Kryptografia klucza publicznego (PKC), zwana także kryptografią asymetryczną, to dziedzina kryptografii, która wykorzystuje zarówno klucz prywatny, jak i klucz publiczny, w przeciwieństwie do pojedynczego klucza stosowanego w kryptografii symetrycznej. Zastosowanie par kluczy daje PKC unikalny zestaw cech i funkcjonalności, które można wykorzystać do rozwiązywania problemów nieodłącznie związanych z innymi technikami kryptograficznymi. Ta forma kryptografii stała się ważną częścią współczesnego bezpieczeństwa komputerowego, a także istotną częścią stale rozwijającego się ekosystemu kryptowalut.


Jak działa kryptografia klucza publicznego?

W schemacie PKC klucz publiczny jest używany przez nadawcę do szyfrowania informacji, podczas gdy klucz prywatny jest używany przez odbiorcę do ich odszyfrowania. Ponieważ te dwa klucze są różne, klucz publiczny może być bezpiecznie udostępniany bez narażania bezpieczeństwa klucza prywatnego. Każda para kluczy asymetrycznych jest unikalna, co gwarantuje, że wiadomość zaszyfrowana przy użyciu klucza publicznego może zostać odczytana tylko przez osobę posiadającą odpowiedni klucz prywatny.

Ponieważ algorytmy szyfrowania asymetrycznego generują matematycznie powiązane pary kluczy, ich długość jest znacznie większa niż w kryptografii symetrycznej. Ta zwiększona długość – zwykle od 1024 do 2048 bitów – sprawia, że ​​niezwykle trudno jest obliczyć klucz prywatny na podstawie jego publicznego odpowiednika. Jeden z najpopularniejszych obecnie stosowanych algorytmów szyfrowania asymetrycznego znany jest jako RSA. W schemacie RSA klucze są generowane przy użyciu modułu otrzymanego przez pomnożenie dwóch liczb (często dwóch dużych liczb pierwszych). Innymi słowy, moduł generuje dwa klucze: jeden publiczny, którym można się dzielić, i drugi prywatny, który należy zachować w tajemnicy). Algorytm RSA został po raz pierwszy opisany w 1977 roku przez Rivesta, Shamira i Adlemana (stąd RSA) i pozostaje głównym składnikiem systemów kryptografii klucza publicznego.


PKC jako narzędzie szyfrujące

Kryptografia klucza publicznego rozwiązuje jeden z powtarzających się problemów algorytmów symetrycznych, a mianowicie komunikację klucza używanego zarówno do szyfrowania, jak i deszyfrowania. Wysłanie tego klucza przez niepewne połączenie stwarza ryzyko ujawnienia go osobom trzecim, które mogą następnie odczytać wszelkie wiadomości zaszyfrowane przy użyciu klucza udostępnionego. Chociaż istnieją techniki kryptograficzne (takie jak protokół wymiany kluczy Diffie-Hellman-Merkle) pozwalające rozwiązać ten problem, pozostają one podatne na ataki. Z drugiej strony, w kryptografii klucza publicznego klucz używany do szyfrowania może być bezpiecznie udostępniany za pośrednictwem dowolnego połączenia. W rezultacie algorytmy asymetryczne zapewniają wyższy poziom ochrony niż algorytmy symetryczne.


Zastosowanie przy generowaniu podpisów cyfrowych

Innym zastosowaniem algorytmów kryptografii asymetrycznej jest uwierzytelnianie danych za pomocą podpisów cyfrowych. Zasadniczo podpis cyfrowy to skrót utworzony na podstawie danych z wiadomości. Po wysłaniu tej wiadomości odbiorca może zweryfikować podpis za pomocą klucza publicznego nadawcy, aby uwierzytelnić źródło wiadomości i upewnić się, że nie zostało ono zmienione. W niektórych przypadkach podpisy cyfrowe i szyfrowanie są stosowane łącznie, przy czym sam skrót może być szyfrowany jako część wiadomości. Należy jednak zaznaczyć, że nie wszystkie systemy podpisu cyfrowego korzystają z technik szyfrowania.


Limity

Chociaż można go wykorzystać do poprawy bezpieczeństwa komputera i umożliwienia weryfikacji integralności wiadomości, szyfrowanie PKC ma pewne ograniczenia. Ze względu na złożone operacje matematyczne związane z szyfrowaniem i deszyfrowaniem, algorytmy asymetryczne mogą działać dość wolno, gdy są zmuszone do przetwarzania dużych ilości danych. Ten rodzaj kryptografii również w dużej mierze opiera się na założeniu, że klucz prywatny pozostanie tajny. Jeśli klucz prywatny zostanie przypadkowo udostępniony lub ujawniony, bezpieczeństwo wszystkich wiadomości zaszyfrowanych przy użyciu odpowiedniego klucza publicznego zostanie zagrożone. Możliwe jest również, że użytkownicy przypadkowo stracą swoje klucze prywatne, w takim przypadku dostęp do zaszyfrowanych danych stanie się dla nich niemożliwy.


Zastosowania kryptografii klucza publicznego

Ten rodzaj kryptografii jest stosowany w wielu nowoczesnych systemach komputerowych w celu zabezpieczenia poufnych informacji. Na przykład wiadomości e-mail mogą być szyfrowane przy użyciu technik kryptografii klucza publicznego, aby zachować poufność ich zawartości. Protokół Secure Sockets Layer (SSL), który umożliwia bezpieczne połączenie ze stronami internetowymi, również wykorzystuje kryptografię asymetryczną. Systemy PKC badano nawet jako sposób na stworzenie bezpiecznego elektronicznego środowiska głosowania, które potencjalnie umożliwiłoby wyborcom udział w wyborach z ich komputerów domowych.

Technologia PKC zajmuje również ważne miejsce w technologii blockchain i kryptowalut. Podczas zakładania nowego portfela kryptowalut generowana jest para kluczy (klucz publiczny i prywatny). Adres publiczny jest generowany przy użyciu klucza publicznego i może być bezpiecznie udostępniany osobom trzecim. Z kolei klucz prywatny służy do tworzenia podpisów cyfrowych i weryfikacji transakcji, dlatego należy go zachować w tajemnicy. Po zweryfikowaniu transakcji poprzez potwierdzenie skrótu zawartego w podpisie cyfrowym, transakcję tę można dodać do księgi blockchain. Ten system weryfikacji podpisu cyfrowego gwarantuje, że tylko osoba posiadająca klucz prywatny powiązany z odpowiednim portfelem kryptowalut może zwolnić środki. Należy zauważyć, że szyfrowanie asymetryczne stosowane w aplikacjach kryptowalutowych różni się od szyfrowania wykorzystywanego do celów bezpieczeństwa komputera. Na przykład Bitcoin i Ethereum wykorzystują specjalistyczne szyfrowanie zwane algorytmem podpisu cyfrowego krzywej eliptycznej (ECDSA) do weryfikacji transakcji.

Od bezpieczeństwa komputerów po weryfikację transakcji kryptowalutowych, kryptografia klucza publicznego odgrywa ważną rolę w zabezpieczaniu nowoczesnych systemów cyfrowych. Wykorzystując sprzężone klucze publiczne i prywatne, algorytmy kryptografii asymetrycznej rozwiązują podstawowe problemy bezpieczeństwa, jakie stwarzają szyfry symetryczne. Chociaż szyfrowanie PKC jest stosowane od wielu lat, regularnie powstają nowe zastosowania i aplikacje, szczególnie w obszarach blockchain i kryptowalut.