Суперники в криптографії: симетрична проти асиметричної

Сучасні криптографічні системи в основному діляться на дві області: симетричну та асиметричну криптографію. Симетричне шифрування використовує єдиний ключ для шифрування та дешифрування інформації, тоді як асиметрична криптографія використовує два пов'язані, але різні ключі.

Ми можемо класифікувати їх таким чином:

• Симетрична криптографія
• Симетричне шифрування
• Асиметрична криптографія ( або криптографія з відкритим ключем)
• Асиметричне шифрування ( або шифрування з публічним ключем )
• Цифрові підписи ( можуть включати або не включати шифрування )

Ця стаття спеціально зосереджена на алгоритмах симетричного та асиметричного шифрування.

Симетричне шифрування vs. асиметричне

Алгоритми шифрування зазвичай діляться на дві категорії: симетричні та асиметричні. Основна різниця між цими методами полягає в тому, що симетричні алгоритми використовують один ключ, тоді як асиметричні застосовують два різні, але математично пов'язані ключі. Це, здавалося б, проста відмінність створює важливі функціональні різниці між обома формами шифрування та їхніми застосуваннями.

Взаємозв'язок між ключами

У криптографії алгоритми шифрування генерують ключі у вигляді послідовностей бітів, які використовуються для шифрування та дешифрування інформації. Спосіб використання цих ключів визначає різницю між симетричними та асиметричними методами.

Поки симетричні алгоритми використовують один і той же ключ для шифрування та дешифрування, асиметричні алгоритми застосовують один ключ для шифрування даних і інший, відмінний, для їх дешифрування. У асиметричних системах ключ, що використовується для шифрування ( відомий як публічний ключ ) може вільно розповсюджуватися, тоді як ключ для дешифрування ( приватний ключ ) повинен залишатися в секреті.

Наприклад, якщо Аліса надсилає Бобу повідомлення, захищене симетричним шифруванням, вона повинна надати йому той самий ключ, який використала для його шифрування. Це означає, що якщо зловмисник перехопить цей ключ, він може отримати доступ до зашифрованої інформації.

Проте, якщо Аліса використовує асиметричне шифрування, вона зашифрує повідомлення за допомогою відкритого ключа Боба, і тільки Боб зможе розшифрувати його за допомогою свого закритого ключа. Таким чином, асиметричне шифрування забезпечує вищий рівень безпеки, оскільки навіть якщо хтось перехопить повідомлення і знайде відкритий ключ, він не зможе нічого з ним зробити.

Довжина ключів

Інша важлива різниця між симетричним і асиметричним шифруванням стосується довжини ключів, яка вимірюється в бітах і безпосередньо пов'язана з рівнем безпеки кожного алгоритму.

У симетричних системах ключі вибираються випадковим чином, а їх стандартна довжина коливається від 128 до 256 біт в залежності від необхідного рівня безпеки. У асиметричному шифруванні повинна існувати математична залежність між публічними та приватними ключами, що означає, що вони пов'язані певною математичною формулою. З цієї причини зловмисники можуть використовувати цей шаблон для зламу шифрування, і внаслідок цього асиметричні ключі повинні бути набагато довшими, щоб забезпечити еквівалентний рівень безпеки. Різниця в довжині настільки значна, що симетричний ключ довжиною 128 біт і асиметричний ключ довжиною 2048 біт забезпечують приблизно один і той же рівень захисту.

Переваги та недоліки

Обидва типи шифрування мають відносні переваги та недоліки. Симетричні алгоритми набагато швидші і вимагають менше обчислювальної потужності, але їхньою основною недоліком є розподіл ключів. Оскільки один і той же ключ використовується як для шифрування, так і для розшифрування інформації, цей ключ повинен бути переданий усім, хто потребує доступу, що природно створює певні ризики.

Зі свого боку, асиметричне шифрування вирішує проблему розподілу ключів за допомогою публічних ключів для шифрування та приватних ключів для дешифрування. Зобов'язання полягає в тому, що асиметричні системи є дуже повільними в порівнянні з симетричними і вимагають набагато більше обчислювальної потужності через довжину ключів.

Випадки використання

Симетричне шифрування

Завдяки своїй швидкості, симетричне шифрування широко використовується для захисту інформації у багатьох сучасних комп'ютерних системах. Наприклад, Advanced Encryption Standard (AES) використовується урядом США для шифрування секретної інформації. AES замінив попередній Data Encryption Standard (DES), розроблений у 1970-х роках як стандарт симетричного шифрування.

Асиметричне шифрування

Асиметричне шифрування може бути застосоване в системах, де багато користувачів потребують шифрування та розшифрування повідомлень або пакетів даних, особливо коли швидкість і обчислювальна потужність не є пріоритетом. Простим прикладом такої системи є зашифрована електронна пошта, де публічний ключ може бути використаний для шифрування повідомлень, а приватний ключ - для їх розшифрування.

Гібридні системи

У багатьох застосунках симетричні та асиметричні шифри використовуються разом. Добрим прикладом цих гібридних систем є криптографічні протоколи Security Sockets Layer (SSL) та Transport Layer Security (TLS), розроблені для забезпечення безпечних комунікацій в інтернеті. Протоколи SSL в даний час вважаються небезпечними, і їх використання не рекомендується. Протоколи TLS, у свою чергу, вважаються безпечними і широко використовуються всіма сучасними веб-браузерами.

Використання шифрування в криптовалютах

Методи шифрування використовуються багатьма криптовалютними гаманцями як засіб для забезпечення високого рівня безпеки для кінцевих користувачів. Алгоритми шифрування застосовуються, коли користувач встановлює пароль для свого файлу гаманця, який використовується для доступу до програмного забезпечення.

Однак, через те, що Bitcoin та інші криптовалюти використовують пару відкритих і приватних ключів, існує поширене непорозуміння, що системи блокчейн використовують алгоритми асиметричного шифрування. Як згадувалося раніше, асиметричне шифрування та цифрові підписи є двома основними випадками використання асиметричної криптографії (криптографії з відкритим ключем).

Отже, не всі системи з цифровим підписом використовують шифрування, навіть якщо вони надають відкриті та закриті ключі. Насправді, повідомлення може бути підписане цифровим способом без використання шифрування. RSA є прикладом алгоритму, який може бути використаний для підписування зашифрованих повідомлень, але алгоритм цифрового підпису, який використовується в Bitcoin (, називається ECDSA) і не включає шифрування.

Висновок

Як симетричне, так і асиметричне шифрування відіграють важливу роль у захисті конфіденційної інформації та комунікацій у сучасному цифровому світі. Обидва види шифрування можуть бути корисними, оскільки кожен з них має свої переваги та недоліки, тому вони застосовуються в різних випадках. Оскільки криптографія як наука продовжує еволюціонувати, щоб захистити від нових і серйозніших загроз, симетричні та асиметричні криптографічні системи залишатимуться актуальними для комп'ютерної безпеки.