Аналіз порівняння симетричного та асиметричного шифрування

У сфері сучасного шифрування виділяють два основні напрямки: симетричне шифрування та асиметричне. У той час як перше зазвичай асоціюється з симетричним шифруванням, друге охоплює дві основні сфери: асиметричне шифрування та цифрові підписи.

Цю класифікацію можна схематизувати таким чином:

Симетричне шифрування зосереджується на симетричному шифруванні, тоді як асиметрична криптографія, також відома як криптографія з відкритим ключем, включає асиметричне шифрування та цифрові підписи, які можуть або не можуть включати шифрування.

У цьому аналізі ми зосередимося на алгоритмах симетричного та асиметричного шифрування.

Відмінності між симетричним і асиметричним шифруванням

Методи шифрування зазвичай класифікуються на симетричні та асиметричні. Ключове відмінність полягає в тому, що симетричні алгоритми використовують єдиний ключ, тоді як асиметричні використовують два пов'язані, але різні ключі. Це, здавалося б, проста різниця має значні наслідки щодо їх функціонування та застосування.

Взаємозв'язок між ключами

У криптографії алгоритми генерують ключі у вигляді послідовностей біт для шифрування та розшифрування інформації. Використання цих ключів визначає різницю між симетричними та асиметричними методами.

Симетричні алгоритми використовують один і той же ключ для обох операцій, тоді як асиметричні використовують один ключ для шифрування і інший для дешифрування. У асиметричних системах ключ шифрування, що називається відкритим ключем, може вільно ділитися, тоді як ключ дешифрування, або закритий ключ, повинен зберігатися в таємниці.

Наприклад, якщо Ана надсилає Карлосу повідомлення, захищене симетричним шифруванням, їй потрібно надати йому той самий ключ, який вона використала для шифрування. Це означає, що якщо третя сторона перехопить зв'язок, вона зможе отримати доступ до зашифрованої інформації.

Натомість, якщо Ана використовує асиметричний метод, вона зашифрує повідомлення за допомогою публічного ключа Карлоса, який його розшифрує зі своїм приватним ключем. Таким чином, асиметричне шифрування пропонує вищий рівень безпеки, оскільки навіть якщо хтось перехопить повідомлення та отримає публічний ключ, він не зможе розшифрувати зміст.

Довжина ключів

Інша основна різниця між обома методами стосується довжини ключів, вимірюваної в бітах і безпосередньо пов'язаної з рівнем безпеки кожного алгоритму.

У симетричних системах ключі вибираються випадковим чином, а їхня загальна прийнята довжина коливається між 128 та 256 бітами, залежно від необхідного рівня безпеки. У асиметричному шифруванні повинна існувати математична взаємозв'язок між публічним і приватним ключами, що означає, що вони пов'язані певною формулою. Через це зловмисники можуть використовувати цей шаблон для порушення шифрування, тому асиметричні ключі повинні бути значно довшими, щоб забезпечити рівень безпеки, що відповідає. Різниця у довжині ключів настільки помітна, що симетричний ключ довжиною 128 біт і асиметричний ключ довжиною 2048 біт забезпечують приблизно однакову ступінь захисту.

Переваги та недоліки

Кожен тип шифрування має свої переваги та обмеження. Симетричні алгоритми значно швидші та вимагають менше обчислювальних ресурсів, але їхня головна недолік полягає в розподілі ключів. Оскільки використовується той самий ключ для шифрування та дешифрування, його потрібно ділитися з усіма, хто потребує доступу, що, природно, несе певні ризики.

Зі свого боку, асиметричне шифрування вирішує проблему розподілу ключів за допомогою використання публічних ключів для шифрування та приватних для дешифрування. Однак асиметричні системи є значно повільнішими в порівнянні з симетричними та вимагають набагато більшої обчислювальної потужності через розширення ключів.

Практичні застосування

Симетричне шифрування

З огляду на його швидкість, симетричне шифрування широко використовується для захисту інформації в численних сучасних комп'ютерних системах. Наприклад, урядові органи використовують Стандарт Шифрування Високого Рівня (AES) для шифрування секретної інформації. AES замінив старий Стандарт Шифрування Даних (DES), розроблений у 1970-х роках як стандарт симетричного шифрування.

Асиметричне шифрування

Асиметричне шифрування знаходить застосування в системах, де кілька користувачів можуть потребувати шифрувати та дешифрувати повідомлення або набори даних, особливо коли швидкість та обробна здатність не є пріоритетними. Простим прикладом є зашифроване електронне повідомлення, де можна використовувати публічний ключ для шифрування повідомлень та приватний для їх дешифрування.

Гібридні системи

У численних застосуваннях поєднуються симетричне та асиметричне шифрування. Яскравим прикладом цих гібридних систем є криптографічні протоколи Transport Layer Security (TLS), розроблені для забезпечення безпечних комунікацій в Інтернеті. Наразі протоколи TLS вважаються безпечними і широко використовуються сучасними веб-браузерами.

Шифрування в галузі криптовалют

Численні криптовалютні гаманці впроваджують методи шифрування для забезпечення вищого рівня безпеки для кінцевих користувачів. Алгоритми шифрування застосовуються, коли користувач встановлює пароль для свого файлу гаманця, який використовується для доступу до програмного забезпечення.

Проте, через те, що Bitcoin та інші криптовалюти використовують пару публічного та приватного ключів, існує хибне уявлення про те, що системи blockchain використовують алгоритми шифрування з асиметричним ключем. Однак, як було зазначено раніше, шифрування з асиметричним ключем і цифрові підписи є двома основними застосуваннями криптографії з асиметричним ключем.

Відповідно, не всі системи цифрового підпису використовують шифрування, хоча надають публічні та приватні ключі. Насправді, повідомлення можна підписати цифровим способом без використання шифрування. RSA є прикладом алгоритму, який може використовуватися для підписування зашифрованих повідомлень, але алгоритм цифрового підпису, що використовується в Bitcoin (, називається ECDSA) і не передбачає шифрування.

Завершальні роздуми

Як симетричне, так і асиметричне шифрування відіграють важливі ролі в захисті інформації та конфіденційних комунікацій у сучасному цифровому середовищі. Обидва методи є цінними, оскільки кожен з них має свої власні сильні та слабкі сторони, і тому застосовуються в різних сценаріях. Оскільки криптографія як дисципліна еволюціонує, щоб протистояти більш складним та серйозним загрозам, симетричні та асиметричні криптографічні системи збережуть свою актуальність у сфері комп'ютерної безпеки.