Асиметричне проти симетричного шифрування: що вам потрібно знати?

Question

Модерна криптографія традиційно ділиться на два основних напрямки: симетричне та асиметричне шифрування. Хоча симетричне шифрування часто використовується як термін для симетричної криптографії, до неї належать і цифрові підписки, і асиметричне шифрування. Цей посібник розглядає основні відмінності, переваги та недоліки обох методів.

Основна різниця: Один ключ чи два?

Найважливіша різниця між цими системами полягає у використанні ключів. Симетричне шифрування використовує один ключ для шифрування та розшифрування інформації. Асиметричне шифрування, навпаки, працює з двома пов’язаними, але різними ключами – публічним ключем для шифрування та приватним ключем для розшифрування.

Хоча ця різниця здається простою, вона має велике значення для того, як працюють обидва методи шифрування на практиці та в яких ситуаціях вони найкраще підходять.

Як працюють ключі шифрування

У криптографії алгоритми генерують ключі у вигляді бітових послідовностей, які використовуються для захисту інформації. Спосіб реалізації ключів визначає різницю між двома підходами.

Симетричне шифрування: один і той самий ключ використовується для шифрування та розшифрування. Якщо Аліса надсилає Бобу повідомлення, захищене симетричним шифруванням, вона має поділитися своїм ключем з ним. Очевидна проблема – якщо зловмисник перехопить ключ, він зможе читати всю комунікацію.

Асиметричне шифрування: тут використовується публічний ключ для шифрування повідомлень, тоді як приватний ключ – для розшифрування. Аліса може за допомогою публічного ключа Боба зашифрувати повідомлення. Лише Боб, який володіє секретним приватним ключем, зможе розшифрувати повідомлення. Навіть якщо зловмисники знайдуть публічний ключ, вони не зможуть розшифрувати повідомлення – це дає асиметричному шифруванню суттєву перевагу у безпеці.

Довжина ключів: довші ключі для асиметричної безпеки

Важлива технічна різниця стосується довжини ключів у бітах, яка безпосередньо впливає на рівень безпеки.

У симетричних системах ключі вибираються випадковим чином, зазвичай 128 або 256 біт, залежно від вимог безпеки. У асиметричному шифруванні має існувати математичне співвідношення між публічним і приватним ключами. Ця закономірність може потенційно бути використана зловмисниками, тому довжина асиметричних ключів має бути значно більшою.

Різниця суттєва: 128-бітовий симетричний ключ і 2048-бітовий асиметричний ключ забезпечують приблизно однаковий рівень безпеки. Ця різниця у довжині безпосередньо впливає на обчислювальні ресурси та швидкість.

Переваги та недоліки: баланс між швидкістю та безпекою

Симетричне шифрування:

✓ Дуже швидкий процес
✓ Вимагає менше обчислювальних ресурсів
✗ Вирішення питання розподілу ключів є викликом безпеки – усі, хто має доступ, повинні мати один і той самий ключ

Асиметричне шифрування:

✓ Вирішує проблему розподілу ключів
✓ Публічний ключ можна вільно поширювати без ризику безпеки
✗ Значно повільніше за симетричне шифрування
✗ Вимагає значно більше обчислювальних ресурсів через довші ключі

Де використовуються ці типи шифрування?

Симетричне шифрування у практиці

Симетричне шифрування широко використовується для захисту даних у сучасних комп’ютерних системах, особливо там, де важлива швидкість. Стандарт шифрування Advanced Encryption Standard (AES) є прикладом – його використовує американський уряд для класифікованої та чутливої інформації. AES замінив попередній Стандарт шифрування даних (DES) 1970-х років.

Асиметричне шифрування у практиці

Асиметричне шифрування підходить для систем, де багато користувачів мають шифрувати та розшифровувати дані, навіть якщо швидкість не є критичною. Класичним прикладом є зашифрована електронна пошта: відправник використовує публічний ключ отримувача для шифрування, отримувач – свій приватний ключ для розшифрування.

Гібридні системи: найкраще з обох світів

У реальності обидва методи часто поєднуються. Протокол безпеки SSL (SSL) та Протокол безпеки транспортного рівня (TLS) – криптографічні протоколи, розроблені для безпечної інтернет-комунікації. SSL вважається застарілим, тоді як TLS став універсальним стандартом серед веб-браузерів і використовується для захисту тисяч щоденних транзакцій.

Що говорить асиметричне шифрування про криптовалюти?

Існує поширене неправильне уявлення: оскільки bitcoin та інші криптовалюти використовують публічні та приватні ключі, вони застосовують асиметричне шифрування. Насправді ситуація більш нюансована.

Криптовалюти дійсно використовують техніки шифрування для безпеки гаманця – коли користувачі створюють паролі, файли шифруються. Але ключові пари у системах блокчейн належать переважно до асиметричної криптографії як механізму цифрового підпису, а не обов’язково до шифрування.

Важлива різниця: цифрові підписи та шифрування не завжди однакові. Повідомлення може бути підписане цифрово без шифрування. RSA може і підписувати, і шифрувати, але ECDSA – алгоритм, який використовується у bitcoin – лише підписує без шифрування.

Підсумкові думки

Обидва методи – симетричне та асиметричне шифрування – відіграють критичну роль у цифровій безпеці. Кожен має свої переваги: симетричне шифрування відзначається швидкістю, асиметричне – архітектурою безпеки. Вони використовуються у різних сферах саме тому, що вирішують різні проблеми.

З розвитком криптографічної науки для протистояння новим і більш складним загрозам обидва типи шифрування, ймовірно, залишаться незамінними для комп’ютерної безпеки у майбутні роки.