Симетрична та асиметрична криптографія: всебічний аналіз

У сфері сучасного шифрування виникло дві основні області досліджень: симетричне та асиметричне шифрування. Симетричне шифрування часто є синонімом симетричного шифрування, тоді як асиметричне шифрування охоплює два основних випадки використання: асиметричне шифрування та цифрові підписи.

Ми можемо класифікувати ці концепції наступним чином:

• Симетричне шифрування ключів
  • Симетричне шифрування
• Ассиметричне шифрування ( або криптографія з відкритим ключем )
  • Асиметричне шифрування ( або шифрування з відкритим ключем )
  • Цифрові підписи (, які можуть або не можуть включати шифрування)

Ця стаття буде зосереджена на симетричних та асиметричних шифрувальних алгоритмах.

Симетричне та Асиметричне Шифрування: Основні Відмінності

Основна відмінність між симетричними та асиметричними алгоритмами шифрування полягає у використанні ключів. Симетричні алгоритми використовують один ключ, тоді як асиметричні алгоритми використовують два різних, але пов'язаних ключі. Це просте описання ефективно ілюструє функціональні та практичні відмінності між цими двома криптографічними технологіями.

Розуміння криптографічних ключів

У криптографії алгоритми шифрування генерують багатобітні символи ключів, які використовуються для шифрування та розшифрування інформації. Застосування цих ключів ще більше підкреслює різницю між симетричним та асиметричним шифруванням.

Симетричні алгоритми використовують один і той же ключ для процесів шифрування та дешифрування. На відміну від цього, асиметричні алгоритми використовують один ключ для шифрування та інший для дешифрування. У асиметричній системі ключ шифрування називається публічним ключем і може бути поділений, тоді як ключ дешифрування є приватним і повинен залишатися конфіденційним.

Наприклад, якщо Еліс надсилає Бобу повідомлення, зашифроване за допомогою симетричного алгоритму, їй потрібно поділитися ключем шифрування з Бобом, щоб дозволити розшифровку. Це означає, що якщо зловмисник перехоплює ключ, він може легко отримати доступ до зашифрованої інформації.

Однак, якщо Аліса використовує асиметричний алгоритм, вона зашифрує повідомлення, використовуючи публічний ключ Боба, а Боб розшифрує його, використовуючи свій приватний ключ. Таким чином, асиметричне шифрування забезпечує підвищену безпеку, оскільки навіть якщо хтось перехопить повідомлення і отримає публічний ключ Боба, вони не зможуть розшифрувати повідомлення.

Розгляди щодо довжини ключа

Ще одна функціональна різниця між симетричним та асиметричним шифруванням стосується довжини ключа, вимірюваної в бітах, і безпосередньо пов'язаної з рівнем безпеки, що забезпечується кожним алгоритмом шифрування.

У симетричному шифруванні ключ вибирається випадковим чином, зазвичай довжиною 128 або 256 біт, залежно від бажаного рівня безпеки. Однак у асиметричному шифруванні публічні та приватні ключі математично пов'язані, що вказує на арифметичний зв'язок між ними. Зловмисник може використати цей шаблон, щоб зламати шифротекст, що вимагає довших ключів для асиметричних ключів, щоб забезпечити еквівалентну безпеку. Різниця в довжині ключів настільки значна, що 128-бітний симетричний ключ та 2,048-бітний асиметричний ключ пропонують приблизно однаковий рівень безпеки.

Порівняння переваг та недоліків

Ці два типи алгоритмів шифрування мають свої переваги та недоліки. Алгоритми симетричного шифрування працюють швидко та потребують менше обчислювальних ресурсів, але їх основним недоліком є розподіл ключів. Оскільки той же ключ використовується для шифрування та розшифрування, його потрібно розподілити тим, хто потребує доступу до даних, що створює ризик безпеки (, як було згадано раніше ).

З іншого боку, асиметричне шифрування використовує відкритий ключ для шифрування та закритий ключ для дешифрування, вирішуючи проблему розподілу ключів. Недолік полягає в тому, що системи асиметричного шифрування працюють значно повільніше в порівнянні з симетричним шифруванням і вимагають більше обчислювальних ресурсів через їх значно більшу довжину ключа.

Застосування методів шифрування

Симетричне шифрування

Симетричне шифрування широко використовується в сучасних комп'ютерних системах для захисту інформації завдяки більшій швидкості обчислень. Наприклад, уряд США використовує Стандарт шифрування даних (AES) для шифрування та класифікації інформації з безпеки. AES замінив раніше використовуваний Стандарт шифрування даних (DES), розроблений у 1970-х роках і довгий час вважався стандартом для симетричного шифрування.

Асиметричне шифрування

Асиметричне шифрування часто використовується в системах, де велика кількість користувачів повинна одночасно шифрувати та дешифрувати повідомлення або дані, особливо якщо швидкість і обчислювальні ресурси є достатніми. Загальний випадок використання цієї системи - зашифрований електронний лист, де відкритий ключ може використовуватися для шифрування повідомлення, а приватний ключ - для його дешифрування.

Гібридні системи шифрування

Багато додатків використовують як симетричне, так і асиметричне шифрування разом. Типові приклади таких гібридних систем включають протоколи шифрування Secure Sockets Layer (SSL) та Transport Layer Security (TLS), що використовуються для забезпечення безпечних комунікацій через Інтернет. Протокол SSL тепер вважається небезпечним і має бути виведений з використання. Натомість протокол TLS наразі вважається безпечним і широко використовується основними веб-браузерами.

Шифрування в криптовалютах

Технологія шифрування, що використовується в багатьох криптовалютах, забезпечує вищий рівень безпеки для кінцевих користувачів. Наприклад, коли користувач встановлює пароль для свого зашифрованого гаманця, використовується алгоритм шифрування для криптографічного шифрування файлів, що використовуються для доступу до програмного забезпечення.

Однак, оскільки криптовалюти, такі як Біткоїн, використовують публічні та приватні ключі, існує поширене непорозуміння, що блокчейн-системи використовують асиметричні алгоритми шифрування. Як вже згадувалося раніше, асиметричне шифрування та цифрові підписи є двома основними випадками використання асиметричної криптографії (публічне ключове шифрування).

Отже, не всі системи цифрових підписів використовують шифрування, навіть якщо вони застосовують відкриті та закриті ключі. Насправді, можливо цифрово підписати повідомлення без його шифрування. RSA є прикладом алгоритму для підписування зашифрованих повідомлень, але алгоритм цифрового підпису, що використовується в Bitcoin (, називається ECDSA) і зовсім не використовує шифрування.

Завершальні думки

У сучасну цифрову еру симетричне та асиметричне шифрування відіграють ключову роль у захисті чутливої інформації та мережевих комунікацій. Хоча обидва є корисними, кожне з них має свої переваги та недоліки, що робить їх придатними для різних випадків використання. Оскільки криптографія продовжує еволюціонувати, шифрування може бути використане для кращого опору різним новим та складним загрозам. Симетричне та асиметричне шифрування також тісно пов'язані з комп'ютерною безпекою, забезпечуючи цілісність та конфіденційність цифрової інформації в дедалі більш взаємопов'язаному світі.