Симетричне та асиметричне шифрування: розуміння основних відмінностей

Криптографічні системи сьогодні поділяються на дві основні категорії: симетричну та асиметричну криптографію. У той час як симетрична криптографія зосереджується на симетричному шифруванні, асиметрична криптографія має два основних застосування: асиметричне шифрування та цифрові підписи.

Ці криптографічні підходи можна класифікувати таким чином:

• Симетричне шифрування ключа
  • Симетричне шифрування
• Асиметричне шифрування (шифрування з відкритим ключем)
  • Асиметричне шифрування
  • Цифрові підписи ( можуть включати шифрування )

Ця стаття досліджує основні відмінності між симетричними та асиметричними шифрувальними алгоритмами та їхніми реальними застосуваннями.

Основне відмінність

Основна різниця між симетричним та асиметричним шифруванням полягає в їх використанні ключів. Симетричне шифрування використовує один ключ для процесів шифрування та дешифрування, тоді як асиметричне шифрування використовує два математично пов'язані, але різні ключі. Це, здавалося б, просте розрізнення створює значні відмінності у функціональності, безпеці та практичних застосуваннях.

Як працюють ключі шифрування

Симетричні ключі: Підхід з єдиним ключем

Алгоритми шифрування генерують ключі у вигляді бітових послідовностей, які використовуються для шифрування та дешифрування інформації. У симетричному шифруванні той же ключ виконує обидві функції. Це означає, що будь-хто, хто потребує дешифрувати дані, повинен мати доступ до оригінального ключа шифрування.

Наприклад, коли Аліса надсилає Бобу повідомлення, використовуючи симетричне шифрування, вона повинна поділитися ключем шифрування з Бобом, щоб він міг його розшифрувати. Якщо несанкціонована особа перехопить цей ключ, вона отримає повний доступ до зашифрованої інформації.

Асиметричні ключі: Двоключова система

Асиметричне шифрування використовує два різні ключі. "Публічний ключ" шифрує дані і може бути вільно розповсюджений, тоді як "приватний ключ" розшифровує дані і повинен залишатися конфіденційним.

Коли Аліса відправляє Бобу повідомлення, використовуючи асиметричне шифрування, вона шифрує його, використовуючи відкритий ключ Боба. Тільки Боб, який має відповідний закритий ключ, може розшифрувати повідомлення. Це забезпечує підвищену безпеку—навіть якщо хтось перехопить відкритий ключ Боба, вони не можуть розшифрувати повідомлення без закритого ключа.

Вимоги до довжини ключа

Критична різниця між цими методами шифрування стосується довжини ключа, що безпосередньо впливає на рівень безпеки.

Симетричне шифрування зазвичай використовує випадково обрані ключі довжиною 128 або 256 біт, в залежності від вимог безпеки. Проте, асиметрична криптографія вимагає значно довших ключів, оскільки математичні зв'язки між публічними та приватними ключами створюють шаблони, які можуть бути використані зловмисниками.

Для еквівалентних рівнів безпеки:

• 128-бітний симетричний ключ забезпечує подібний рівень безпеки до 2048-бітного асиметричного ключа
• 256-бітний симетричний ключ порівнюється з 3072-бітним асиметричним ключем

Порівняння переваг і недоліків

Обидва типи шифрування мають свої особливості та обмеження:

Симетричне шифрування:

• Переваги: Значно швидші швидкості обробки та нижчі вимоги до обчислень
• Недоліки: Виклики розподілу ключів—обмін ключами створює вразливості безпеки

Асиметричне шифрування:

• Переваги: Вирішує проблеми розподілу ключів, використовуючи пари публічних/приватних ключів
• Недоліки: Значно повільніша обробка та вищі обчислювальні вимоги через довші довжини ключів

Реальні застосування

Використання симетричного шифрування

Симетричне шифрування знаходить широке застосування в системах, які вимагають швидкого шифрування великих обсягів даних. Стандарт шифрування даних (AES) використовується урядовими агентствами по всьому світу, включаючи уряд США для захисту конфіденційної інформації. AES замінив старіший стандарт шифрування даних (DES), розроблений у 1970-х роках.

Використання асиметричного шифрування

Асиметричне шифрування є цінним у багатокористувацьких середовищах, де численні користувачі потребують можливостей шифрування/дешифрування, особливо коли швидкість не є основним питанням. Зашифровані електронні поштові системи є поширеним застосуванням — відправник шифрує повідомлення публічним ключем отримувача, тоді як отримувач дешифрує їх своїм приватним ключем.

Гібридні системи: найкраще з обох світів

Багато сучасних додатків комбінують обидва типи шифрування в гібридних системах. Протоколи безпеки транспорту (TLS) — основа безпеки сучасних веб-браузерів — ілюструють цей підхід. Раніше протоколи безпечних сокетів (SSL) виконували цю роль, але зараз вважаються небезпечними.

Шифрування у цифрових валютах

Технології шифрування підвищують безпеку багатьох Крипто-гаманець, зокрема через шифрування паролів файлів доступу до гаманців. Проте існує поширене непорозуміння щодо блокчейн-систем та асиметричного шифрування.

Хоча криптовалюти, такі як Bitcoin, використовують пари публічних і приватних ключів, вони не обов'язково застосовують асиметричні алгоритми шифрування. Як згадувалося раніше, асиметрична криптографія має два основні застосування: шифрування та цифрові підписи.

Системи цифрового підпису не завжди використовують методи шифрування, навіть коли вони використовують публічні та приватні ключі. Повідомлення можуть бути цифрово підписані без шифрування. RSA є алгоритмом, який може підписувати зашифровані повідомлення, але цифровий підпис алгоритму Bitcoin (ECDSA) зовсім не використовує шифрування.

Продовжуюча важливість обох систем

Як симетричне, так і асиметричне шифрування відіграють ключову роль у захисті чутливої інформації в нашому дедалі цифровішому світі. Хоча вони виконують різні функції, виходячи з їхніх переваг і обмежень, обидва залишаються важливими компонентами сучасної комп'ютерної безпеки.

Оскільки шифрування продовжує розвиватися, щоб протистояти складним загрозам, ці доповнюючі підходи до шифрування зберігатимуть свою актуальність у забезпеченні комплексних рішень безпеки для різних застосувань.