Криптография с открытым ключом (PKC), также известная как асимметричная криптография, представляет собой структуру, которая использует как закрытый, так и открытый ключ, в отличие от одного ключа, используемого в симметричной криптографии. Использование пар ключей дает PKC уникальный набор функций и возможностей, которые можно использовать для решения проблем, присущих другим криптографическим методам. Эта форма криптографии стала важным элементом современной кибербезопасности, а также важнейшим компонентом растущей экосистемы криптовалют.

Как работает криптография с открытым ключом?

В схеме PKC открытый ключ используется отправителем для шифрования информации, а закрытый ключ используется получателем для ее расшифровки. Поскольку два ключа отличаются друг от друга, открытый ключ можно безопасно передавать без ущерба для безопасности частного. Каждая пара асимметричных ключей уникальна, что гарантирует, что сообщение, зашифрованное открытым ключом, может быть прочитано только человеком, у которого есть соответствующий закрытый ключ.

Поскольку алгоритмы асимметричного шифрования генерируют пары ключей, которые связаны математически, длина их ключей намного больше, чем у тех, которые используются в симметричной криптографии. Такая большая длина, обычно от 1024 до 2048 бит, чрезвычайно затрудняет вычисление закрытого ключа на основе его открытого аналога. Один из наиболее распространенных алгоритмов асимметричного шифрования, используемых сегодня, известен как RSA. В схеме RSA ключи генерируются с использованием модуля, полученного путем умножения двух чисел (часто двух больших простых чисел). Проще говоря, модуль генерирует два ключа (открытый, которым можно делиться, и закрытый, который необходимо хранить в секрете). Алгоритм RSA был впервые описан в 1977 году Ривестом, Шамиром и Адлеманом (отсюда и RSA) и остается важным компонентом систем шифрования с открытым ключом.

PKC как инструмент шифрования

Криптография с открытым ключом решает одну из давних проблем симметричных алгоритмов, а именно передачу ключа, используемого как для шифрования, так и для дешифрования. Отправка этого ключа по незащищенному соединению может привести к тому, что он станет доступен третьим лицам, которые затем смогут прочитать любые сообщения, зашифрованные с помощью общего ключа. Хотя для решения этой проблемы существуют криптографические методы (такие как протокол обмена ключами Диффи-Хеллмана-Меркла), они по-прежнему уязвимы для атак. С другой стороны, в криптографии с открытым ключом ключ, используемый для шифрования, может быть безопасно передан через любое соединение. В результате асимметричные алгоритмы обеспечивают более высокий уровень защиты по сравнению с симметричными.

Использование при создании цифровых подписей

Еще одним применением алгоритмов асимметричной криптографии является аутентификация данных посредством использования цифровых подписей. По сути, цифровая подпись — это хэш, созданный на основе данных сообщения. Когда это сообщение отправляется, получатель может проверить подпись, используя открытый ключ отправителя, чтобы подтвердить подлинность источника сообщения и убедиться, что оно не было подделано. В некоторых случаях цифровые подписи и шифрование применяются вместе, поскольку сам хэш может быть зашифрован как часть сообщения. Однако следует отметить, что не все схемы цифровой подписи используют методы шифрования.

Ограничения

Хотя его можно использовать для повышения компьютерной безопасности и проверки целостности сообщений, PKC имеет некоторые ограничения. Из-за сложных математических операций, связанных с шифрованием и дешифрованием, асимметричные алгоритмы могут работать довольно медленно, когда им приходится иметь дело с большими объемами данных. Этот тип криптографии также во многом основан на предположении, что закрытый ключ останется секретным. Если закрытый ключ случайно будет передан или раскрыт, безопасность всех сообщений, зашифрованных с помощью соответствующего открытого ключа, будет поставлена ​​под угрозу. Пользователи также могут случайно потерять свои секретные ключи, и в этом случае для них станет невозможным доступ к зашифрованным данным.

Приложения криптографии с открытым ключом.

Этот тип криптографии используется многими современными компьютерными системами для обеспечения безопасности конфиденциальной информации. Например, электронные письма могут быть зашифрованы с использованием методов шифрования с открытым ключом, чтобы сохранить конфиденциальность их содержимого. Протокол Secure Sockets Layer (SSL), который делает возможным безопасное соединение с веб-сайтами, также использует асимметричную криптографию. Системы PKC даже рассматривались как средство обеспечения безопасной среды электронного голосования, которая потенциально позволила бы избирателям участвовать в выборах со своих домашних компьютеров.

PKC также занимает видное место в технологиях блокчейна и криптовалют. При настройке нового криптовалютного кошелька генерируется пара ключей (открытый и закрытый ключи). Публичный адрес генерируется с использованием открытого ключа и может быть безопасно передан другим. С другой стороны, закрытый ключ используется для создания цифровых подписей и проверки транзакций и поэтому должен храниться в секрете. Как только транзакция будет проверена путем подтверждения хеша, содержащегося в цифровой подписи, эта транзакция может быть добавлена ​​в реестр блокчейна. Эта система проверки цифровой подписи гарантирует, что только тот человек, у которого есть закрытый ключ, связанный с соответствующим криптовалютным кошельком, может вывести средства из него. Следует отметить, что асимметричные шифры, используемые в криптовалютных приложениях, отличаются от тех, которые используются в целях компьютерной безопасности. Биткойн и Эфириум, например, используют для проверки транзакций специализированное шифрование, известное как алгоритм цифровой подписи на основе эллиптической кривой (ECDSA).

Криптография с открытым ключом играет важную роль в защите современных цифровых систем — от кибербезопасности до проверки криптовалютных транзакций. Используя парные открытый и закрытый ключи, алгоритмы асимметричной криптографии решают фундаментальные проблемы безопасности, возникающие при использовании симметричных шифров. Хотя PKC используется уже много лет, для него регулярно разрабатываются новые варианты использования и применения, особенно в сфере блокчейнов и криптовалют.