Szyfrowanie z użyciem klucza publicznego (PKC) znane jest również jako szyfrowanie asymetryczne i jest ramą, która wykorzystuje klucz publiczny oraz klucz prywatny, w przeciwieństwie do pojedynczego klucza używanego w szyfrowaniu symetrycznym. Użycie par kluczy w PKC daje unikalny zestaw właściwości i możliwości, które można wykorzystać do rozwiązania wyzwań związanych z innymi technikami szyfrowania. Ten rodzaj szyfrowania stał się istotnym elementem nowoczesnego bezpieczeństwa komputerowego oraz kluczowym elementem w rozwijającym się ekosystemie walut cyfrowych.


Jak działa szyfrowanie z użyciem klucza publicznego?

W systemie szyfrowania z użyciem klucza publicznego klucz publiczny jest używany przez nadawcę do szyfrowania informacji, podczas gdy klucz prywatny jest używany przez odbiorcę do odszyfrowania. Ponieważ oba klucze są całkowicie różne, klucz publiczny można bezpiecznie udostępniać bez narażania bezpieczeństwa klucza prywatnego. Każda para kluczy asymetrycznych jest unikalna, co zapewnia, że zaszyfrowana wiadomość za pomocą klucza publicznego może być odczytana tylko przez osobę, która posiada odpowiedni klucz prywatny.

Ponieważ algorytmy szyfrowania asymetrycznego generują pary kluczy związanych z matematyką, ich długości kluczy są znacznie większe niż te używane w szyfrowaniu symetrycznym. Ta długość zazwyczaj wynosi od 1 024 do 2 048 bitów, co sprawia, że znacznie trudniej jest obliczyć klucz prywatny na podstawie klucza publicznego. Jednym z najpopularniejszych algorytmów szyfrowania asymetrycznego w użyciu dzisiaj jest RSA. W schemacie RSA klucze są tworzone przy użyciu współczynnika uzyskanego poprzez mnożenie dwóch liczb (często dwóch dużych liczb pierwszych). Innymi słowy, standard tworzy dwa klucze (jeden publiczny, który można udostępnić, i jeden prywatny, który musi pozostać tajny). Algorytm RSA został po raz pierwszy opisany w 1977 roku przez Rivesta, Shamira i Adlemana (stąd RSA to inicjały każdego z uczestników) i nadal jest kluczowym elementem systemów szyfrowania z kluczami publicznymi.


PKC jako narzędzie szyfrujące

Szyfrowanie z użyciem klucza publicznego rozwiązuje jeden z długoterminowych problemów algorytmów symetrycznych, jakim jest komunikacja klucza używanego do szyfrowania i odszyfrowania. Wysyłanie tego klucza przez niezabezpieczone połączenie naraża go na nieuprawniony dostęp, umożliwiając osobom trzecim odczytanie wszelkich wiadomości zaszyfrowanych przy użyciu wspólnego klucza. Mimo że istnieją techniki szyfrowania (takie jak protokół wymiany kluczy Diffie-Hellman-Merkle) w celu rozwiązania tego problemu, wciąż są one narażone na ataki. Z drugiej strony, w szyfrowaniu z użyciem klucza publicznego klucz używany do szyfrowania może być bezpiecznie udostępniany przez każde połączenie. W rezultacie algorytmy asymetryczne zapewniają wyższy poziom ochrony w porównaniu do tych symetrycznych.


Użycie w tworzeniu podpisów cyfrowych

Innym zastosowaniem algorytmów szyfrowania asymetrycznego jest uwierzytelnianie danych poprzez wykorzystanie podpisów cyfrowych. W prostych słowach, podpis cyfrowy to skrót stworzony przy użyciu danych w wiadomości. Po wysłaniu tej wiadomości odbiorca może zweryfikować podpis za pomocą klucza publicznego nadawcy jako metody uwierzytelniania źródła wiadomości oraz upewnienia się, że nie została ona zmanipulowana. W niektórych przypadkach podpisy cyfrowe i szyfrowanie są stosowane razem, gdzie skrót sam w sobie może być zaszyfrowany jako część wiadomości. Niemniej jednak nie wszystkie schematy podpisu cyfrowego wykorzystują techniki szyfrowania.


