Симетричні ключові алгоритми: основа сучасного шифрування даних

Симетричні алгоритми ключів формують основу сучасних шифрувальних систем, хоча багато людей плутають їх із методами шифрування, що використовуються в технології блокчейн. У своїй основі ці алгоритми використовують один спільний ключ для кодування та декодування повідомлень — основоположний підхід, на якому уряди та армії покладалися десятиліттями.

Як це насправді працює?

Механіка проста: коли ви шифруєте відкритий текст (ваше оригінальне повідомлення), ви пропускаєте його через шифр, використовуючи певний симетричний ключ, який генерує шифротекст (зашифрований вихід). Дешифрування скасовує цей процес. Безпека залежить від довжини ключа—128-бітний ключ теоретично вимагатиме мільярди років для злому за допомогою звичайного обладнання, тоді як 256-бітні ключі вважаються дуже стійкими навіть проти гіпотетичних квантових атак.

Є два основних методи: блокові шифри обробляють дані у заздалегідь визначених частинах (, наприклад, шифруючи 128-бітні блоки ), тоді як потокові шифри працюють поступово, по біту. Сучасні системи зазвичай використовують Стандарт шифрування даних (AES), зокрема варіант AES-256 з його розміром ключа 256 біт.

Де ви знайдете алгоритми симетричного ключа

Від хмарних служб зберігання до безпечних месенджерів, шифрування з симетричним ключем є всюди. Воно виконує основну роботу, оскільки є швидким і обчислювально ефективним — вам не потрібна величезна обчислювальна потужність, щоб швидко зашифрувати або розшифрувати дані. Кожен додатковий біт, доданий до симетричного ключа, експоненційно збільшує складність атак методом брутфорсу.

Але ось у чому справа: Біткоїн та блокчейн-мережі не використовують симетричне шифрування, як багато хто вважає. Натомість вони покладаються на Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), який генерує цифрові підписи замість шифрування. ECDSA базується на шифруванні з використанням еліптичних кривих (ECC), більш широкій основі, яка може підтримувати шифрування, але сам ECDSA конкретно не може бути використаний для цієї мети.

Симетричне та асиметричне: ключова різниця

Асиметричне шифрування використовує два математично пов'язані ключі — один публічний, один приватний — що робить його повільнішим і складнішим. Щоб досягти еквівалентних рівнів безпеки, асиметричні системи вимагають набагато довших ключів. Тому багато веб-протоколів, включаючи Transport Layer Security (TLS), поєднують обидва підходи: вони використовують асиметричне шифрування для безпечного обміну симетричними ключами, а потім покладаються на симетричне шифрування для передачі обсягу даних.

Основний компроміс

Алгоритми симетричного ключа відрізняються швидкістю та простотою, вимагаючи мінімальних обчислювальних витрат. Безпека елегантно масштабується — просто збільшіть довжину ключа. Критична слабкість? Спільне використання самого ключа. Якщо для передачі симетричного ключа використовується незахищений канал, зловмисники можуть перехопити його і скомпрометувати всі зашифровані дані. Коли цей симетричний ключ стає відомим, ваш весь зашифрований набір даних стає вразливим.

Важливим є також впровадження. Навіть теоретично незламна система шифрування може бути підірвана помилками програмістів. Досить довгий ключ робить математичний брутфорс неможливим, але погане кодування часто створює бекдори, які хакери можуть експлуатувати.

Чому це все ще важливо

Незважаючи на свої обмеження, симетричне шифрування залишається важливою інфраструктурою. Від захисту інтернет-трафіку до забезпечення безпеки файлів, що зберігаються в хмарі, алгоритми симетричного ключа забезпечують швидкість і ефективність, які вимагають сучасні системи. Коли їх правильно поєднують із асиметричним шифруванням для вирішення проблеми розподілу ключів, вони створюють гібридну безпекову основу, яка підтримує більшість сьогоднішньої цифрової інфраструктури.