Как работает асимметричное шифрование: Я тебя не иаонмпю: принципы работы симметричного и асимметричного шифрования

Если передавать этот ключ по незащищенным каналам, его могут перехватить и получить доступ к зашифрованным данным. С другой стороны, асимметричные алгоритмы гораздо медленнее симметричных, поэтому во многих криптосистемах применяются и те и другие. Предположим, почтальон Мэллори всё же хочет получить доступ к коробке. Получив коробку Алисы, она сама повесит свой замок и отправит её обратно, указав Боба в качестве отправителя. Алиса снимет свой замок и вернёт посылку лишь с ключом Мэллори.

Человек нажимает отправить сообщение, и ключ зашифрует или «заблокирует» сообщение, пока оно находится в пути, чтобы его не мог прочитать никто, у кого нет правильного ключа. Когда получатель получает сообщение, используется ключ для расшифровки или «разблокировки» сообщения. Поэтому сейчас чаще всего используются комбинации симметричных и асимметричных криптосистем. В нём в начале соединения клиент и сервер генерируют общий секретный ключ с помощью протокола Диффи-Хеллмана. Для защиты от атаки man-in-the-middle публичные части ключей подписываются RSA-ключом сервера, а дальше все данные шифруются выбранным алгоритмом симметричного шифрования.

Асимметричное шифрование — это метод шифрования данных, предполагающий использование двух ключей — открытого и закрытого. Открытый (публичный) ключ применяется для шифрования информации и может передаваться по незащищенным каналам. Закрытый (приватный) ключ применяется для расшифровки данных, зашифрованных открытым ключом. Открытый и закрытый ключи — это очень большие числа, связанные друг с другом определенной функцией, но так, что, зная одно, крайне сложно вычислить второе. Более сложный процесс, асимметричное шифрование, работает с использованием двух разных, но математически связанных ключей, открытого и закрытого ключей, для шифрования и дешифрования данных.

Это одна из уязвимостей, которую в криптовалютах второго и последующих поколений стараются устранять. К примеру, биткоин (криптовалюта первого поколения) майнится с помощью брутфорс SHA-256. Росту всемирной популярности криптовалют не в последнюю очередь поспособствовало стремительное развитие алгоритмов шифрования.

Все асимметричные алгоритмы делятся по виду математической задачи, на которой строится шифр. Задача должна быть сложной не для человека, а с точки зрения математики — той, которую сложно решить даже с мощным компьютером. Что касается эффективности поиска ключа, то она незначительно меняется с течением времени, но может скачкообразно увеличиться с появлением кардинально новых технологий (например, квантовых компьютеров).

Используя эту гибридную систему шифрования, TLS 1.3 обладает преимуществами безопасности асимметричного шифрования со всей скоростью симметричного шифрования. Замок и защелкивание его, чтобы он закрылся, эквивалентны общему ключу для зашифровывания, поскольку все имеют доступ к замкам и все могут воспользоваться замком, чтобы закрыть сообщение в коробке. Ладно, я понимаю, знать все тонкости реализации асимметричного шифрования нужно далеко не всем. Но общий принцип работы, я считаю, должен знать каждый, кто как-либо связан с компьютерами. После того как волк Джейн поделится своим симметричным ключом, единственный, кто может расшифровать это сообщение, это волк Боб со своим закрытым ключом.

Шифрование на основе ключей

Тогда он, используя открытый ключ, шифрует текст и пересылает его по открытому каналу связи, но уже в зашифрованном виде. А расшифровку получатель (то есть, абонент А), делает уже другим, секретным ключом. Если сравнивать симметричные алгоритмы шифрования с асимметричными, то и там, и там будут свои плюсы и минусы.

Плюс таких алгоритмов в том, что для передачи зашифрованных сообщений можно использовать открытый канал связи. Даже если злоумышленник перехватит сообщение, он не сможет прочитать его без секретного ключа. Но чтобы всё было именно так, нужно, чтобы ключ был достаточно длинный — 1024 бит и выше. Асимметричное шифрование решает главную проблему симметричного метода, при котором для кодирования и восстановления данных используется один и тот же ключ.

