Понимание симметричного и асимметричного шифрования: основные различия и применения

Криптографические системы в настоящее время делятся на две основные категории: симметричное и асимметричное шифрование. Ассиметричное шифрование имеет два основных применения: асимметричное шифрование и цифровые подписи.

Эти криптографические подходы можно классифицировать следующим образом:

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

Эта статья исследует фундаментальные различия между симметричными и асимметричными алгоритмами шифрования и их применением в современных системах безопасности.

Симметричное и ассиметричное шифрование: основное различие

Алгоритмы шифрования делятся на две основные категории: симметричное и асимметричное шифрование. Основное различие заключается в использовании ключей - симметричные алгоритмы шифрования используют один ключ как для шифрования, так и для расшифровки, тогда как асимметричное шифрование использует два различных, но математически связанных ключа. Это, казалось бы, простое различие создает значительные функциональные различия между этими техниками шифрования.

Как работают ключи шифрования

Криптографические алгоритмы генерируют ключи в виде последовательности битов, используемых для шифрования и расшифрования информации. Способ, которым функционируют эти ключи, создает основное различие между симметричными и асимметричными методами шифрования.

Симметричные алгоритмы шифрования используют один и тот же ключ как для операций шифрования, так и для операций дешифрования. В отличие от этого, асимметричные алгоритмы шифрования используют один ключ для шифрования данных и другой ключ для дешифрования. В асимметричных системах ключ шифрования известен как открытый ключ и может свободно передаваться, в то время как ключ дешифрования является закрытым ключом, который должен оставаться конфиденциальным.

Например, если Алиса отправляет Бобу сообщение, используя симметричное шифрование, ей необходимо поделиться ключом шифрования с Бобом, чтобы он мог его расшифровать. Это создаёт уязвимость безопасности - если злоумышленник перехватит ключ, он сможет получить доступ к зашифрованной информации.

С асимметричным шифрованием Алиса шифрует свое сообщение, используя открытый ключ Боба, а Боб расшифровывает его, используя свой закрытый ключ. Это обеспечивает повышенную безопасность, потому что даже если кто-то перехватит открытый ключ Боба, он не сможет расшифровать сообщения без его закрытого ключа.

Учет длины ключа

Еще одно значительное отличие между симметричным и асимметричным шифрованием связано с длиной ключа, что напрямую влияет на уровни безопасности.

Симметричное шифрование обычно использует случайно выбранные ключи длиной 128 или 256 бит, в зависимости от требований безопасности. Ассиметричное шифрование, однако, требует математической взаимосвязи между открытыми и закрытыми ключами, создавая шаблон, который потенциальные злоумышленники могут использовать. Для обеспечения эквивалентной безопасности ассиметричные ключи должны быть значительно длиннее - 128-битный симметричный ключ предлагает примерно такой же уровень безопасности, как 2048-битный ассиметричный ключ.

Преимущества и недостатки

Оба типа шифрования имеют свои преимущества и недостатки:

Симметричное шифрование:

• Гораздо более быстрые скорости обработки
• Требует меньше вычислительной мощности
• Основная слабость: Проблемы распределения ключей
• Риск безопасности: Один и тот же ключ, используемый для шифрования и дешифрования, должен быть распределен между всеми сторонами

Асимметричное шифрование:

• Решает проблему распределения ключей с использованием пар открытых/закрытых ключей
• Более безопасное управление ключами
• Основной недостаток: Значительно более медленная производительность
• Требует значительно больше вычислительных ресурсов из-за более длинных ключей

Реальные приложения

Приложения симметричного шифрования

Симметричное шифрование широко используется в системах, требующих высокоскоростной защиты данных. Расширенный стандарт шифрования (AES) используется государственными учреждениями, включая правительство США, для защиты секретной и чувствительной информации. AES заменил более старый стандарт шифрования данных (DES), разработанный в 1970-х годах.

Приложения асимметричного шифрования

Асимметричное шифрование хорошо работает в системах, где нескольким пользователям нужны возможности шифрования/расшифрования, особенно когда скорость не критична. Зашифрованные электронные почтовые системы являются распространенным примером, где открытые ключи шифруют сообщения, которые могут расшифровать только держатели закрытых ключей.

Гибридные системы шифрования

Многие современные приложения комбинируют симметричное и асимметричное шифрование, чтобы использовать преимущества обоих подходов. Протоколы безопасности транспортного уровня (TLS), которые обеспечивают безопасность интернет-коммуникаций, являются примером этого гибридного подхода. Эти протоколы в значительной степени заменили более старые протоколы безопасности сокетов (SSL), которые теперь считаются небезопасными.

Шифрование в цифровых валютах

Криптографические технологии повышают безопасность во многих Крипто-кошельках. Например, когда пользователи устанавливают пароли для Крипто-кошельков, алгоритмы шифрования защищают файлы доступа к кошельку.

Однако существует распространенное заблуждение относительно блокчейн-систем и асимметричного шифрования. Хотя Биткойн и другие криптовалюты используют пары открытых и закрытых ключей, не все системы цифровой подписи применяют методы шифрования. На самом деле сообщения могут быть цифровым образом подписаны без шифрования. RSA представляет собой алгоритм, который может подписывать зашифрованные сообщения, но алгоритм цифровой подписи Биткойна (ECDSA) вовсе не использует шифрование.

Заключительные мысли

Как симметричное, так и асимметричное шифрование играют жизненно важную роль в защите конфиденциальной информации в нашем всё более цифровом мире. Хотя каждый подход имеет свои преимущества и ограничения, которые определяют их оптимальные применения, оба остаются основополагающими для компьютерной безопасности. Поскольку криптография развивается, чтобы противостоять всё более сложным угрозам, симметричное и асимметричное шифрование, вероятно, останутся важными компонентами комплексных стратегий безопасности.