Сравнительный анализ симметричного и асимметричного шифрования

В области современной криптографии выделяют две основные категории: симметричная криптография и асимметричная. Симметричное шифрование считается синонимом симметричной криптографии, в то время как асимметричная криптография охватывает два основных применения: асимметричное шифрование и цифровые подписи.

Эта классификация может быть структурирована следующим образом:

| Симметричное шифрование | Асимметричное шифрование (или открытый ключ) | |------------------------|----------------------------------------------| | Симметричное шифрование | Асимметричное шифрование | | | Цифровые подписи |

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

Ключевые различия между симметричным и асимметричным шифрованием

Основное различие между этими двумя методами заключается в количестве используемых ключей. В то время как симметричное шифрование использует один ключ, асимметричное использует два связанных, но разных ключа. Это, казалось бы, простое различие имеет важные функциональные последствия и определяет их соответствующее применение.

Управление ключами

В криптографии алгоритмы шифрования генерируют ключи в виде последовательностей бит для шифрования и расшифрования информации. То, как используются эти ключи, определяет разницу между симметричными и асимметричными методами.

Симметричное шифрование использует один и тот же ключ как для шифрования, так и для расшифровки. В отличие от этого, асимметричное шифрование использует один ключ для шифрования (, известный как публичный ключ ), и другой для расшифровки (, приватный ключ ). В асимметричных системах публичный ключ можно свободно делиться, в то время как приватный должен оставаться в секрете.

Например, если Ана отправляет сообщение Карлосу с использованием симметричного шифрования, ей необходимо предоставить ему тот же ключ, который она использовала для его шифрования. Это означает, что если третья сторона перехватит связь, она сможет получить доступ к зашифрованной информации.

В отличие от этого, если Анна использует асимметричный метод, она зашифрует сообщение с помощью открытого ключа Карлоса, который сможет расшифровать его с помощью своего закрытого ключа. Таким образом, асимметричное шифрование предлагает более высокий уровень безопасности, так как даже если кто-то перехватит сообщения и получит открытый ключ, он не сможет расшифровать информацию.

Длина ключей

Еще одно значительное различие между этими двумя типами шифрования связано с длиной ключей, измеряемой в битах и непосредственно связанной с уровнем безопасности каждого алгоритма.

В симметричных системах ключи выбираются случайным образом, и их общепринятая длина колеблется между 128 и 256 битами, в зависимости от требуемого уровня безопасности. В асимметричном шифровании должна существовать математическая связь между открытым и закрытым ключами, что подразумевает, что они связаны определенной математической формулой. Из-за этого 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 защиты.

Сравнительные преимущества и недостатки

Каждый тип шифрования имеет свои сильные и слабые стороны. Алгоритмы симметричного шифрования выделяются своей скоростью и вычислительной эффективностью, но их главным недостатком является распределение ключей. Поскольку используется один и тот же ключ для шифрования и расшифровки, его необходимо делиться со всеми, кому нужен доступ, что влечет за собой определенные риски.

С своей стороны, асимметричное шифрование решает проблему распределения ключей с помощью использования публичных ключей для шифрования и частных для расшифровки. Однако асимметричные системы значительно медленнее по сравнению с симметричными и требуют большей вычислительной мощности из-за длины ключей.

Практические приложения

Симметричное шифрование

Учитывая его скорость, симметричное шифрование широко используется для защиты информации во многих современных компьютерных системах. Например, Стандарт продвинутого шифрования (AES) используется различными государственными учреждениями для шифрования секретной информации. AES заменил устаревший Стандарт шифрования данных (DES), разработанный в 1970-х годах как стандарт симметричного шифрования.

Ассиметричное шифрование

Асимметричное шифрование находит применение в системах, где множеству пользователей может потребоваться шифровать и расшифровывать сообщения или пакеты данных, особенно когда скорость и мощность обработки не являются приоритетными. Простой пример — зашифрованная электронная почта, где можно использовать открытый ключ для шифрования сообщений и закрытый ключ для их расшифровки.

Гибридные системы

В многочисленных приложениях комбинируются симметричное и асимметричное шифрование. Ярким примером таких 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, в то время как протоколы TLS считаются безопасными и широко используются современными веб-браузерами.

Шифрование в контексте криптовалют

Многие криптовалютные кошельки используют методы шифрования для обеспечения дополнительного уровня безопасности конечным пользователям. Шифровальные алгоритмы используются, когда пользователь устанавливает пароль для своего файла кошелька, который используется для доступа к программному обеспечению.

Тем не менее, существует ошибочное представление о том, что блокчейн-системы используют асимметричные алгоритмы шифрования из-за использования пар публичных и частных ключей в Биткойне и других криптовалютах. Важно прояснить, что асимметричное шифрование и цифровые подписи — это две различные области применения асимметричной криптографии ( или криптографии с открытым ключом ).

На самом деле не все системы цифровой подписи используют шифрование, хотя и применяют открытые и закрытые ключи. Сообщение может быть подписано цифровой подписью без необходимости в шифровании. RSA является примером алгоритма, который может использоваться для подписания зашифрованных сообщений, но алгоритм цифровой подписи, используемый в Bitcoin (, называемый ECDSA), не подразумевает шифрования.