Розуміння симетричного та асиметричного шифрування: основні відмінності та застосування

Криптографічні системи наразі поділяються на дві основні категорії: симетричне та асиметричне шифрування. Асіметричне шифрування має два основних випадки використання: асиметричне шифрування та цифрові підписи.

Ці шифрувальні підходи можна класифікувати наступним чином:

• Шифрування симетричним ключем
  • Симетричне шифрування
• Асиметричне шифрування ( або шифрування з відкритим ключем )
  • Асиметричне шифрування ( або шифрування відкритим ключем )
  • Цифрові підписи ( можуть або не можуть включати шифрування)

Ця стаття досліджує основні відмінності між симетричними та асиметричними шифрувальними алгоритмами та їх застосування в сучасних системах безпеки.

Симетричне та асиметричне шифрування: Основне відмінність

Алгоритми шифрування поділяються на дві основні категорії: симетричне та асиметричне шифрування. Основна різниця полягає в їх використанні ключів - симетричні алгоритми шифрування використовують один ключ для шифрування та дешифрування, тоді як асиметричне шифрування використовує два різних, але математично пов'язаних ключі. Це на перший погляд проста відмінність створює значні функціональні відмінності між цими техніками шифрування.

Як працюють ключі шифрування

Криптографічні алгоритми генерують ключі у вигляді послідовності бітів, які використовуються для шифрування та дешифрування інформації. Спосіб, яким ці ключі функціонують, створює фундаментальну різницю між симетричними та асиметричними методами шифрування.

Алгоритми симетричного шифрування використовують той же ключ як для операцій шифрування, так і для розшифрування. На відміну від цього, алгоритми асиметричного шифрування використовують один ключ для шифрування даних і інший ключ для розшифрування їх. У асиметричних системах ключ шифрування відомий як публічний ключ і може вільно поширюватися, тоді як ключ розшифрування є приватним ключем, який повинен залишатися конфіденційним.

Наприклад, якщо Аліса надсилає Бобу повідомлення, використовуючи симетричне шифрування, вона повинна поділитися ключем шифрування з Бобом, щоб він міг його розшифрувати. Це створює вразливість у безпеці - якщо зловмисник перехопить ключ, він зможе отримати доступ до зашифрованої інформації.

З асиметричним шифруванням Аліса шифрує своє повідомлення за допомогою публічного ключа Боба, а Боб розшифровує його за допомогою свого приватного ключа. Це забезпечує підвищену безпеку, оскільки навіть якщо хтось перехопить публічний ключ Боба, вони не зможуть розшифрувати повідомлення без його приватного ключа.

Розгляди довжини ключа

Ще одна значна різниця між симетричним та асиметричним шифруванням стосується довжини ключа, що безпосередньо впливає на рівні безпеки.

Симетричне шифрування зазвичай використовує випадково обрані ключі довжиною 128 або 256 біт, в залежності від вимог безпеки. Проте асиметричне шифрування вимагає математичного співвідношення між відкритими та закритими ключами, створюючи шаблон, який потенційні зловмисники можуть використовувати. Щоб забезпечити еквівалентний рівень безпеки, асиметричні ключі повинні бути набагато довшими - 128-бітний симетричний ключ пропонує приблизно той же рівень безпеки, що і 2048-бітний асиметричний ключ.

Переваги та недоліки

Обидва типи шифрування мають свої переваги та недоліки:

Симетричне шифрування:

• Значно швидші швидкості обробки
• Вимагає менше обчислювальної потужності
• Головна слабкість: Виклики розподілу ключів
• Ризик безпеки: Той самий ключ, що використовується для шифрування та розшифрування, повинен бути розподілений всім сторонам

Асиметричне Шифрування:

• Вирішує проблему розподілу ключів з використанням пар публічних/приватних ключів
• Більш безпечне управління ключами
• Головна слабкість: Значно повільніша продуктивність
• Потребує значно більше обчислювальних ресурсів через довші ключі

Реальні застосування

Застосування симетричного шифрування

Симетричне шифрування широко використовується в системах, що потребують швидкого захисту даних. Стандарт шифрування AES (AES) використовується державними установами, включаючи уряд США, для захисту класифікованої та чутливої інформації. AES замінив старіший стандарт шифрування даних (DES), розроблений у 1970-х роках.

Застосування асиметричного шифрування

Асиметричне шифрування добре працює в системах, де кілька користувачів потребують можливостей шифрування/дешифрування, особливо коли швидкість не є критичною. Зашифровані електронні поштові системи є поширеним застосуванням, де публічні ключі шифрують повідомлення, які можуть дешифрувати лише власники приватних ключів.

Гібридні системи шифрування

Багато сучасних застосунків поєднують симетричне та асиметричне шифрування, щоб використати переваги обох підходів. Протоколи безпеки транспортного рівня (TLS), які забезпечують безпечні інтернет-комунікації, є прикладом цього гібридного підходу. Ці протоколи в значній мірі замінили старі протоколи безпеки сокетів (SSL), які нині вважаються ненадійними.

Шифрування в цифрових валютах

Технології шифрування підвищують безпеку в багатьох криптовалютних гаманцях. Наприклад, коли користувачі встановлюють паролі для криптовалютних гаманців, алгоритми шифрування захищають файли доступу до гаманця.

Однак існує поширене непорозуміння щодо блокчейн-систем і асиметричного шифрування. Хоча Біткойн та інші криптовалюти використовують пари публічних і приватних ключів, не всі системи цифрового підпису застосовують методи шифрування. Насправді повідомлення можуть бути цифрово підписані без шифрування. RSA є алгоритмом, який може підписувати зашифровані повідомлення, але цифровий підпис Біткойна (ECDSA) зовсім не використовує шифрування.

Остаточні думки

Як симетричне, так і асиметричне шифрування відіграють важливу роль у захисті чутливої інформації в нашому дедалі більш цифровому світі. Хоча кожен підхід має свої переваги та обмеження, які визначають їх оптимальні застосування, обидва залишаються основоположними для комп'ютерної безпеки. Оскільки криптографія розвивається, щоб протистояти дедалі більш складним загрозам, симетричне та асиметричне шифрування, ймовірно, залишаться важливими компонентами комплексних стратегій безпеки.