Ograniczenia

Mimo że można go używać do zwiększenia bezpieczeństwa komputerowego i zapewnienia weryfikacji integralności wiadomości, szyfrowanie z użyciem klucza publicznego ma pewne ograniczenia. Z powodu skomplikowanych operacji matematycznych związanych z szyfrowaniem i odszyfrowywaniem, algorytmy asymetryczne mogą być dość wolne, gdy muszą radzić sobie z dużymi ilościami danych. Ten rodzaj szyfrowania opiera się również w dużej mierze na założeniu, że klucz prywatny pozostanie tajny. Jeśli klucz prywatny zostanie przypadkowo ujawniony lub udostępniony, bezpieczeństwo wszystkich wiadomości zaszyfrowanych przy użyciu odpowiedniego klucza publicznego zostanie naruszone. Użytkownicy mogą również przypadkowo utracić swoje klucze prywatne, a w takim przypadku niemożliwe będzie uzyskanie dostępu do zaszyfrowanych danych.


Zastosowania szyfrowania z użyciem klucza publicznego.

Ten rodzaj szyfrowania jest używany w wielu nowoczesnych systemach komputerowych do zapewnienia bezpieczeństwa wrażliwych informacji. Na przykład, wiadomości e-mail mogą być szyfrowane za pomocą technik szyfrowania z użyciem klucza publicznego, aby zachować poufność ich treści. Protokół Secure Sockets Layer (SSL), który tworzy bezpieczne połączenia z witrynami internetowymi, również wykorzystuje szyfrowanie asymetryczne. Rozważano nawet systemy PKC jako sposób na zapewnienie bezpiecznego środowiska głosowania elektronicznego, które pozwoliłoby wyborcom na udział w wyborach z ich domowych komputerów.

Szyfrowanie z użyciem klucza publicznego jest również wyróżniające się w technologii blockchain i walutach cyfrowych. Kiedy tworzy się nowy portfel kryptowaluty, generowana jest para kluczy (klucze publiczne i prywatne). Adres publiczny jest tworzony przy użyciu klucza publicznego i może być bezpiecznie udostępniany innym. Z kolei klucz prywatny jest używany do tworzenia podpisów cyfrowych i weryfikacji transakcji, więc musi pozostać w tajemnicy. Po weryfikacji transakcji poprzez potwierdzenie skrótu znajdującego się w podpisie cyfrowym, transakcja ta może być dodana do publicznego rejestru blockchain. Ten system weryfikacji podpisu cyfrowego zapewnia, że tylko osoba posiadająca klucz prywatny związany z portfelem kryptowalutowym może wypłacać środki z niego. Warto zauważyć, że klucze używane w zastosowaniach kryptowalutowych różnią się od tych używanych w celach bezpieczeństwa komputerowego. Na przykład, Bitcoin i Ethereum wykorzystują specjalistyczne szyfrowanie znane jako algorytm podpisu cyfrowego na krzywej (ECDSA) do weryfikacji transakcji.

Od bezpieczeństwa komputerowego po weryfikację transakcji szyfrowanie z użyciem klucza publicznego odgrywa istotną rolę w zabezpieczaniu nowoczesnych systemów cyfrowych. Wykorzystując powiązane klucze publiczne i prywatne, algorytmy szyfrowania asymetrycznego rozwiązują podstawowe problemy bezpieczeństwa przedstawione przez klucze symetryczne. Mimo że szyfrowanie z użyciem klucza publicznego jest stosowane od wielu lat, regularnie rozwijane są nowe zastosowania i aplikacje. Szczególnie w dziedzinie blockchain i walut cyfrowych.