Симетрична та Асиметрична Криптографія: Основи та Застосування в Світі Блокчейн

Сучасна криптографія ділиться на дві великі області: симетричну і асиметричну криптографію. Ці системи формують основу сучасної цифрової безпеки і є важливими для розуміння того, як працюють технології блокчейн та криптовалюти.

Класифікація криптографічних систем

Криптографічні системи можна класифікувати таким чином:

• Шифрування з симетричним ключем
  • Системи симетричного шифрування
• Асиметрична криптографія ( або публічна криптографія )
  • Асиметричні системи шифрування
  • Цифровий підпис (, який може містити або не містити шифрування )

Основні відмінності між симетричною та асиметричною криптографією

Основна відмінність між цими двома типами алгоритмів є простою, але глибокою: симетричні алгоритми використовують єдиний ключ для шифрування та дешифрування, тоді як асиметричні алгоритми використовують два різні, але математично пов'язані ключі. Ця різниця повністю визначає їхнє функціонування та практичні застосування.

Робота криптографічних ключів

У криптографії алгоритми генерують ключі, що складаються з послідовностей бітів, які використовуються для шифрування та дешифрування інформації. Обробка цих ключів відрізняється в залежності від типу криптографії:

• В симетричних системах: той самий ключ використовується як для шифрування, так і для дешифрування.
• В асиметричних системах: використовується відкритий ключ для шифрування (, який можна ділити ), і закритий ключ для розшифровки (, який потрібно тримати в секреті ).

Щоб проілюструвати це на прикладі: якщо Аліса відправляє Бобу зашифроване повідомлення, використовуючи симетричний алгоритм, їй потрібно буде поділитися з ним ключем шифрування, щоб він міг його розшифрувати. Це створює проблему безпеки, оскільки будь-який перехоплювач, який отримає ключ, зможе отримати доступ до повідомлення.

Натомість, якщо Еліс використовує асиметричний алгоритм, вона використає відкритий ключ Боба для шифрування повідомлення, і лише Боб зможе його розшифрувати за допомогою свого закритого ключа. Це забезпечує вищий рівень безпеки при передачі інформації.

Довжина ключів та рівень безпеки

Інша важлива різниця стосується довжини ключів:

• Симетричні ключі: Зазвичай мають 128 або 256 біт, вибрані випадковим чином.
• Асиметричні ключі: Потребують значно більших довжин (типово 2048 біт або більше) для забезпечення еквівалентного рівня безпеки.

Ця значна різниця пояснюється тим, що асиметричні ключі підтримують математичний зв'язок між собою, який потенційно може бути використаний зловмисниками. Симетричний ключ на 128 біт забезпечує приблизно такий же рівень безпеки, як асиметричний ключ на 2048 біт.

Порівняльні переваги та недоліки

Кожен тип криптографії має свої переваги та обмеження:

Симетрична криптографія:

• ✅ Вища швидкість обробки
• ✅ Менше споживання обчислювальних ресурсів
• ❌ Проблеми з безпечною розподілом ключів

Асиметрична криптографія:

• ✅ Вирішує проблему розподілу ключів
• ✅ Дозволяє цифрові підписи та перевірку особи
• ❌ Більша повільність обробки
• ❌ Більше споживання обчислювальних ресурсів

Практичні Застосування

Симетрична криптографія в використанні

Симетрична криптографія широко впроваджується в сучасних комп'ютерних системах через свою ефективність. Яскравим прикладом є Advanced Encryption Standard (AES), що використовується урядом США для класифікації інформації безпеки, який замінив попередній Data Encryption Standard (DES), розроблений у 1970-х роках.

Асиметрична криптографія в дії

Асиметричні системи часто використовуються в середовищах, де багато користувачів потребують одночасного шифрування та дешифрування повідомлень. Звичайним випадком використання є зашифрована електронна пошта, де публічний ключ шифрує повідомлення, а лише отримувач зі своїм приватним ключем може його дешифрувати.

Гібридні Системи

На практиці багато додатків комбінують обидва типи криптографії, щоб скористатися їхніми відповідними перевагами. Протоколи безпеки SSL (тепер вважається небезпечним) та TLS (широко використовується сучасними веб-браузерами) є яскравими прикладами гібридних систем, які використовують асиметричну криптографію для обміну ключами та симетричну для передачі даних.

Криптографія у світі криптовалют

Криптографічна технологія є основоположною в криптовалютах, забезпечуючи високі рівні безпеки. Коли користувач встановлює пароль для свого цифрового гаманця, криптографічний алгоритм шифрує файли, необхідні для доступу до програмного забезпечення.

Проте існує поширене непорозуміння: хоча Bitcoin та інші криптовалюти використовують публічні та приватні ключі, не всі системи блокчейн використовують асиметричні алгоритми шифрування в строгому сенсі.

Важливо розрізняти асиметричне шифрування та цифрові підписи, які є двома основними випадками використання криптографії з відкритим ключем. Не всі системи цифрового підпису використовують шифрування, хоча застосовують відкриті та закриті ключі. Насправді, можливо цифрово підписати повідомлення, не шифруючи його.

Алгоритм RSA є прикладом системи, що дозволяє підписувати зашифровані повідомлення, але алгоритм цифрового підпису, що використовується Bitcoin (ECDSA - Алгоритм цифрового підпису на основі еліптичних кривих), не використовує шифрування зовсім, а зосереджується виключно на аутентифікації та перевірці транзакцій.

Важливість криптографії в епоху цифрових технологій

У сучасному цифровому світі як симетрична, так і асиметрична криптографія відіграють вирішальну роль у захисті чутливої інформації та мережевих комунікацій. Хоча кожна з них має свої переваги та недоліки, розумне поєднання обох забезпечує надійні рішення для різних потреб безпеки.

У міру розвитку технологій криптографічні системи продовжують розвиватися, щоб протистояти все більш складним загрозам, залишаючись основними стовпами комп'ютерної безпеки та цілісності даних у blockchain і не тільки.