Симметричное и асимметричное шифрование: понимание основных различий

Современные криптографические системы делятся на две основные категории: симметричная и асимметричная криптография. В то время как симметричная криптография сосредоточена на симметричном шифровании, асимметричная криптография имеет два основных применения: асимметричное шифрование и цифровые подписи.

Эти криптографические методы можно классифицировать следующим образом:

• Симметричное шифрование ключа
  • Симметричное шифрование
• Асимметричное шифрование (шифрование с открытым ключом)
  • Ассиметричное шифрование
  • Цифровые подписи ( могут включать шифрование )

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

Основное различие

Основное различие между симметричным и асимметричным шифрованием заключается в использовании ключей. Симметричное шифрование использует один ключ как для процессов шифрования, так и для декодирования, в то время как асимметричное шифрование использует два математически связанных, но различных ключа. Это на первый взгляд простое различие создает значительные различия в функциональности, безопасности и практическом применении.

Как работают ключи шифрования

Симметричные ключи: подход с одним ключом

Криптографические алгоритмы генерируют ключи в виде битовых последовательностей, используемых для шифрования и дешифрования информации. В симметричном шифровании один и тот же ключ выполняет обе функции. Это означает, что любой, кто нуждается в дешифровании данных, должен иметь доступ к оригинальному ключу шифрования.

Например, когда Алиса отправляет Бобу сообщение с использованием симметричного шифрования, ей необходимо поделиться ключом шифрования с Бобом, чтобы он мог его расшифровать. Если несанкционированное лицо перехватит этот ключ, оно получит полный доступ к зашифрованной информации.

Ассиметричные ключи: система с двумя ключами

Асимметричное шифрование использует два различных ключа. "Публичный ключ" шифрует данные и может быть свободно распространен, в то время как "приватный ключ" расшифровывает данные и должен оставаться конфиденциальным.

Когда Алиса отправляет Бобу сообщение, используя асимметричное шифрование, она шифрует его с помощью открытого ключа Боба. Только Боб, обладающий соответствующим закрытым ключом, может расшифровать сообщение. Это обеспечивает повышенную безопасность — даже если кто-то перехватит открытый ключ Боба, они не смогут расшифровать сообщения без закрытого ключа.

Требования к длине ключа

Критическое различие между этими методами шифрования связано с длиной ключа, что напрямую влияет на уровень безопасности.

Симметричное шифрование обычно использует случайно выбранные ключи длиной 128 или 256 бит, в зависимости от требований безопасности. Ассиметричная криптография, однако, требует гораздо более длинных ключей, так как математическая связь между публичными и приватными ключами создает шаблоны, которые злоумышленники могут использовать.

Для эквивалентных уровней безопасности:

• 128-битный симметричный ключ обеспечивает аналогичную безопасность 2048-битному асимметричному ключу
• Симметричный ключ длиной 256 бит сопоставим с асимметричным ключом длиной 3072 бита

Сравнение преимуществ и недостатков

Оба типа шифрования имеют свои уникальные преимущества и ограничения:

Симметричное шифрование:

• Преимущества: Гораздо более высокая скорость обработки и более низкие вычислительные требования
• Недостатки: Проблемы с распределением ключей — обмен ключами создает уязвимости в безопасности

Асимметричное шифрование:

• Преимущества: Решает проблемы распределения ключей с помощью пар открытых/закрытых ключей
• Недостатки: Значительно более медленная обработка и более высокие вычислительные требования из-за более длинных ключей

Применение в реальном мире

Случаи использования симметричного шифрования

Симметричное шифрование находит широкое применение в системах, требующих высокоскоростного шифрования больших объемов данных. Стандарт шифрования AES (AES) используется правительственными учреждениями по всему миру, включая правительство США для защиты секретной информации. AES заменил устаревший стандарт шифрования данных (DES), разработанный в 1970-х годах.

Примеры использования асимметричного шифрования

Асимметричное шифрование оказывается ценным в много пользователей средах, где многочисленные пользователи нуждаются в возможностях шифрования/дешифрования, особенно когда скорость не является первоочередной задачей. Зашифрованные электронные почтовые системы представляют собой распространенное приложение — отправитель шифрует сообщения с помощью публичного ключа получателя, в то время как получатель расшифровывает их с помощью своего приватного ключа.

Гибридные системы: лучшее из обоих миров

Многие современные приложения комбинируют оба типа шифрования в гибридных системах. Протоколы Transport Layer Security (TLS) — основа безопасности современных веб-браузеров — являются примером данного подхода. Ранее для этой цели использовались протоколы Secure Sockets Layer (SSL), но теперь они считаются небезопасными.

Шифрование в цифровых валютах

Криптографические технологии повышают безопасность во многих криптовалютных кошельках, особенно через шифрование паролей файлов доступа к кошелькам. Однако существует распространенное заблуждение относительно блокчейн-систем и асимметричного шифрования.

Хотя такие Крипто, как Биткойн, используют открытые и закрытые ключевые пары, они не обязательно применяют алгоритмы асимметричного шифрования. Как упоминалось ранее, асимметричная криптография имеет два основных применения: шифрование и цифровые подписи.

Системы цифровой подписи не всегда используют шифрование, даже когда они используют открытые и закрытые ключи. Сообщения могут быть цифровым образом подписаны без шифрования. RSA представляет собой алгоритм, который может подписывать зашифрованные сообщения, но алгоритм цифровой подписи Bitcoin (ECDSA) вовсе не использует шифрование.

Продолжающаяся важность обеих систем

Как симметричное, так и асимметричное шифрование играют решающую роль в защите конфиденциальной информации в нашем все более цифровом мире. Хотя они служат разным целям на основе своих преимуществ и ограничений, оба остаются важными компонентами современной компьютерной безопасности.

Поскольку шифрование продолжает развиваться для противодействия сложным угрозам, эти дополнительные подходы к шифрованию будут сохранять свою значимость в обеспечении комплексных решений безопасности для различных приложений.