Симметричное и ассиметричное шифрование: сравнительный анализ

Современная криптография делится на две основные ветви: симметричную и асимметричную. Симметричное шифрование обычно сопоставляется с криптографией с симметричным ключом, в то время как асимметричное охватывает два основных применения: шифрование с использованием открытого ключа и цифровые подписи.

Эта классификация может быть структурирована следующим образом:

Криптография с симметричным ключом:

• Кифрование с симметричным ключом

Асимметричная криптография ( или криптография с открытым ключом):

• Ассиметричное шифрование
• Цифровые подписи ( с или без шифрования )

В этой статье мы сосредоточимся на изучении алгоритмов симметричного и асимметричного шифрования.

Различия между симметричным и асимметричным шифрованием

Основное различие между этими двумя методами заключается в количестве используемых ключей. Симметричные алгоритмы используют один единственный ключ, тогда как асимметричные используют пару связанных, но различных ключей. Эта кажущаяся простота влечет за собой важные функциональные и прикладные различия.

Связь между ключами

В криптографии алгоритмы генерируют ключи в виде последовательностей битов для шифрования и расшифрования информации. Способ использования этих ключей определяет разницу между симметричными и асимметричными методами.

Криптография с симметричным ключом использует один и тот же ключ для обеих операций, в то время как асимметричная использует один ключ для шифрования и другой для расшифровки. В асимметричных системах ключ шифрования (публичный) может свободно делиться, но ключ расшифрования (приватный) должен храниться в секрете.

Например, если Ана отправляет зашифрованное симметричным ключом сообщение Карлосу, она должна предоставить ему тот же ключ, который использовала для его шифрования. Это означает, что если третье лицо перехватит связь, оно сможет получить доступ к зашифрованному содержимому.

В отличие от этого, если Ана использует асимметричный метод, она шифрует сообщение с помощью открытого ключа Карлоса, который расшифрует его с помощью своего закрытого ключа. Таким образом, асимметричное шифрование предлагает большую безопасность, так как даже если кто-то перехватит сообщения и получит открытый ключ, он не сможет их расшифровать.

Длина ключей

Еще одно значительное различие между обоими типами шифрования — это длина ключей, измеряемая в битах и прямо связанная с уровнем безопасности каждого алгоритма.

В симметричных системах ключи выбираются случайным образом, и их длина обычно колеблется от 128 до 256 бит в зависимости от необходимого уровня безопасности. В асимметричном шифровании должна существовать математическая связь между открытым и закрытым ключами, что подразумевает, что они связаны определенной формулой. Из-за этого злоумышленники могут использовать этот шаблон для взлома шифрования, поэтому асимметричные ключи должны быть значительно длиннее, чтобы обеспечить эквивалентный уровень безопасности. Разница в длине настолько заметна, что симметричный ключ длиной 128 бит и асимметричный ключ длиной 2048 бит обеспечивают примерно одинаковый уровень защиты.

Преимущества и недостатки

Каждый тип шифрования имеет свои сильные и слабые стороны. Симметричные алгоритмы значительно быстрее и требуют меньше вычислительных ресурсов, но их главный недостаток заключается в распределении ключей. Используя один и тот же ключ для шифрования и расшифрования, его необходимо делить со всеми, кто нуждается в доступе, что, естественно, создает определенные риски (как упоминалось ранее).

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

Практические приложения

Симметричное шифрование

Благодаря своей скорости, криптография с симметричным ключом широко используется для защиты информации в многочисленных современных компьютерных системах. Например, правительство США использует Advanced Encryption Standard (AES) для шифрования секретной информации. AES заменил устаревший Data Encryption Standard (DES), разработанный в 1970-х годах в качестве стандарта симметричного шифрования.

Ассиметричное шифрование

Асимметричное шифрование находит применение в системах, где несколько пользователей могут нуждаться в шифровании и расшифровке сообщений или пакетов данных, особенно когда скорость и мощность обработки не являются приоритетными. Простым примером является зашифрованная электронная почта, где можно использовать открытый ключ для шифрования сообщений и закрытый для их расшифровки.

Гибридные системы

Во многих приложениях комбинируются симметричное и асимметричное шифрование. Ярким примером 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 TLS считаются безопасными и широко используются современными веб-браузерами.

Использование шифрования в криптовалютах

Многочисленные криптовалютные кошельки внедряют методы шифрования для обеспечения более высокого уровня безопасности конечным пользователям. Алгоритмы шифрования применяются, когда пользователь устанавливает пароль для своего файла кошелька, используемого для доступа к программному обеспечению.

Тем не менее, из-за того что Биткойн и другие криптовалюты используют пару публичного и приватного ключей, существует заблуждение, что блокчейн-системы используют алгоритмы асимметричного шифрования. Как упоминалось ранее, асимметричное шифрование и цифровые подписи являются двумя основными приложениями криптографии с симметричным ключом ( или публичного ключа ).

Важно отметить, что не все системы цифровой подписи используют шифрование, даже если они предоставляют открытые и закрытые ключи. На самом деле, сообщение может быть подписано цифровым образом без обращения к шифрованию. RSA является примером алгоритма, который может быть использован для подписания зашифрованных сообщений, но алгоритм цифровой подписи, используемый в Bitcoin (, называемый ECDSA), не включает шифрование.

Финальные размышления

Как симметричное, так и асимметричное шифрование играют ключевую роль в защите информации и конфиденциальной связи в современном цифровом окружении. Оба подхода являются ценными, поскольку каждый из них имеет свои собственные преимущества и недостатки, что определяет их применение в различных сценариях. Поскольку криптография развивается, чтобы противостоять более сложным угрозам, симметрические и асимметрические криптографические системы будут оставаться основополагающими для компьютерной безопасности.