Дуальність шифрування: Один ключ проти двох ключів

Я провів роки, досліджуючи криптографічний ландшафт, і постійно дивуюсь, як мало людей насправді розуміють фундаментальні різниці між симетричним та асиметричним шифруванням. Дозвольте мені пояснити це вам без звичних корпоративних прикрас.

Сьогодні криптографія в основному ділиться на два табори: симетричний світ і асиметричний світ. Асиметрична сторона має дві основні сфери застосування - шифрування та цифрові підписи.

Ось проста правда про ці системи:

• Шифрування: Один ключ робить все
• Асиметричне шифрування: Два різні ключі з різними ролями

Ключова різниця (Жарт влучний)

Основна відмінність вражаюче проста, але має глибокий вплив. Симетричні системи використовують єдиний ключ для як блокування, так і розблокування даних. Асиметричні системи використовують два математично пов'язані ключі - один публічний, один приватний.

Ця, здавалося б, незначна різниця створює зовсім іншу парадигму безпеки. Я спостерігав, як безліч розробників борються з цим концептом, оскільки вони не усвідомлюють його наслідків.

Коли я шифрую щось за допомогою симетричного ключа, я по суті передаю комусь головний ключ від свого будинку, коли ділюся цим ключем. Якщо Аліса надсилає повідомлення Бобу, використовуючи симетричне шифрування, їй якимось чином потрібно безпечно передати цей самий ключ Бобу. Якщо хтось перехопить цей ключ під час передачі - гра закінчена! Ваша безпека повністю зкомпрометована.

З асиметричним шифруванням я можу дати свій публічний ключ будь-кому без побоювань. Якщо Аліса надсилає повідомлення Бобу, використовуючи його публічний ключ, лише приватний ключ Боба може його розшифрувати. Навіть якщо хакер отримає публічний ключ Боба, він все ще залишиться за межами. Це елегантне рішення вирішує проблему розподілу ключів, яка турбує симетричні системи.

Торгівельний компроміс безпеки, про який ніхто не згадує

Ось щось, що підручники зневажають: асиметричні ключі повинні бути НАБАГАТО довшими, щоб досягти еквівалентної безпеки. Чому? Через математичний зв'язок між ключами.

128-бітний симетричний ключ забезпечує приблизно таку ж безпеку, як 2048-бітний асиметричний ключ. Це не помилка - асиметричні ключі повинні бути в 16 РАЗІВ довшими! Ця драматична різниця створює реальні наслідки для продуктивності, які багато ентузіастів криптографії зручним чином ігнорують.

Швидкість проти безпеки: Вічна битва

Я реалізував обидві системи, і різниця в продуктивності є вражаючою. Симетричне шифрування працює надзвичайно швидко, вимагаючи мінімальних обчислювальних ресурсів. Його ахіллесова пята - розподіл ключів - як безпечно поділитися цим ключем?

Асиметричне шифрування блискуче вирішує проблему розподілу, але має високу ціну в продуктивності. Ці системи є обчислювально витратними та надзвичайно повільними в порівнянні з їхніми симетричними аналогами.

Реальні застосування

Практичне рішення? Гібридні системи! Реальні впровадження, такі як TLS (, що забезпечують безпечні веб-сайти ), використовують асиметричне шифрування для безпечного обміну симетричним ключем, а потім переходять на швидше симетричне шифрування для передачі великих обсягів даних.

Уряд США покладається на AES ( симетричний алгоритм) для захищених даних через його швидкість і безпеку. Тим часом, системи зашифрованої електронної пошти використовують асиметричне шифрування, оскільки безпечний обмін ключами важливіший за швидкість.

Міф про криптовалюту

Одним із дратівливих міфів, з яким я постійно стикаюся, є те, що біткойн та інші криптовалюти використовують асиметричне шифрування. Вони цього не роблять! Хоча вони дійсно використовують пари відкритих і закритих ключів, ці ключі призначені для цифрових підписів, а не для шифрування.

Цифровий підпис алгоритму Bitcoin (ECDSA) не шифрує нічого. Ви можете цифрово підписати повідомлення, не шифруючи його - це окремі концепції, які люди постійно плутають.

Обидва підходи до шифрування продовжать еволюціонувати в міру розвитку обчислювальних загроз. Кожен має своє місце в екосистемі безпеки, і жоден з них, ймовірно, не зникне найближчим часом. Майбутнє, ймовірно, принесе ще більш складні гібридні підходи, які використовують переваги обох систем.