Два основних табори в криптографії: чому симетричне шифрування та асиметричне шифрування є незамінними

Сучасні системи криптографії діляться на два основні напрямки, кожен з яких має свої застосування. Багато людей плутаються в цих двох способах шифрування, але зрозуміти їх основні відмінності насправді дуже просто: один використовує один секретний ключ, а інший використовує пару ключів.

Секретний ключ механізм: одна чи дві?

Принцип роботи симетричного шифрування

У системі симетричного шифрування відправник і отримувач використовують один і той же секретний ключ для шифрування та розшифрування інформації. Уявіть, що Катерина надсилає повідомлення Максиму, вона шифрує його за допомогою ключа, Максим повинен мати точно такий же секретний ключ, щоб його розшифрувати.

Це звучить дуже просто, але є одна фатальна проблема — секретний ключ повинен бути переданий. Якщо хакер перехопить цей ключ під час передачі, вся безпека системи повністю зруйнується.

Переваги асиметричного шифрування

асиметричне шифрування采用完全不同的策略。Воно використовує дві взаємопов'язані Секретний ключ: публічний ключ (який можна відкрито ділитися) та приватний ключ (який потрібно тримати в таємниці). Катерина шифрує повідомлення за допомогою публічного ключа Максима, навіть якщо інформація буде перехоплена, людина без приватного ключа не зможе її прочитати.

Цей дизайн забезпечує кардинальне підвищення безпеки — публічний ключ можна вільно розповсюджувати, тоді як секретний ключ ніколи не виходить з пристрою власника.

Секретний ключ довжина: чому асиметричний секретний ключ повинен бути довшим

Безпека і довжина секретного ключа безпосередньо пов'язані, але вимоги двох систем абсолютно різні.

В симетричному шифруванні, секретний ключ зазвичай є випадковою послідовністю довжиною 128 або 256 біт. Ця довжина достатня для забезпечення достатнього рівня безпеки.

Асиметричне шифрування的情况更复杂。由于公钥和私钥之间存在明确的数学关系，攻击者理论но可以利用这个关系来破解密码。为了弥补这个潜在风险，Секретний ключ必须长得多——一个2048位的Секретний ключ才能提供与128位симетричне密钥相当的安全等级。

Баланс між швидкістю та безпекою

симетричне шифрування：швидке але вразливе

Симетричне шифрування的计算速度极快，对处理能力要求很低。这也是为什么 американське уряд приймає високий стандарт шифрування (AES) для захисту конфіденційної та секретної інформації — його ефективність достатня для обробки великої кількості даних. Ранні стандарти DES (розроблені в 1970-х роках) також базувалися на цьому принципі, хоча зараз вони вже застарілі.

асиметричне шифрування：безпечно але повільно

Навпаки, асиметричне шифрування має величезні обчислювальні вимоги і потребує значних обчислювальних потужностей — це повністю зумовлено його довгими секретними ключами та складними математичними обчисленнями. Швидкість повільна, але це забезпечує справжню безпеку.

Реальні сценарії застосування

受到限制的симетричне方案

симетричне шифрування використовується в сценах, де потрібна висока швидкість обробки та єдине середовище довіри. Наприклад, шифрування даних всередині державних установ або захист локальних накопичувачів.

分散场景中的асиметричне

асиметричне шифрування підходить для систем, які потребують участі кількох сторін і не можуть заздалегідь поділитися секретним ключем. Шифрування електронної пошти є типовим прикладом — публічний ключ одержувача використовується для шифрування, а секретний ключ — для розшифрування.

Гібридна система, що поєднує обидва

Сучасні інтернет-комунікаційні протоколи (такі як SSL і TLS) насправді є змішаними схемами. Протокол TLS особливо варто відзначити, оскільки він став стандартом для всіх основних веб-браузерів. Ранні протоколи SSL були відкинуті, але TLS донині залишається основою мережевої безпеки.

Криптографія та блокчейн: поширене непорозуміння

Біткойн та правда про шифрувальні гаманці

Багато людей вважають, що Bitcoin та інші криптовалюти використовують асиметричне шифрування, що ґрунтується на розумному, але не зовсім точному спостереженні — вони дійсно використовують публічні та секретні ключі.

Але тут є тонкість: асиметрична криптографія містить два абсолютно різні застосування — асиметричне шифрування (шифрування) та цифровий підпис. Не всі системи, що використовують публічні та приватні ключі, займаються шифруванням.

Цифровий підпис ≠ шифрування

Цифровий підпис може існувати незалежно від шифрування. Алгоритм RSA можна використовувати як для шифрування, так і для підпису, але алгоритм ECDSA, що використовується в Bitcoin, призначений тільки для підпису і зовсім не використовується для шифрування. Це ключова технічна різниця, яка часто плутається.

Справжнє призначення шифрувального гаманця

У криптовалютах, коли користувач встановлює пароль, відбувається шифрування захисту файлу секретного ключа — тут може використовуватися симетричне шифрування. Справжнє асиметричне шифрування більше використовується для безпеки зв'язку між гаманцями, а не для основного механізму перевірки транзакцій.

Перспективи: обидва способи довгостроково існуватимуть

симетричне шифрування та асиметричне шифрування не є взаємозамінними, а є взаємодоповнюючими. З розвитком мережевих загроз обидва методи постійно вдосконалюються та адаптуються.

Майбутня архітектура безпеки, ймовірно, продовжить покладатися на комбінацію цих двох механізмів — симетричне шифрування для обробки великих обсягів даних з метою забезпечення швидкості, асиметричне для обробки Секретний ключ обміну та автентифікації для забезпечення безпеки.

У світі, де цифровізація все глибшає, розуміння цих двох методів криптографії вже не є вибором — це базові знання, які повинні оволодіти всі, хто використовує Інтернет та криптоактиви.