Симетричне та асиметричне шифрування: порівняльний аналіз

У сфері сучасної криптографії вирізняються дві основні галузі дослідження: симетрична криптографія та асиметрична. Симетричне шифрування зазвичай порівнюється з симетричною криптографією, тоді як асиметрична криптографія охоплює два основні застосування: асиметричне шифрування та цифрові підписи.

Цю класифікацію можна представити таким чином:

Симетрична криптографія охоплює симетричне шифрування, тоді як асиметрична криптографія (, також відома як криптографія з публічним ключем ), включає як асиметричне шифрування, так і цифрові підписи, які можуть включати або не включати використання шифрування.

У цій статті ми зосередимося на вивченні алгоритмів симетричного та асиметричного шифрування.

Симетричне та асиметричне шифрування

Алгоритми шифрування зазвичай класифікуються на дві групи: симетричне та асиметричне шифрування. Основна відмінність між цими методами полягає в тому, що симетричні алгоритми використовують єдиний ключ, тоді як асиметричні використовують два різні, але пов'язані ключі. Ця, здавалося б, проста різниця має важливі функціональні наслідки і визначає, як ці методи шифрування застосовуються.

Взаємозв'язок між ключами

В галузі криптографії алгоритми шифрування генерують ключі у вигляді послідовностей бітів, які використовуються для кодування та декодування інформації. Спосіб, яким ці ключі використовуються, визначає різницю між симетричними та асиметричними методами.

У той час як симетричні алгоритми використовують один і той же ключ для обох операцій, асиметричні використовують один ключ для шифрування і інший для розшифрування. У асиметричних системах ключ шифрування, також відомий як публічний ключ, може бути відкрито поділений. На відміну від цього, ключ розшифрування є приватним і повинен зберігатися в таємниці.

Наприклад, якщо Ана надсилає Карлосу повідомлення, захищене симетричним шифруванням, їй потрібно надати йому той же ключ, який вона використовувала для шифрування, щоб він міг його прочитати. Це означає, що якщо зловмисник перехопить зв'язок, він зможе отримати доступ до зашифрованої інформації.

Натомість, якщо Ана використовує асиметричний метод, вона зашифрує повідомлення за допомогою публічного ключа Карлоса, який зможе його розшифрувати за допомогою свого приватного ключа. Таким чином, асиметричне шифрування пропонує вищий рівень безпеки, оскільки навіть якщо хтось перехопить повідомлення і отримає публічний ключ, він не зможе нічого з цим зробити.

Довжина ключів

Інша функціональна відмінність між симетричним і асиметричним шифруванням пов'язана з довжиною ключів, вимірюваною в бітах і безпосередньо пов'язаною з рівнем безпеки кожного алгоритму.

В симетричних системах ключі вибираються випадковим чином, і їхня звичайна довжина коливається від 128 до 256 біт, в залежності від необхідного рівня безпеки. У асиметричному шифруванні повинна існувати математична зв'язок між публічними та приватними ключами, тобто вони пов'язані певною математичною формулою. З цієї причини зловмисники можуть скористатися цим шаблоном, щоб спробувати зламати шифрування, що означає, що асиметричні ключі повинні бути значно довшими, щоб забезпечити еквівалентний рівень безпеки. Різниця в довжині ключів настільки помітна, що симетричний ключ завдовжки 128 біт і асиметричний ключ завдовжки 2048 біт забезпечують приблизно однаковий рівень безпеки.

Переваги та недоліки

Ці два типи шифрування мають переваги та недоліки один перед одним. Алгоритми симетричного шифрування значно швидші і вимагають менше обчислювальної потужності, але їх основний недолік полягає у розподілі ключів. Оскільки для шифрування та розшифрування інформації використовується той самий ключ, його необхідно ділити з усіма, хто потребує доступу, що природно створює певні ризики (, як було згадано раніше ).

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

Практичні застосування

Симетричне шифрування

Через свою швидкість симетричне шифрування широко використовується для захисту інформації в численних сучасних комп'ютерних системах. Наприклад, уряд США використовує Стандарт Сучасного Шифрування (AES) для шифрування секретної інформації. AES замінив старий Стандарт Шифрування Даних (DES), розроблений у 1970-х роках як стандарт симетричного шифрування.

Ассиметричное шифрование

Асиметричне шифрування може бути застосоване в системах, де кілька користувачів повинні шифрувати та розшифровувати повідомлення або пакети даних, особливо коли швидкість і обробна потужність не є пріоритетом. Простим прикладом такої системи є зашифроване електронне повідомлення, де можна використовувати відкритий ключ для шифрування повідомлень і закритий ключ для їх розшифровки.

Гібридні системи

У багатьох застосуваннях поєднуються симетричне та асиметричне шифрування. Хорошим прикладом цих гібридних систем є криптографічні протоколи Security Sockets Layer (SSL) та Transport Layer Security (TLS), розроблені для забезпечення безпечного зв'язку в Інтернеті. Наразі протоколи SSL вважаються небезпечними, і їх використання не рекомендовано. Натомість протоколи TLS вважаються безпечними і широко використовуються всіма сучасними веб-браузерами.

Використання шифрування в криптовалютах

Численні криптовалютні гаманці впроваджують методи шифрування як спосіб забезпечити вищий рівень безпеки для кінцевих користувачів. Алгоритми шифрування застосовуються, коли користувач встановлює пароль для свого файлу гаманця, який використовується для доступу до програмного забезпечення.

Проте, оскільки Gate та інші криптовалютні платформи використовують пару публічних та приватних ключів, існує помилкове уявлення, що системи блокчейн застосовують асиметричні алгоритми шифрування. Тим не менш, як вже згадувалося раніше, асиметричне шифрування та цифрові підписи є двома основними випадками використання асиметричної криптографії (криптографії з публічним ключем).

Отже, не всі системи цифрового підпису використовують шифрування, навіть якщо надають відкриті та закриті ключі. Насправді, повідомлення може бути підписане цифровим способом без використання шифрування. RSA є прикладом алгоритму, який можна використовувати для підписання зашифрованих повідомлень, але алгоритм цифрового підпису, що використовується в Bitcoin (, називається ECDSA) і не передбачає шифрування.

Остаточні роздуми

Як симетричне, так і асиметричне шифрування відіграють важливу роль у забезпеченні безпеки інформації та конфіденційних комунікацій у сучасному цифровому середовищі. Обидва типи шифрування можуть бути корисними, оскільки кожен має свої власні сильні та слабкі сторони, тому їх застосовують у різних сценаріях. Оскільки криптографія як наука продовжує еволюціонувати, щоб захиститися від новіших і серйозніших загроз, симетричні та асиметричні криптографічні системи залишатимуться актуальними для комп'ютерної безпеки.