Симметричное и асимметричное шифрование: сравнительный анализ

В области современной криптографии выделяются две основные области исследования: симметричная и асимметричная криптография. Симметричное шифрование обычно приравнивается к симметричной криптографии, в то время как асимметричная криптография охватывает два основных применения: асимметричное шифрование и цифровые подписи.

Эта классификация может быть представлена следующим образом:

Симметричная криптография включает симметричное шифрование, в то время как асимметричная криптография (, также известная как криптография с открытым ключом ), охватывает как асимметричное шифрование, так и цифровые подписи, которые могут включать или не включать использование шифрования.

В этой статье мы сосредоточимся на исследовании симметричных и асимметричных алгоритмов шифрования.

Симметричное и асимметричное шифрование

Алгоритмы шифрования обычно классифицируются на две группы: симметричное и асимметричное шифрование. Фундаментальное различие между этими методами заключается в том, что симметричные алгоритмы используют единственный ключ, в то время как асимметричные используют два разных, но связанных ключа. Это на первый взгляд простое различие влечет за собой важные функциональные последствия и определяет, как применяются эти методы шифрования.

Отношения между ключами

В области криптографии алгоритмы шифрования генерируют ключи в виде последовательностей бит, которые используются для кодирования и декодирования информации. То, как 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 называемый открытым ключом, может быть открыт для общего доступа. В отличие от этого, ключ расшифровки является частным и 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, чтобы он мог его прочитать. Это означает, что если злоумышленник перехватит связь, он сможет получить доступ к зашифрованной информации.

Вместо этого, если Ана использует асимметричный метод, она зашифрует сообщение с помощью открытого ключа Карлоса, который сможет расшифровать 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 ничего с ним сделать.

Длина ключей

Еще одно функциональное различие между симметричным и асимметричным шифрованием 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 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 попытки разрушить шифрование, что означает, что асимметричные ключи должны быть значительно длиннее, чтобы обеспечить эквивалентный уровень безопасности. Разница в длине ключей настолько заметна, 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 мощностей, но их основной недостаток — это распределение ключей. Поскольку для шифрования и расшифровки информации используется один и тот же ключ, его необходимо делить со всеми, кто нуждается в доступе, что, естественно, создает определенные риски (, как упоминалось ранее ).

С своей стороны, асимметричное шифрование решает проблему распределения ключей с помощью использования открытых ключей для шифрования и закрытых ключей для расшифровки. Недостатком является то, что асимметричные системы значительно медленнее по сравнению с симметричными и требуют гораздо больше вычислительных ресурсов из-за длины ключей.

Практические применения

Симметричное шифрование

Из-за своей скорости симметричное шифрование широко используется для защиты информации в многочисленных современных компьютерных системах. Например, правительство США использует Стандарт Продвинутого Шифрования (AES) для шифрования секретной информации. AES заменил старый Стандарт Шифрования Данных (DES), разработанный в 1970-х годах как стандарт симметричного шифрования.

Ассиметричное шифрование

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

Гибридные системы

В многочисленных приложениях сочетаются симметричное и асимметричное шифрование. Хорошим примером этих гибридных систем являются криптографические протоколы Security Sockets Layer (SSL) и Transport Layer Security (TLS), разработанные для обеспечения безопасной связи в Интернете. В настоящее время протоколы SSL считаются небезопасными, и их использование не рекомендуется. Напротив, протоколы TLS считаются безопасными и широко используются всеми современными веб-браузерами.

Использование шифрования в криптовалютах

Многочисленные криптовалютные кошельки используют методы шифрования как способ обеспечения более высокого уровня безопасности для конечных пользователей. 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 Gate и другие криптовалютные платформы используют пару публичных и приватных ключей, существует ложное представление о том, что системы блокчейна используют асимметричные алгоритмы шифрования. Тем не менее, как уже упоминалось, асимметричное шифрование и цифровые подписи являются двумя основными случаями использования асимметричной криптографии (криптография с открытым ключом).

Следовательно, не все системы цифровой подписи используют шифрование, даже если они 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 подписи зашифрованных сообщений, но алгоритм цифровой подписи, используемый в Bitcoin (, называемый ECDSA), не предполагает шифрования.

Финальные размышления

Как симметричное, так и ассиметричное шифрование играют решающую роль в обеспечении безопасности информации и конфиденциальной связи в современном цифровом окружении. Оба типа шифрования могут быть полезны, так как каждый из них имеет свои сильные и слабые стороны, поэтому они применяются в разных сценариях. Поскольку криптография как наука продолжает развиваться, чтобы защищаться от более современных и серьезных угроз, симметричные и ассиметричные криптографические системы останутся актуальными для компьютерной безопасности.