Сравнительный анализ симметричного и асимметричного шифрования

В области современной криптографии различают две основные ветви: симметричное шифрование и асимметричное. В то время как первое обычно ассоциируется с симметричным шифрованием, второе охватывает две основные области применения: асимметричное шифрование и цифровые подписи.

Эта классификация может быть схематизирована следующим образом:

Симметричная криптография сосредотачивается на симметричном шифровании, в то время как асимметричная криптография, также известная как криптография с открытым ключом, включает в себя асимметричное шифрование и цифровые подписи, которые могут или не могут включать шифрование.

В этом анализе мы сосредоточимся на алгоритмах симметричного и асимметричного шифрования.

Различия между симметричным и асимметричным шифрованием

Методы шифрования обычно классифицируются на симметричные и асимметричные. Ключевое различие заключается в том, что симметричные алгоритмы используют единственный ключ, в то время как асимметричные применяют две связанные, но разные ключа. Это на первый взгляд простое различие влечет за собой значительные последствия в отношении их функционирования и применения.

Связь между ключами

В криптографической области алгоритмы генерируют ключи в виде последовательностей бит для шифрования и дешифрования информации. Использование этих ключей определяет разницу между симметричными и асимметричными методами.

Симметричные алгоритмы используют один и тот же ключ для обеих операций, в то время как асимметричные используют один ключ для шифрования и другой для дешифрования. В асимметричных системах ключ шифрования, называемый открытым ключом, может свободно делиться, в то время как ключ дешифрования, или закрытый ключ, должен храниться в секрете.

Например, если Ана отправляет Карлосу сообщение, защищенное симметричным шифрованием, ей необходимо предоставить ему тот же ключ, который она использовала для шифрования. Это означает, что если третье лицо перехватит коммуникацию, оно сможет получить доступ к зашифрованной информации.

Вместо этого, если Ана использует асимметричный метод, она зашифрует сообщение с помощью открытого ключа Карлоса, который расшифрует его своим закрытым ключом. Таким образом, асимметричное шифрование предлагает более высокий уровень безопасности, так как даже если кто-то перехватит сообщения и получит открытый ключ, он не сможет расшифровать содержимое.

Длина ключей

Еще одно основное отличие между двумя методами связано с длиной ключей, измеряемой в битах и напрямую связанной с уровнем безопасности каждого алгоритма.

В симметричных системах ключи выбираются случайным образом, и их общепринятая длина колеблется от 128 до 256 бит, в зависимости от требуемого уровня безопасности. В асимметричном шифровании должно существовать математическое соотношение между открытым и закрытым ключами, что подразумевает, что они связаны определенной формулой. Из-за этого злоумышленники могут использовать этот шаблон для уязвимости шифрования, поэтому асимметричные ключи должны быть значительно более длинными, чтобы обеспечить сопоставимый уровень безопасности. Разница в длине ключей настолько заметна, что симметричный ключ длиной 128 бит и асимметричный ключ длиной 2048 бит предлагают примерно одинаковую степень защиты.

Преимущества и недостатки

Каждый тип шифрования имеет свои преимущества и ограничения. Симметричные алгоритмы значительно быстрее и требуют меньше вычислительных ресурсов, но их главное недостаток заключается в распределении ключей. Поскольку используется один и тот же ключ для шифрования и дешифрования, его необходимо делить со всеми, кому нужен доступ, что, естественно, влечет за собой определенные риски.

С другой стороны, асимметричное шифрование решает проблему распределения ключей с помощью публичных ключей для шифрования и частных для дешифрования. Тем не менее, асимметричные системы значительно медленнее по сравнению с симметричными и требуют гораздо больше вычислительной мощности из-за длины ключей.

Практические приложения

Симметричное шифрование

Учитывая его скорость, симметричное шифрование широко используется для защиты информации в многочисленных современных компьютерных системах. Например, государственные учреждения используют Стандарт Шифрования Данных (AES) для шифрования секретной информации. AES заменил старый Стандарт Шифрования Данных (DES), разработанный в 1970-х годах как стандарт симметричного шифрования.

Шифрование асимметричное

Асимметричное шифрование находит применение в системах, где несколько пользователей могут нуждаться в шифровании и расшифровке сообщений или наборов данных, особенно когда скорость и вычислительная мощность не являются приоритетом. Простым примером является зашифрованная электронная почта, где можно использовать открытый ключ для шифрования сообщений и закрытый для их расшифровки.

Гибридные системы

В многочисленных приложениях комбинируются симметричное и асимметричное шифрование. Ярким примером этих гибридных систем являются криптографические протоколы Transport Layer Security (TLS), разработанные для обеспечения безопасной связи в Интернете. В настоящее время протоколы TLS считаются безопасными и широко используются современными веб-браузерами.

Шифрование в области криптовалют

Многочисленные кошельки криптовалют внедряют методы шифрования, чтобы предложить конечным пользователям более высокий уровень безопасности. Алгоритмы шифрования применяются, когда пользователь устанавливает пароль для своего файла кошелька, который используется для доступа к программному обеспечению.

Тем не менее, из-за того, что Биткойн и другие криптовалюты используют пару открытого и закрытого ключей, существует ошибочное представление о том, что блокчейн-системы используют асимметричные алгоритмы шифрования. Однако, как упоминалось ранее, асимметричное шифрование и цифровые подписи являются двумя основными приложениями асимметричной криптографии.

Следовательно, не все системы цифровой подписи используют шифрование, хотя и предоставляют открытые и закрытые ключи. На самом деле, сообщение может быть подписано цифровым образом без использования шифрования. RSA является примером алгоритма, который может быть использован для подписания зашифрованных сообщений, но алгоритм цифровой подписи, используемый в Bitcoin (, называемый ECDSA), не включает шифрование.

Заключительные размышления

Как симметричное, так и асимметричное шифрование играют важную роль в защите информации и конфиденциальной связи в современном цифровом окружении. Оба метода ценны, так как каждый из них имеет свои собственные сильные и слабые стороны, поэтому они применяются в различных сценариях. Поскольку криптография как дисциплина развивается, чтобы противостоять более сложным и серьезным угрозам, симметрические и асимметрические криптографические системы сохранят свою актуальность в области информационной безопасности.