Ответ на этот вопрос и есть главное различие между симметричным и асимметричным шифрованием. Во-первых, давайте посмотрим, как работает симметричное шифрование. При этом фактическая надежность шифрования зависит в основном от длины ключа и сложности решения задачи, лежащей в основе алгоритма шифрования, для существующих технологий. Поскольку производительность вычислительных машин постоянно растет, длину ключей необходимо время от времени увеличивать.

SSL сертификаты

Понимание того, как защелкнуть замок, чтобы он закрылся, ничего не скажет вам, как его отпереть. Но криптография рассматривает все незащищенные каналы связи как небезопасные. То есть передача ключа Бобу по телефону, например, считается небезопасной так, как ничто не мешает Еве прослушивать и телефон в том числе. Если речь идет о скорости передачи данных и потреблении ресурсов, то симметричный режим имеет неоспоримое преимущество. Потому что он может быть использован для отправки значительных объемов данных. Предположим, что мы хотим отправить данные другому человеку и нам нужна гарантия того, что только получатель сможет интерпретировать содержимое.

• Рассмотрим мессенджер, в котором тысяча пользователей обмениваются сообщениями между собой.
• Когда речь идет о безопасности, асимметричный режим является наиболее эффективным, поскольку закрытый ключ никогда не передается.
• Допустим вначале, что у всех, включая Алису, Боба и Еву, имеется трехлитровая банка, в которую налит один литр желтой краски.
• При симметричном шифровании данные шифруются и дешифруются одним и тем же секретным ключом, который используется получателем и отправителем.
• В конце концов они пришли к использованию односторонних функций.

Преимущество симметричных систем в том, что они больше изучены, проще в применении, шифруют быстро, и при меньшей допустимой длине ключа дают ту же стойкость. В ходе симметричного шифрования для подстановки и перестановки исходных данных задействуются сложные, многоуровневые алгоритмы. Этих уровней (их еще называет проходами) может быть очень много и каждый – со своим ключом (ключ прохода). Рассмотрим мессенджер, в котором тысяча пользователей обмениваются сообщениями между собой.

Надежность асимметричного шифрования

Предположим, волк Джейн хочет отправить секретное сообщение волку Бобу. Волк Боб использует систему асимметричного шифрования и обнародует свой ключ, который волк Джейн будет использовать для шифрования сообщения. Допустим, кто-то хочет отправить сообщение в службу поддержки с помощью функции чата на веб-сайте, защищенном SSL.

Перспективы активного применения технологии блокчейн очевидны уже сейчас, а она опирается как раз на алгоритмы шифрования. Это один из первых алгоритмов кодирования, разработанных человеком. При шифровании таким методом ключ, используемый для зашифровки данных, совпадает с ключом для их расшифровки.

Использовались материалы из книги Сингх Саймон — Книга шифров. Кстати, самая лучшая книга для тех кто хочет хотя бы чуточку разбираться в криптографии. Идея с ящиком, о которой я описывал выше, вдохновили Диффи и Хеллмана искать способ передачи сообщения. В конце концов они пришли к использованию односторонних функций. Далее, обе стороны устанавливают симметричный ключ и начинают пересылать большие объемы данных с более высокой скоростью передачи.

При симметричном шифровании данные шифруются и дешифруются одним и тем же секретным ключом, который используется получателем и отправителем. Это означает, что ключ должен быть передан получателю безопасным способом, чтобы только он и никто другой не имели к нему доступа. В данный момент исследователи работают над созданием квантовых компьютеров.

Асимметричные алгоритмы

Она бдительно охраняет ключ, но при этом изготавливает тысячи дубликатов замков и рассылает их по почтовым отделениям по всему миру. Если Боб хочет послать сообщение, он кладет его в коробку, идет на местный почтамт, просит «замок Алисы» и запирает им коробку. Теперь уже ему не удастся открыть коробку, но когда коробку получит Алиса, она сможет открыть ее своим единственным ключом. В отличие от симметричного шифрования, в котором всё шифруется и расшифровывается одним и тем же ключом, асимметричное устроено сложнее. Другое название асимметричных шрифтов – криптосистемы с открытым ключом. Суть здесь в том, что ключ в открытом виде передается по открытому каналу и применяется для того, чтобы проверить подлинность электронной подписи и зашифровать послание.

