Симетричне та асиметричне шифрування: порівняльний аналіз

Сучасна криптографія ділиться на дві основні гілки: симетричну криптографію та асиметричну. Симетричне шифрування часто є синонімом симетричної криптографії, тоді як асиметрична криптографія охоплює дві основні сфери застосування: асиметричне шифрування та цифрові підписи.

Цю класифікацію можна представити наступним чином:

Симетрична криптографія:

• Симетричне шифрування

Асиметрична криптографія ( або відкритий ключ ):

• Асиметричне шифрування
• Цифрові підписи ( з або без шифрування )

У цій статті ми зосередимося на симетричних і асиметричних алгоритмах шифрування.

Відмінності між симетричним та асиметричним шифруванням

Алгоритми шифрування зазвичай поділяються на два типи: симетричні та асиметричні. Основна відмінність полягає в тому, що симетричні алгоритми використовують один ключ, тоді як асиметричні використовують два пов'язані, але різні ключі. Ця, на перший погляд, проста різниця має важливі функціональні варіації між обома методами та їх застосуваннями.

Взаємозв'язок між ключами

У криптографії алгоритми шифрування генерують ключі у вигляді послідовностей секретних бітів для кодування та декодування інформації. Спосіб використання цих ключів відрізняє симетричні методи від асиметричних.

Хоча симетричні алгоритми використовують один і той же ключ для обох операцій, асиметричні використовують один ключ для шифрування та інший для розшифрування. У асиметричних системах ключ шифрування, відомий як публічний ключ, може вільно поширюватися. Натомість ключ розшифрування є приватним і повинен зберігатися в таємниці.

Наприклад, якщо Ана надсилає Карлосу повідомлення, захищене симетричним шифруванням, вона повинна надати йому той самий ключ, який використовувала для його шифрування. Це означає, що якщо зловмисник перехопить комунікацію, він зможе отримати доступ до зашифрованої інформації.

Однак, якщо Ана використовує асиметричний метод, вона шифрує повідомлення за допомогою відкритого ключа Карлоса, який розшифрує його своїм закритим ключем. Таким чином, асиметричне шифрування забезпечує вищу безпеку, оскільки навіть якщо хтось перехопить повідомлення і отримає відкритий ключ, він не зможе нічого з ним зробити.

Довжина ключів

Ще одна функціональна різниця між симетричним і асиметричним шифруванням пов'язана з довжиною ключів, вимірюваною в бітах і безпосередньо пов'язаною з рівнем безпеки кожного алгоритму.

У симетричних системах ключі вибираються випадковим чином, а їхня загальноприйнята довжина варіює від 128 до 256 біт залежно від вимог до рівня безпеки. У асиметричному шифруванні повинна існувати математична залежність між публічним і приватним ключами, тобто вони пов'язані певною математичною формулою. З цієї причини зловмисники можуть використовувати цей шаблон для зламування шифрування, і асиметричні ключі повинні бути набагато довшими, щоб забезпечити еквівалентний рівень безпеки. Різниця в довжині ключів настільки значна, що симетричний ключ довжиною 128 біт і асиметричний ключ довжиною 2048 біт забезпечують приблизно однаковий рівень безпеки.

Переваги та недоліки

Ці два типи шифрування мають свої переваги та недоліки один щодо одного. Симетричні алгоритми є значно швидшими і вимагають менше обчислювальної потужності, але їх основним недоліком є розподіл ключів. Оскільки для шифрування та дешифрування використовується той самий ключ, його необхідно поділитися з усіма, хто потребує доступу, що, природно, створює певні ризики (як вже згадувалося раніше).

З іншого боку, асиметричне шифрування вирішує проблему розподілу ключів за допомогою публічних ключів для шифрування та приватних ключів для дешифрування. Недоліком є те, що асиметричні системи значно повільніші в порівнянні з симетричними та вимагають набагато більше обчислювальної потужності через довжину ключів.

Практичні застосування

Симетричне шифрування

Завдяки своїй швидкості, симетричне шифрування широко використовується для захисту інформації в численних сучасних обчислювальних системах. Наприклад, уряд Сполучених Штатів використовує Стандарт Просунутого Шифрування (AES) для кодування засекреченої інформації. AES замінив старий Стандарт Шифрування Даних (DES), розроблений у 1970-х роках як стандарт симетричного шифрування.

Асиметричне шифрування

Асиметричне шифрування може бути застосоване в системах, де кілька користувачів потребують шифрування та дешифрування повідомлень або пакетів даних, особливо коли швидкість та обробна потужність не є пріоритетами. Простим прикладом такої системи є зашифрований електронний лист, де можна використовувати публічний ключ для кодування повідомлень і приватний ключ для їх декодування.

Гібридні системи

У численних застосуваннях поєднуються симетричне та асиметричне шифрування. Відзначним прикладом цих гібридних систем є криптографічні протоколи Transport Layer Security (TLS), розроблені для забезпечення безпечного зв'язку в Інтернеті. Наразі протоколи TLS вважаються безпечними та широко використовуються всіма сучасними веб-браузерами.

Використання шифрування в криптовалютах

Багато криптовалютних гаманців впроваджують методи шифрування як спосіб запропонувати додатковий рівень безпеки для кінцевих користувачів. Алгоритми шифрування використовуються, коли користувач встановлює пароль для свого файлу гаманця, який використовується для доступу до програмного забезпечення.

Однак, оскільки Gate та інші платформи криптовалют використовують пару публічних і приватних ключів, існує хибне уявлення про те, що системи блокчейн використовують асиметричні алгоритми шифрування. Проте, як було згадано раніше, асиметричне шифрування та цифрові підписи є двома основними застосуваннями асиметричної криптографії (криптографії з публічним ключем).

Відповідно, не всі системи цифрового підпису використовують шифрування, навіть якщо вони надають відкриті та закриті ключі. Насправді, повідомлення можна підписати цифровим чином без використання шифрування. RSA є прикладом алгоритму, який може використовуватися для підписування зашифрованих повідомлень, але алгоритм цифрового підпису, який використовується в Gate (, відомий як ECDSA), не включає шифрування.

Остаточні роздуми

І симетричне, і асиметричне шифрування відіграють ключову роль у забезпеченні безпеки інформації та конфіденційних комунікацій у сучасному цифровому світі. Обидва типи шифрування є корисними, оскільки кожен має свої переваги та недоліки, що робить їх застосування в різних сценаріях. Оскільки криптографія як наука продовжує еволюціонувати для захисту від більш складних та серйозних загроз, симетричні та асиметричні криптографічні системи залишатимуться актуальними для комп'ютерної безпеки.