Сравнительный анализ систем шифрования: симметричное и асимметричное

В области современной криптографии выделяются два основных направления: симметричная криптография и асимметричная. Симметричное шифрование часто используется как синоним симметричной криптографии, в то время как асимметричная криптография охватывает две основные области: асимметричное шифрование и цифровые подписи.

Это различие можно представить следующим образом:

| Симметричное шифрование | Асимметричное шифрование (или открытый ключ) | |------------------------|----------------------------------------------| | Симметричное шифрование | Асимметричное шифрование ( или шифрование с открытым ключом) | | | Цифровые подписи ( с шифрованием или без шифрования ) |

В этой статье мы сосредоточимся на изучении симметричных и ассиметричных алгоритмов шифрования.

Различия между симметричным и асимметричным шифрованием

Алгоритмы шифрования обычно классифицируются на две категории: симметричное и асимметричное шифрование. Основное различие заключается в том, что симметричные алгоритмы используют один ключ, тогда как асимметричные применяют два различных, но связанных ключа. Это, казалось бы, простое различие имеет важные функциональные и эксплуатационные последствия для обоих методов шифрования.

Связь между ключами

В криптографии алгоритмы шифрования генерируют ключи в виде последовательностей битов, которые используются для кодирования и декодирования информации. Способ, которым используются эти ключи, определяет разницу между симметричными и асимметричными методами.

В то время как симметричные алгоритмы используют один и тот же ключ для обеих операций, асимметричные используют один ключ для шифрования и другой для расшифровки. В асимметричных системах ключ шифрования, также известный как открытый ключ, может свободно распространяться, в то время как ключ расшифровки является закрытым и должен храниться в секрете.

Например, если Ана отправляет Карлосу сообщение, защищенное симметричным шифрованием, она должна предоставить ему тот же ключ, который использовала для его шифрования, чтобы он мог его прочитать. Это подразумевает, что если злоумышленник перехватит связь, он сможет получить доступ к зашифрованной информации.

Вместо этого, если Ана использует ассиметричный метод, она шифрует сообщение с помощью открытого ключа Карлоса, который сможет расшифровать его своим закрытым ключом. Таким образом, ассиметричное шифрование предлагает более высокий уровень безопасности, поскольку даже если кто-то перехватит сообщения и получит открытый ключ, он не сможет ничего с этим сделать.

Длина ключей

Еще одно функциональное отличие между симметричным и асимметричным шифрованием связано с длиной ключей, которые измеряются в битах и напрямую связаны 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 должна существовать математическая связь между открытым и закрытым ключами, то есть они связаны определенной математической формулой. По этой причине злоумышленники могут использовать этот шаблон для взлома шифрования, поэтому асимметричные ключи должны быть гораздо длиннее, чтобы обеспечить эквивалентный уровень безопасности. Разница в длине ключей настолько значительна, что симметричный ключ длиной 128 бит и асимметричный ключ длиной 2048 бит обеспечивают примерно одинаковый уровень безопасности.

Преимущества и недостатки

Эти два типа шифрования имеют свои преимущества и недостатки. Алгоритмы симметричного шифрования значительно быстрее и требуют меньше вычислительных ресурсов, но их главный недостаток заключается в распределении ключей. Поскольку для шифрования и расшифрования информации используется один и тот же ключ, этот ключ необходимо передавать всем, кто нуждается в доступе, что, естественно, создает определенные риски (как упоминалось ранее).

С другой стороны, асимметричное шифрование решает проблему распределения ключей с помощью использования публичных ключей для шифрования и приватных ключей для расшифровки. Недостатком является то, что асимметричные системы значительно медленнее по сравнению с симметричными системами и требуют гораздо большей вычислительной мощности из-за длины ключей.

Практические приложения

Симметричное шифрование

Из-за своей скорости симметричное шифрование широко используется для защиты информации во многих современных компьютерных системах. Например, Gate использует Стандарт Продвинутого Шифрования (AES) для защиты конфиденциальной информации своих пользователей. AES заменил старый Стандарт Шифрования Данных (DES), который был разработан в 1970-х годах как стандарт симметричного шифрования.

Ассиметричное шифрование

Асимметричное шифрование может применяться в системах, где несколько пользователей нуждаются в шифровании и расшифровке сообщений или пакетов данных, особенно когда скорость и мощность обработки не являются приоритетными. Простой пример такой системы — это зашифрованная электронная почта, где можно использовать открытый ключ для шифрования сообщений и закрытый ключ для их расшифровки.

Гибридные системы

Во многих приложениях одновременно используются симметричное и асимметричное шифрование. Хорошим примером этих гибридных систем являются криптографические протоколы Transport Layer Security (TLS), которые были разработаны для обеспечения безопасной связи в Интернете. В настоящее время протоколы TLS считаются безопасными и широко используются всеми современными веб-браузерами.

Использование шифрования в криптовалютах

Многочисленные криптовалютные кошельки реализуют методы шифрования как способ предоставления дополнительного уровня безопасности конечным пользователям. 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 публичных и приватных ключей, существует заблуждение, что системы блокчейн используют асимметричные алгоритмы шифрования. Однако, как упоминалось ранее, асимметричное шифрование и цифровые подписи — это два основных применения асимметричной криптографии (криптографии с публичным ключом).

Следовательно, не все системы цифровой подписи используют шифрование, даже если они предоставляют открытые и закрытые ключи. На самом деле, сообщение можно подписать цифровой подписью, не используя шифрование. RSA является примером алгоритма, который может быть использован для подписи зашифрованных сообщений, но алгоритм цифровой подписи, используемый в Bitcoin (, называемый ECDSA), не включает шифрование.

Финальные размышления

Как симметричное, так и асимметричное шифрование играют ключевую роль в обеспечении безопасности информации и конфиденциальных коммуникаций в современном цифровом мире. Оба типа шифрования полезны, так как каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, поэтому они применяются в разных сценариях. Поскольку криптография как наука продолжает развиваться, чтобы защищаться от новых и более сложных угроз, симметрические и асимметрические криптографические системы останутся актуальными для компьютерной безопасности.