Дуальность шифрования: один ключ против двух ключей

Я провел годы, исследуя криптографический ландшафт, и я постоянно поражен тем, как мало людей действительно понимает основные различия между симметричным и асимметричным шифрованием. Позвольте мне объяснить это без типичной корпоративной лексики.

Современная криптография в основном делится на два лагеря: симметричный мир и асимметричный мир. Асимметричная сторона имеет два основных применения - шифрование и цифровые подписи.

Вот простая правда об этих системах:

• Симметричное шифрование: Один ключ делает всё
• Асимметричное шифрование: Два разных ключа с различными ролями

Основное различие (Игра слов)

Основное различие слепо просто, но глубоко значимо. Симметричные системы используют один ключ как для шифрования, так и для расшифрования данных. Асимметричные системы используют два математически связанных ключа - один публичный, один приватный.

Это, казалось бы, незначительное различие создает совершенно другую парадигму безопасности. Я наблюдал, как бесчисленные разработчики боролись с этой концепцией, потому что они не понимают ее последствий.

Когда я шифрую что-то с помощью симметричного ключа, я, по сути, передаю кому-то главный ключ от своего дома, когда делюсь этим ключом. Если Алиса отправляет сообщение Бобу с использованием симметричного шифрования, ей как-то нужно безопасно передать этот же ключ Бобу. Если кто-то перехватит этот ключ во время передачи - игра окончена! Ваша безопасность полностью нарушена.

С асимметричным шифрованием я могу дать свой открытый ключ кому угодно, не беспокоясь. Если Алиса отправляет сообщение Бобу, используя его открытый ключ, только закрытый ключ Боба может его расшифровать. Даже если хакер получит открытый ключ Боба, он все равно останется за бортом. Это элегантное решение решает проблему распределения ключей, которая мучает симметричные системы.

Сделка по безопасности, о которой никто не упоминает

Вот что учебники недооценивают: асимметричные ключи должны быть НАМНОГО длиннее, чтобы достичь эквивалентной безопасности. Почему? Из-за математической зависимости между ключами.

128-битный симметричный ключ обеспечивает примерно такую же безопасность, как 2048-битный асимметричный ключ. Это не опечатка - асимметричные ключи должны быть в 16 РАЗ длиннее! Эта драматическая разница создает реальные последствия для производительности, которые многие энтузиасты криптографии удобно игнорируют.

Скорость против безопасности: Вечная битва

Я реализовал обе системы, и разница в производительности ощутима. Симметричное шифрование работает крайне быстро, требуя минимальных вычислительных ресурсов. Его ахиллесова пята — распределение ключей — как безопасно поделиться этим ключом?

Асимметричное шифрование блестяще решает проблему распределения, но платит высокую цену за производительность. Эти системы требуют значительных вычислительных ресурсов и работают мучительно медленно по сравнению с их симметричными аналогами.

Применение в реальном мире

Практическое решение? Гибридные системы! Реальные реализации, такие как TLS (, которые обеспечивают безопасность веб-сайтов ), используют асимметричное шифрование для безопасного обмена симметричным ключом, а затем переключаются на более быстрое симметричное шифрование для передачи больших объемов данных.

Правительство США полагается на AES ( симметричный алгоритм) для классифицированных данных из-за его скорости и безопасности. Тем временем, зашифрованные электронные почтовые системы используют асимметричное шифрование, потому что безопасный обмен ключами важнее скорости.

Неправильное представление о криптовалюте

Одним из раздражающих мифов, с которым я постоянно сталкиваюсь, является то, что Биткойн и другие криптовалюты используют асимметричное шифрование. Это не так! Хотя они действительно используют пары открытых и закрытых ключей, они предназначены для цифровых подписей, а не для шифрования.

Цифровой алгоритм подписи биткойна (ECDSA) не шифрует ничего. Вы можете цифровым образом подписать сообщение, не шифруя его - это отдельные понятия, которые люди постоянно путают.

Обе подходы к шифрованию будут продолжать развиваться по мере роста вычислительных угроз. Каждый из них занимает свое место в экосистеме безопасности, и ни один из них, вероятно, не исчезнет в ближайшее время. Будущее, вероятно, принесет еще более сложные гибридные подходы, которые используют сильные стороны обеих систем.