричных системах ключ шифрования (публичный ключ) может свободно распространяться, в то время как ключ дешифрования (приватный ключ) должен оставаться конфиденциальным и защищённым.

Например, когда Алиса отправляет Бобу сообщение, зашифрованное симметричным шифрованием, ей необходимо безопасно передать ключ шифрования Бобу для расшифровки сообщения. Это создает уязвимость — любой третий лиц, перехватывающий этот ключ, получает доступ к зашифрованным данным.

Напротив, при асимметричном шифровании Алиса шифрует свое сообщение с использованием открытого ключа Боба, и только соответствующий закрытый ключ Боба может его расшифровать. Это обеспечивает повышенную безопасность, так как даже если злоумышленник перехватит сообщение и знает открытый ключ Боба, он не сможет расшифровать содержимое без его закрытого ключа.

Учет длины ключа

Ключевое техническое различие между симметричным и асимметричным шифрованием связано с длиной ключа, измеряемой в битах и напрямую коррелирующей с уровнями безопасности.

Симметричное шифрование обычно использует случайно выбранные ключи длиной 128 или 256 бит в зависимости от требований безопасности. Ассиметричное шифрование, однако, требует математической связи между открытыми и закрытыми ключами, создавая уязвимую математическую закономерность. Чтобы смягчить потенциальные атаки, нацеленные на эту закономерность, ассиметричные ключи должны быть значительно длиннее, чтобы обеспечить сопоставимый уровень безопасности. Например, 128-битный симметричный ключ предлагает примерно эквивалентный уровень безопасности 2048-битному ассиметричному ключу.

Сравнительные сильные и слабые стороны

Оба типа шифрования имеют свои преимущества и ограничения. Алгоритмы симметричного шифрования работают значительно быстрее с меньшими вычислительными требованиями, но сталкиваются с проблемами распределения ключей. Поскольку один и тот же ключ обрабатывает как функции шифрования, так и расшифрования, этот ключ должен быть надежно распределен всем авторизованным сторонам, что создает присущие уязвимости безопасности.

Асимметричное шифрование решает проблему распределения ключей благодаря своей архитектуре публичных/приватных ключей, но работает значительно медленнее, чем симметричные системы, и требует существенно больше вычислительных ресурсов из-за более длинных ключей.

Практические применения

Реализация симметричного шифрования

Благодаря своим преимуществам в скорости, симметричное шифрование защищает информацию в многочисленных современных вычислительных средах. Стандарт шифрования AES (, например, служит стандартом шифрования правительства США для засекреченной и чувствительной информации, заменяя более старый стандарт шифрования DES ), разработанный в 1970-х годах.

( Реализация асимметричного шифрования

Асимметричное шифрование оказывается ценным в системах, где нескольким пользователям необходимы возможности шифрования и расшифрования, особенно когда скорость обработки и вычислительная эффективность не являются первоочередными задачами. Зашифрованная электронная почта представляет собой распространенное приложение, где открытые ключи шифруют сообщения, в то время как соответствующие закрытые ключи их расшифровывают.

) Гибридные Криптосистемы

Многие современные приложения интегрируют как симметричные, так и асимметричные методы шифрования. Замечательными примерами являются протоколы Безопасного транспортного уровня ###TLS###, предназначенные для безопасной интернет-коммуникации. В то время как старые протоколы Слой защищенных сокетов (SSL) были объявлены устаревшими из-за уязвимостей в безопасности, протоколы TLS получили широкое распространение в основных веб-браузерах благодаря своей надежной архитектуре безопасности.

Криптовалюта и шифрование

Криптовалютные кошельки часто используют шифрование для повышения безопасности пользователей. Например, защита паролем кошелька обычно использует шифрование для файла доступа к кошельку.

Однако существует распространенное заблуждение относительно блокчейн-систем и асимметричного шифрования. Несмотря на то, что Bitcoin и другие криптовалюты используют пары открытых и закрытых ключей, они не обязательно реализуют алгоритмы асимметричного шифрования. Хотя асимметрическая криптография позволяет как шифрование, так и цифровую подпись, эти функции остаются различными.

Не все системы цифровой подписи требуют технологии шифрования, даже при реализации пар ключей «публичный-приватный». Цифровая подпись может аутентифицировать сообщение без шифрования его содержимого. RSA является примером алгоритма, способного подписывать зашифрованные сообщения, в то время как алгоритм цифровой подписи Bitcoin (ECDSA) работает без операций шифрования.

Заключение

Как симметричное, так и асимметричное шифрование играют важные роли в защите конфиденциальных данных и коммуникаций в нашем все более цифровом мире. Каждый подход предлагает свои преимущества и ограничения, что приводит к различным сценариям применения. Поскольку криптографические технологии продолжают развиваться для противодействия новым угрозам, оба метода шифрования останутся основными компонентами инфраструктуры цифровой безопасности.