Симметричная и асимметричная Криптография: Всеобъемлющий анализ

В области современной криптографии выделяются две основные области исследований: симметричная и асимметричная криптография. Симметричная криптография часто синонимична симметричному шифрованию, в то время как асимметричная криптография включает два основных случая использования: асимметричное шифрование и цифровые подписи.

Мы можем категоризировать эти концепции следующим образом:

• Симметричное шифрование
  • Симметричное шифрование
• Асимметричное шифрование (или шифрование с открытым ключом)
  • Ассиметричное шифрование (или шифрование с публичным ключом)
  • Цифровые подписи (, которые могут или не могут включать шифрование)

В этой статье будет рассмотрено шифрование с симметричным и асимметричным алгоритмами.

Симметричное и асимметричное шифрование: ключевые различия

Основное различие между симметричными и асимметричными алгоритмами шифрования заключается в использовании ключей. Симметричные алгоритмы используют один ключ, в то время как асимметричные алгоритмы применяют два различных, но связанных ключа. Это простое описание эффективно иллюстрирует функциональные и практические различия между этими двумя криптографическими технологиями.

Понимание криптографических ключей

В криптографии алгоритмы шифрования генерируют многобитные символьные ключи, используемые для шифрования и расшифровки информации. Применение этих ключей еще больше подчеркивает различие между симметричным и асимметричным шифрованием.

Симметричные алгоритмы используют один и тот же ключ как для шифрования, так и для расшифровки. В отличие от этого, асимметричные алгоритмы используют один ключ для шифрования и другой для расшифровки. В асимметричной системе ключ шифрования называется открытым ключом и может быть передан, в то время как ключ расшифровки является закрытым и должен оставаться конфиденциальным.

Например, если Алиса отправляет Бобу сообщение, зашифрованное с использованием симметричного алгоритма, ей необходимо поделиться ключом шифрования с Бобом, чтобы обеспечить расшифровку. Это означает, что если злоумышленник перехватит ключ, он сможет легко получить доступ к зашифрованной информации.

Однако, если Алиса использует асимметричный алгоритм, она будет шифровать сообщение, используя открытый ключ Боба, а Боб расшифрует его, используя свой закрытый ключ. Таким образом, асимметричное шифрование обеспечивает повышенную безопасность, так как даже если кто-то перехватит сообщение и получит открытый ключ Боба, они не смогут расшифровать сообщение.

Соображения по длине ключа

Еще одно функциональное отличие между симметричным и асимметричным шифрованием касается длины ключа, измеряемой в битах и непосредственно связанной с уровнем безопасности, обеспечиваемым каждым алгоритмом шифрования.

В симметричном шифровании ключ выбирается случайным образом, обычно длиной 128 или 256 бит, в зависимости от желаемого уровня безопасности. Однако в ассиметричном шифровании публичные и приватные ключи математически связаны, что указывает на арифметическую связь между ними. Злоумышленник может использовать этот шаблон для взлома шифротекста, что требует более длинных ключей для ассиметричных ключей, чтобы обеспечить эквивалентную безопасность. Разница в длине ключей столь значительна, что 128-битный симметричный ключ и 2,048-битный ассиметричный ключ обеспечивают примерно одинаковый уровень безопасности.

Сравнение преимуществ и недостатков

Эти два типа алгоритмов шифрования имеют свои явные преимущества и недостатки. Симметричные алгоритмы шифрования работают быстро и требуют меньше вычислительных ресурсов, но их основным недостатком является распределение ключей. Поскольку один и тот же ключ используется для шифрования и дешифрования, его необходимо распределять тем, кто нуждается в доступе к данным, что создает риск безопасности (, как упоминалось ранее ).

С другой стороны, асимметричное шифрование использует открытый ключ для шифрования и закрытый ключ для расшифровки, решая проблему распределения ключей. Однако недостатком является то, что системы асимметричного шифрования работают значительно медленнее по сравнению с симметричным шифрованием и требуют больше вычислительных ресурсов из-за значительно больших длин ключей.

Применение методов шифрования

Симметричное шифрование

Симметричное шифрование широко используется в современных компьютерных системах для защиты информации благодаря своей высокой скорости вычислений. Например, правительство США использует Стандарт расширенного шифрования (AES) для шифрования и классификации секретной информации. AES заменил более ранний Стандарт шифрования данных (DES), разработанный в 1970-х годах и долгое время считавшийся стандартом для симметричного шифрования.

Асимметричное шифрование

Асимметричное шифрование часто используется в системах, где большое количество пользователей должно одновременно шифровать и расшифровывать сообщения или данные, особенно если скорость и вычислительные ресурсы достаточны. Общим примером использования этой системы является зашифрованная электронная почта, где открытый ключ может использоваться для шифрования сообщения, а закрытый ключ для его расшифровки.

Гибридные системы шифрования

Многие приложения используют как симметричное, так и ассиметричное шифрование вместе. Типичными примерами таких гибридных систем являются протоколы шифрования Secure Sockets Layer (SSL) и Transport Layer Security (TLS), используемые для обеспечения безопасной связи через Интернет. Протокол SSL теперь считается небезопасным и должен быть выведен из обращения. В отличие от этого, протокол TLS в настоящее время считается безопасным и широко используется основными веб-браузерами.

Шифрование в криптовалютах

Технология шифрования, используемая во многих криптовалютах, обеспечивает более высокий уровень безопасности для конечных пользователей. Например, когда пользователь устанавливает пароль для своего зашифрованного кошелька, используется алгоритм шифрования для криптографического шифрования файлов, используемых для доступа к программному обеспечению.

Однако, поскольку такие криптовалюты, как Биткойн, используют открытые и закрытые ключи, существует распространенное заблуждение, что блокчейн-системы используют асимметричные алгоритмы шифрования. Как упоминалось ранее, асимметричное шифрование и цифровые подписи являются двумя основными случаями использования асимметричной криптографии (открытое ключевое шифрование).

Поэтому не все системы цифровой подписи используют шифрование, даже если они применяют открытые и закрытые ключи. На самом деле, возможно цифровым образом подписать сообщение, не шифруя его. RSA является примером алгоритма для подписи зашифрованных сообщений, но алгоритм цифровой подписи, используемый Bitcoin (, называемый ECDSA), вообще не использует шифрование.

Заключительные мысли

В сегодняшнюю цифровую эпоху симметричное и асимметричное шифрование играют ключевую роль в защите конфиденциальной информации и сетевых коммуникаций. Хотя оба метода полезны, каждый из них имеет свои плюсы и минусы, что делает их подходящими для различных случаев использования. Поскольку криптография продолжает развиваться, шифрование может использоваться для лучшего противодействия различным новым и сложным угрозам. Симметричное и асимметричное шифрование также тесно связано с компьютерной безопасностью, обеспечивая целостность и конфиденциальность цифровой информации в все более взаимосвязанном мире.