Криптография с открытым ключом (PKC), также называемая асимметричной криптографией, представляет собой область криптографии, в которой используются 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 важной частью современной компьютерной безопасности, а также неотъемлемой частью постоянно развивающейся 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 эти два ключа различны, открытый ключ можно безопасно передавать без ущерба для безопасности закрытого ключа. Каждая пара асимметричных ключей уникальна, что гарантирует, что сообщение, зашифрованное с использованием открытого ключа, сможет прочитать только тот человек, у которого есть соответствующий закрытый ключ.

Поскольку алгоритмы асимметричного шифрования генерируют математически связанные пары ключей, их длина намного больше, чем длина, используемая в симметричной криптографии. Эта увеличенная длина — обычно от 1024 до 2048 бит — чрезвычайно затрудняет вычисление закрытого ключа на основе его открытого эквивалента. Один из самых популярных 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). Другими словами, модуль генерирует два ключа: один общедоступный, которым можно делиться, а другой — личный, который необходимо хранить в секрете). Алгоритм RSA был впервые описан в 1977 году Ривестом, Шамиром и Адлеманом (отсюда и RSA) и остается основным компонентом систем шифрования с открытым ключом.


PKC как инструмент шифрования

Криптография с открытым ключом решает одну из повторяющихся проблем симметричных алгоритмов, а именно передачу ключа, используемого как для шифрования, так и для дешифрования. Отправка этого ключа через небезопасное соединение 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 остаются уязвимыми 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, чем симметричные алгоритмы.


Использование при создании цифровых подписей

Еще одним применением алгоритмов асимметричной криптографии является аутентификация данных с использованием цифровых подписей. По сути, цифровая подпись — это хеш, созданный с использованием данных сообщения. Когда это сообщение отправляется, получатель может проверить подпись, используя открытый ключ отправителя, чтобы аутентифицировать источник сообщения и убедиться, что оно не было подделано. В некоторых случаях цифровые подписи и шифрование применяются вместе, при этом сам хэш может быть зашифрован как часть сообщения. Однако следует отметить, что не все системы цифровой подписи используют методы шифрования.


Пределы

Хотя его можно использовать для повышения компьютерной безопасности и проверки целостности сообщений, шифрование PKC имеет некоторые ограничения. Из-за сложных математических операций, связанных с шифрованием и дешифрованием, асимметричные алгоритмы могут работать довольно медленно при обработке больших объемов 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. Также возможно, что пользователи случайно потеряют свои закрытые ключи, и в этом случае для них станет невозможным доступ к зашифрованным данным.


Применение криптографии с открытым ключом

Этот тип криптографии используется многими современными компьютерными системами для защиты конфиденциальной информации. Например, сообщения электронной почты 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 способ создания безопасной среды электронного голосования, которая потенциально позволила бы избирателям участвовать в выборах со своих домашних компьютеров.

Технология PKC также занимает важное 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 третьим лицам. 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 человек, обладающий закрытым ключом, связанным с соответствующим криптовалютным кошельком, может высвободить средства. Следует отметить, что асимметричное шифрование, используемое в криптовалютных приложениях, отличается от шифрования, используемого в целях компьютерной безопасности. Биткойн и Эфириум, например, используют для проверки транзакций специализированное шифрование, называемое алгоритмом цифровой подписи эллиптической кривой (ECDSA).

Криптография с открытым ключом играет важную роль в обеспечении безопасности современных цифровых систем — от компьютерной безопасности до проверки криптовалютных транзакций. Используя совмещенные открытый и закрытый ключи, алгоритмы асимметричной криптографии решают фундаментальные проблемы безопасности, связанные с симметричными шифрами. Хотя шифрование PKC используется уже много лет, регулярно разрабатываются новые варианты использования и применения, особенно в области блокчейна и криптовалют.