Разница между симметричным и асимметричным шифрованием

Симметричное шифрование использует один ключ для шифрования и дешифрования, тогда как асимметричное шифрование применяет разные ключи для каждого процесса. Асимметричное шифрование медленнее и требует больше вычислительной мощности, но обеспечивает лучшую безопасность. Симметричное шифрование быстрее, но уязвимо к перехвату и требует распределения ключей. Обе техники шифрования имеют свои преимущества и недостатки и часто используются вместе в различных приложениях для обеспечения безопасной связи в Интернете.

Основы

Изучение криптографических систем делится на две основные области: симметричную криптографию и асимметричную криптографию. Понятия «симметричное шифрование» и «симметричная криптография» часто используются взаимозаменяемо. Асимметричная криптография, в свою очередь, включает два основных сценария применения: асимметричное шифрование и цифровые подписи.

Эти группы можно классифицировать следующим образом:

• Криптография с симметричным ключом, включающая симметричное шифрование.
• Асимметричная криптография, также известная как криптография с открытым ключом, включает следующее:
  • Асимметричное шифрование, или шифрование с открытым ключом.
  • Цифровые подписи, которые могут выполняться как с шифрованием, так и без него.

Теперь давайте углубимся в эту тему.

Симметричное против асимметричного шифрования

Две основные категории алгоритмов шифрования — это симметричное и асимметричное шифрование. Эти методы принципиально различаются тем, что симметричное шифрование использует один и тот же ключ, тогда как асимметричное — две связанные, но разные ключевые величины. Это, на первый взгляд незначительное, различие приводит к функциональным отличиям в применении и способах использования этих технологий.

Ключи шифрования

Алгоритмы шифрования генерируют ключи для кодирования и декодирования данных, и именно способ использования ключей отличает симметричное и асимметричное шифрование. Симметричные алгоритмы применяют один и тот же ключ для шифрования и дешифрования, тогда как асимметричные алгоритмы используют разные ключи для этих операций. В асимметричных системах публичный ключ доступен всем и используется для шифрования, а приватный ключ хранится в секрете и служит для дешифрования. В сценарии симметричного шифрования Алиса должна передать ключ Бобу для расшифровки своего сообщения, что делает процесс уязвимым для перехвата. В асимметричном сценарии Алиса использует публичный ключ Боба для шифрования сообщения, что добавляет уровень защиты от перехвата.

Длина ключа шифрования

Симметричные и асимметричные алгоритмы отличаются также по длине ключей. Длина ключей измеряется в битах и коррелирует с уровнем безопасности, который обеспечивает алгоритм. Симметричные ключи выбираются случайно и обычно имеют длину 128 или 256 бит, тогда как асимметричные ключи требуют математической связи между публичным и приватным ключами. Злоумышленники могут эксплуатировать эту связь, поэтому для достижения эквивалентного уровня безопасности асимметричным ключам требуется существенно большая длина. Например, 128-битный симметричный ключ и 2048-битный асимметричный ключ обеспечивают сопоставимый уровень защиты.

Плюсы и минусы

Алгоритмы шифрования делятся на симметричные и асимметричные. Симметричные алгоритмы быстрее и требуют меньше вычислительных ресурсов, но их основная проблема — распределение ключей, поскольку один и тот же ключ используют и для шифрования, и для дешифрования, и его необходимо безопасно передать всем, кому нужен доступ к данным.

Асимметричные алгоритмы используют публичные ключи для шифрования и приватные ключи для дешифрования, что решает проблему распределения ключей. Однако недостатком таких систем является их медлительность и значительно большие требования к вычислительной мощности из‑за гораздо большей длины ключей.

Сценарии применения

Современные компьютерные системы часто используют симметричное шифрование ради скорости; примером является стандарт Advanced Encryption Standard (AES). AES заменил устаревший стандарт Data Encryption Standard (DES), который был разработан в 1970‑х годах.

Асимметричное шифрование подходит для систем, где многие пользователи должны шифровать и расшифровывать данные, и где скорость и вычислительные ресурсы не являются критичными. Одним из примеров является шифрованная электронная почта, где публичный ключ используется для шифрования сообщения, а приватный — для его дешифрования.

Симметричное и асимметричное шифрование часто применяются совместно в таких протоколах, как Security Sockets Layer (SSL) и Transport Layer Security (TLS), обеспечивая защищённую коммуникацию в интернете. Протоколы SSL больше не считаются безопасными и не должны использоваться, тогда как протоколы TLS широко поддерживаются основными браузерами и считаются надёжными.

Использование шифрования в крипто

Криптовалютные кошельки часто используют методы шифрования для повышения уровня безопасности пользователей, например при установке пароля. Существует распространённое заблуждение, что блокчейн‑системы полностью зависят только от асимметричного шифрования — это не совсем так. Хотя цифровые подписи и асимметричная криптография связаны, не все системы используют шифрование: сообщение может быть подписано цифровой подписью без шифрования. Например, алгоритм цифровой подписи Bitcoin под названием ECDSA сам по себе не использует шифрование, тогда как RSA может применяться для подписывания зашифрованных сообщений.

Заключение

Значимость симметричных и асимметричных методов шифрования трудно переоценить в современном мире, где защита конфиденциальной информации и коммуникаций критична. Применимость каждого подхода зависит от их преимуществ и ограничений, а также от конкретных условий использования. По мере развития криптографии для противодействия всё более сложным угрозам безопасности оба типа шифрования сохранят свою актуальность в области компьютерной безопасности.