Порівняльний аналіз симетричного та асиметричного шифрування

У сфері сучасної криптографії виокремлюють дві основні категорії: симетричну і асиметричну криптографію. Симетричне шифрування вважається синонімом симетричної криптографії, тоді як асиметрична криптографія охоплює дві основні застосування: асиметричне шифрування та цифрові підписи.

Цю класифікацію можна структурувати наступним чином:

| Симетричне шифрування | Асиметричне шифрування ( або відкритий ключ ) | |------------------------|----------------------------------------------| | Симетричне шифрування | Асиметричне шифрування | | | Цифрові підписи |

У цій статті ми зосередимося на вивченні симетричних і асиметричних алгоритмів шифрування.

Ключові відмінності між симетричним і асиметричним шифруванням

Основна відмінність між цими двома методами полягає у кількості використовуваних ключів. У той час як симетричне шифрування використовує один ключ, асиметричне застосовує два пов'язані, але різні ключі. Ця на перший погляд проста різниця має важливі функціональні наслідки і визначає їх відповідні застосування.

Управління ключами

У криптографії алгоритми шифрування генерують ключі у вигляді послідовностей бітів для шифрування та дешифрування інформації. Спосіб використання цих ключів визначає різницю між симетричними та асиметричними методами.

Симетричне шифрування використовує той самий ключ як для шифрування, так і для дешифрування. Натомість асиметричне шифрування використовує один ключ для шифрування (, відомий як публічний ключ ), і інший для дешифрування (, приватний ключ ). У асиметричних системах публічний ключ можна вільно ділитися, тоді як приватний ключ повинен зберігатися в таємниці.

Наприклад, якщо Ана надсилає повідомлення Карлосу, використовуючи симетричне шифрування, їй потрібно надати йому той самий ключ, який вона використала для його шифрування. Це означає, що якщо третя сторона перехопить комунікацію, вона зможе отримати доступ до зашифрованої інформації.

На відміну від цього, якщо Ана використовує асиметричний метод, вона зашифрує повідомлення за допомогою публічного ключа Карлоса, який зможе розшифрувати його за допомогою свого приватного ключа. Таким чином, асиметричне шифрування забезпечує вищий рівень безпеки, оскільки навіть якщо хтось перехопить повідомлення і отримає публічний ключ, він не зможе розшифрувати інформацію.

Довжина ключів

Інша суттєва різниця між обома типами шифрування пов'язана з довжиною ключів, вимірюваною в бітах і безпосередньо пов'язаною з рівнем безпеки кожного алгоритму.

У симетричних системах ключі вибираються випадковим чином, і їхня загально прийнята довжина коливається від 128 до 256 біт, залежно від необхідного рівня безпеки. У асиметричному шифруванні повинна існувати математична взаємозв'язок між публічним і приватним ключами, що означає, що вони пов'язані певною математичною формулою. Через це асиметричні ключі повинні бути значно довшими, щоб забезпечити еквівалентний рівень безпеки. Різниця в довжині ключів настільки помітна, що симетричний ключ довжиною 128 біт і асиметричний ключ довжиною 2048 біт забезпечують приблизно однаковий рівень захисту.

Порівняльні переваги та недоліки

Кожен тип шифрування має свої сильні та слабкі сторони. Алгоритми симетричного шифрування вирізняються швидкістю та обчислювальною ефективністю, але їхньою основною недоліком є розподіл ключів. Оскільки для шифрування та дешифрування використовується один і той же ключ, його потрібно ділити з усіма, хто потребує доступу, що пов'язано з певними вродженими ризиками.

Зі свого боку, асиметричне шифрування вирішує проблему розподілу ключів за допомогою публічних ключів для шифрування та приватних для розшифрування. Однак асиметричні системи є значно повільнішими в порівнянні з симетричними і вимагають більшої обчислювальної потужності через довжину ключів.

Практичні застосування

Симетричне шифрування

Завдяки своїй швидкості, симетричне шифрування широко використовується для захисту інформації в численних сучасних комп'ютерних системах. Наприклад, Стандарт шифрування AES (AES) використовується різними державними установами для шифрування секретної інформації. AES замінив старий Стандарт шифрування даних (DES), розроблений у 1970-х роках як стандарт симетричного шифрування.

Ассиметричное шифрование

Асиметричне шифрування знаходить застосування в системах, де кілька користувачів можуть потребувати шифрування та дешифрування повідомлень або пакетів даних, особливо коли швидкість і обробна потужність не є пріоритетами. Простим прикладом є зашифроване електронне повідомлення, де можна використовувати відкритий ключ для шифрування повідомлень і закритий ключ для їх дешифрування.

Гібридні системи

У багатьох застосуваннях поєднуються симетричне та асиметричне шифрування. Відомим прикладом цих гібридних систем є криптографічні протоколи Security Sockets Layer (SSL) та Transport Layer Security (TLS), розроблені для забезпечення безпечних комунікацій в Інтернеті. Наразі протоколи SSL вважаються небезпечними, і їх використання не рекомендується, тоді як протоколи TLS вважаються безпечними і широко використовуються сучасними веб-браузерами.

Шифрування в контексті криптовалют

Багато криптовалютних гаманців впроваджують методи шифрування для надання додаткового рівня безпеки кінцевим користувачам. Алгоритми шифрування використовуються, коли користувач встановлює пароль для свого файлу гаманця, який використовується для доступу до програмного забезпечення.

Однак існує хибне уявлення про те, що блокчейн-системи використовують асиметричні алгоритми шифрування через використання пар відкритих та закритих ключів у Біткоїні та інших криптовалютах. Важливо уточнити, що асиметричне шифрування та цифрові підписи є двома різними застосуваннями асиметричної криптографії ( або криптографії з відкритим ключем ).

Насправді не всі системи цифрового підпису використовують шифрування, хоча і застосовують публічні та приватні ключі. Повідомлення може бути підписане цифровим способом без необхідності шифрування. RSA є прикладом алгоритму, який може бути використаний для підписання зашифрованих повідомлень, але алгоритм цифрового підпису, який використовується в Bitcoin (, називається ECDSA) і не передбачає шифрування.