Что такое криптография с открытым ключом?

Криптография с открытым ключом (PKC), также известная как асимметричная криптография, представляет собой механизм, в котором используются как открытый, так и закрытый ключи, что соответствует симметричной криптографии, в которой используется один ключ. Использование пар ключей дает PKC уникальные функции и свойства для решения проблем, присущих другим технологиям криптографии. Эта форма криптографии стала важным принципом современной компьютерной безопасности и ключевым компонентом растущей экосистемы криптовалют.


Как работает криптография с открытым ключом

В системе PKC отправитель использует открытый ключ для шифрования информации, а получатель использует закрытый ключ для расшифровки информации. Поскольку эти два ключа совершенно разные, открытым ключом можно безопасно делиться, не беспокоясь о том, что безопасность закрытого ключа будет нарушена. Каждый набор пар асимметричных ключей уникален, что гарантирует, что информация, зашифрованная с использованием открытого ключа, может быть прочитана только лицом, владеющим соответствующим секретным ключом.

Более того, поскольку пары ключей, генерируемые алгоритмами асимметричного шифрования, математически связаны, длина их ключей намного больше, чем у тех, которые используются в симметричной криптографии. Его длина обычно составляет 1024 или 2048 бит, поэтому становится крайне сложно использовать открытый ключ для вычисления соответствующего закрытого ключа. Сегодня наиболее распространенный алгоритм асимметричного шифрования называется RSA. В схеме RSA ключ генерируется путем умножения двух чисел (обычно двух больших простых чисел) и получения общего модуля. Модуль сгенерирует два ключа: один — открытый ключ, которым можно поделиться, а другой — закрытый ключ, который необходимо хранить в секрете. Алгоритм RSA был впервые предложен Ривестом, Шамиром и Адлеманом (так называемый RSA) в 1977 году, и он до сих пор является важной частью системы криптографии с открытым ключом.


Используйте PKC в качестве инструмента шифрования

Криптография с открытым ключом решает давнюю проблему симметричных алгоритмов, а именно проблему связи между ключами шифрования и дешифрования. Отправка симметричного ключа через незащищенное соединение может привести к тому, что он станет доступен третьей стороне, которая затем сможет прочитать любую информацию, зашифрованную общим ключом. Хотя для решения этой проблемы существуют криптографические методы, такие как протокол обмена ключами Диффи-Хеллмана, эти ключи по-прежнему уязвимы. В криптографии с открытым ключом вам вообще не нужно беспокоиться об этой проблеме, и ключи, используемые для шифрования, могут использоваться совместно через любое сетевое соединение. На этом этапе асимметричный алгоритм обеспечивает более высокий уровень защиты, чем симметричный алгоритм.


Варианты использования цифровых подписей

Еще одним применением алгоритмов асимметричной криптографии является использование цифровых подписей для проверки данных. По сути, цифровая подпись — это хеш, созданный с использованием данных сообщения. После отправки сообщения получатель может проверить подпись, используя открытый ключ отправителя, чтобы проверить происхождение сообщения и убедиться, что сообщение не было подделано. В некоторых случаях цифровые подписи и методы шифрования применяются одновременно, поскольку сам хэш может быть зашифрован. Однако следует отметить, что не все системы цифровой подписи используют технологию шифрования.

ограничение

Действительно, PKC можно использовать для повышения компьютерной безопасности и проверки целостности информации, но он также имеет определенные ограничения. Поскольку шифрование и дешифрование включают сложные математические операции, асимметричные алгоритмы также могут быть немного медленными при обработке больших объемов данных. И этот тип криптографии также в значительной степени опирается на предположение о конфиденциальности закрытого ключа. Если закрытый ключ случайно будет передан или раскрыт, безопасность информации, зашифрованной с использованием соответствующего открытого ключа, будет поставлена ​​под угрозу. Иногда закрытый ключ пользователя также может быть случайно утерян, и в этом случае пользователь потеряет доступ к зашифрованным данным.


Применение криптографии с открытым ключом

Этот тип криптографии используется многими современными компьютерными системами для обеспечения безопасности конфиденциальной информации. Например, криптография с открытым ключом может использоваться для шифрования электронных писем, чтобы обеспечить конфиденциальность их содержимого. Протокол Secure Sockets Layer (SSL), обеспечивающий безопасные соединения с веб-сайтами, также использует асимметричную криптографию. Системы PKC также используются для изучения безопасной среды электронного голосования, которая позволит избирателям участвовать в выборах на своих домашних компьютерах.

Характеристики PKC также заметны в технологиях блокчейна и криптовалют. При создании нового криптовалютного кошелька генерируется пара ключей (открытый и закрытый). Публичные адреса генерируются с использованием открытого ключа и могут быть безопасно переданы другим. С другой стороны, закрытые ключи используются для создания цифровых подписей и проверки транзакций, поэтому их необходимо хранить в секрете. Когда транзакция подтверждается сертифицированным хешем в цифровой подписи, ее можно добавить в реестр блокчейна. Эта система цифровой подписи гарантирует, что только пользователи с соответствующим закрытым ключом от криптовалютного кошелька могут получить доступ к средствам из кошелька. Но стоит отметить, что асимметричные шифры, используемые в криптовалютных приложениях, отличаются от тех, которые используются в целях компьютерной безопасности. Например, Биткойн и Эфириум используют алгоритм цифровой подписи на основе эллиптической кривой (ECDSA) для проверки транзакций.

Криптография с открытым ключом играет ключевую роль в обеспечении безопасности современных цифровых систем — от компьютерной безопасности до проверки криптовалютных транзакций. Используя пары открытого и закрытого ключей, алгоритмы асимметричной криптографии решают проблемы безопасности, присущие симметричной криптографии. Использование PKC существует уже много лет, и его приложения в новых областях постоянно развиваются, особенно в области блокчейна и криптовалют.