Когда речь идет о безопасности, асимметричный режим является наиболее эффективным, поскольку закрытый ключ никогда не передается. Однако, это единственный аргумент в пользу асимметричного режима. Поэтому он используется в основном для пересылки ограниченных данных. Минус асимметричного шифрования очевиден — оно работает только в одну сторону. Чтобы такое общение было двусторонним, каждый должен предоставить другому свой открытый ключ.

То есть сообщение шифруется публичным ключом, а расшифровывается приватным и ни как иначе. Допустим вначале, что у всех, включая Алису, Боба и Еву, имеется трехлитровая банка, в которую налит один литр желтой краски. Если Алиса и Боб хотят договориться о секретном ключе, они добавляют в свои банки по одному литру своей собственной секретной краски. Сейчас жизнь современного человека тесно связана с самыми разными гаджетами и IT-технологиями. Через мобильные приложения проводятся платежи, финансовые сделки, рабочие операции и т.п.

Представим что Алиса и Боб живут в стране, в которой вся почтовая система абсолютно аморальна и почтовые служащие читают всю незащищенную корреспонденцию. Алиса, девочка не глупая, прежде чем отправить сообщение Бобу, взяла железный ящик и, положив внутрь письмо и закрыв его на свой замок, отправляет этот ящик Бобу. Используем секретный ключ, равный числу 21 и обратимся к простому алфавиту. Применяя тот же ключ и алгоритм в обратном порядке, мы можем восстановить ранее зашифрованное слово.

Как правило, в таком случае закрытый ключ записывается на токен — аппаратное устройство, внешне напоминающее флешку, но считать данные с которого нельзя. Центрами сертификации в этом случае выступают утверждённые государством компании, у которых есть определённый порядок их выдачи. Такие подписи используются, в частности, для удалённого заключения сделок, подачи заявлений и отчётов в государственные органы через интернет. Ключевая вещь, которая делает RSA безопасным — невозможность быстро разложить число n на множители. Если бы мы смогли это сделать, то нашли бы p, q и φ, а затем, зная публичную экспоненту e, посчитали бы d.

Представим, что Алиса хочет начать получать сообщения так, чтобы никто их не смог прочитать. Она берёт специальный замок — его можно защёлкнуть просто так, а для открытия нужен ключ. Алиса делает дубликаты замков и раздаёт их всем, кто хочет отправить ей секретную посылку.

Хеширование — это когда некий массив информации любой длины преобразуют в битовый файл, длина которого уже фиксирована. Стоимость обслуживания рабочих станций при наличии сервера ниже, так как обслуживние компьютеров, подключенных к серверу, проще. Именно этот цвет, полученный при добавлении дважды в банки красок, и будет использоваться как ключ.

Кроме описанных выше особенностей, также есть другие особенности, которые необходимо учитывать при симметричном и асимметричном шифровании. Использование простого процесса шифрования может привести к проблемам масштабируемости и, как следствие, к проблемам безопасности. Криптография и шифрование — слишком большая тема, чтобы рассказать о ней в паре статей. Скоро будет объяснение, как мессенджеры устанавливают защищённое соединение для чатов и как работает цифровая подпись. А вот для числа из 617 знаков — именно столько применяется в алгоритме RSA — потребуется сотни лет машинных вычислений, чтобы разложить его на два множителя. Название термина хеширование взято от английского слова hash.

Симметричное и асимметричное шифрование — ключевые различия

В этом случае может потребоваться поиск альтернативных подходов к шифрованию. Тем, кто хочет стать профессиональным криптографом, нужно сначала освоить IT, программирование, информатику, работу алгоритмов. По всем перечисленным направлениям существует много самых разных специальных курсов. В поточных алгоритмах формируется так называемая выходная гамма (определенная последовательность), и в процессе ее генерирования осуществляется шифрование послания. Алгоритм шифрования данных может быть программным либо аппаратным. Последний вариант обходится дороже, но он же и производительнее, проще в использовании и дает более высокую защиту.