Шифрование с использованием открытого ключа (PKC) также известно как асимметричное шифрование, это структура, которая использует открытый ключ и закрытый ключ, в отличие от единого ключа, используемого в симметричном шифровании. Использование пар ключей PKC дает уникальный набор свойств и возможностей, которые можно использовать для решения проблем, возникающих в других технологиях шифрования. Этот тип шифрования стал важным элементом современной компьютерной безопасности, а также критически важным элементом экосистемы растущих цифровых валют.


Как работает шифрование с использованием открытого ключа?

В системе шифрования с использованием открытого ключа открытый ключ используется отправителем для шифрования информации, в то время как закрытый ключ используется получателем для ее расшифровки. Поскольку оба ключа абсолютно различны, открытый ключ можно безопасно передавать без ущерба для безопасности закрытого ключа. Каждая пара ключей с асимметричным шифрованием уникальна, что гарантирует, что сообщение, зашифрованное с помощью открытого ключа, может быть прочитано только тем, у кого есть соответствующий закрытый ключ.

Поскольку асимметричные алгоритмы шифрования генерируют пары ключей, связанных с математикой, их длины значительно больше, чем те, которые используются в симметричном шифровании. Эта длина обычно составляет от 1,024 до 2,048 бит. Это делает крайне сложным вычисление закрытого ключа по его открытому аналогу. Один из самых распространенных алгоритмов асимметричного шифрования, используемых сегодня, называется RSA. В схеме RSA ключи создаются с использованием коэффициентов, полученных путем умножения двух чисел (часто двух больших простых чисел). Другими словами, стандарт создает два ключа (один открытый, который можно передавать, и один закрытый, который должен оставаться в секрете). Алгоритм RSA был впервые описан в 1977 году Ривестом, Шамиром и Адлеманом (поэтому RSA является аббревиатурой имен всех участников) и по-прежнему остается основным компонентом систем шифрования с открытыми ключами.


PKC как инструмент шифрования

Шифрование с открытым ключом решает одну из давних проблем симметричных алгоритмов — это передача ключа, используемого как для шифрования, так и для расшифровки. Отправка этого ключа через незащищенное соединение подвергает его риску со стороны третьих лиц, которые могут прочитать любые сообщения, зашифрованные с использованием общего ключа. Несмотря на наличие технологий шифрования (например, протокол обмена ключами Диффи-Хеллмана-Меркла) для решения этой проблемы, они все еще подвержены атакам. Напротив, в шифровании с открытым ключом ключ, используемый для шифрования, можно безопасно передавать через любое соединение. В результате асимметричные алгоритмы обеспечивают более высокий уровень защиты по сравнению с симметричными.


Использование его для создания цифровых подписей

Другим приложением асимметричных алгоритмов шифрования является аутентификация данных с помощью цифровых подписей. Проще говоря, цифровая подпись представляет собой хэш, созданный на основе данных в сообщении. При отправке этого сообщения подпись может быть проверена получателем с использованием открытого ключа отправителя как способа аутентификации источника сообщения и подтверждения того, что оно не было подделано. В некоторых случаях цифровые подписи и шифрование применяются вместе, поскольку хэш сам может быть зашифрован как часть сообщения. Тем не менее, не все схемы цифровой подписи используют технологии шифрования.


Ограничения

Несмотря на то, что его можно использовать для улучшения безопасности компьютера и обеспечения проверки целостности сообщения, шифрование с открытым ключом имеет некоторые ограничения. Из-за сложных математических операций, связанных с шифрованием и расшифровкой, асимметричные алгоритмы могут быть довольно медленными при работе с большими объемами данных. Этот тип шифрования также сильно зависит от предположения, что закрытый ключ останется секретным. Если закрытый ключ будет случайно раскрыт или показан, безопасность всех сообщений, зашифрованных с использованием соответствующего открытого ключа, будет нарушена. Пользователи также могут случайно потерять свои закрытые ключи, и в этом случае им станет невозможно получить доступ к зашифрованным данным.


Применения шифрования с открытым ключом.

Этот тип шифрования используется во многих современных компьютерных системах для обеспечения безопасности чувствительной информации. Например, электронные сообщения могут быть зашифрованы с использованием технологий шифрования с открытым ключом для сохранения конфиденциальности их содержания. Также используется протокол Secure Sockets Layer (SSL), который обеспечивает безопасные соединения с веб-сайтами, с помощью асимметричного шифрования. Даже были исследованы системы PKC как способ обеспечения безопасной электронной среды для голосования, что позволит избирателям участвовать в выборах из своих домашних компьютеров.

Шифрование с открытым ключом также заметно используется в технологии блокчейн и цифровых валютах. Когда создается новый кошелек криптовалюты, создается пара ключей (открытый и закрытый). Открытый адрес создается с использованием открытого ключа и может быть безопасно передан другим. С другой стороны, закрытый ключ используется для создания цифровых подписей и проверки транзакций, и, следовательно, должен оставаться в секрете. После проверки транзакции путем подтверждения хэша, содержащегося в цифровой подписи, эта транзакция может быть добавлена в общий блокчейн. Эта система проверки цифровой подписи гарантирует, что только тот, кто владеет закрытым ключом, связанным с криптовалютным кошельком, может получить доступ к средствам. Следует отметить, что асимметричные нули, используемые в приложениях цифровых валют, отличаются от тех, что используются для целей компьютерной безопасности. Например, Биткойн и Эфир используют специализированное шифрование, известное как алгоритм цифровой подписи на эллиптической кривой (ECDSA), для проверки транзакций.

От компьютерной безопасности до проверки транзакций шифрование с открытым ключом играет важную роль в обеспечении современных цифровых систем. Используя связанные открытые и закрытые ключи, асимметричные алгоритмы шифрования решают основные проблемы безопасности, представленные симметричными нулями. Несмотря на то, что шифрование с открытым ключом используется уже много лет, регулярно разрабатываются новые применения и применения для него. Особенно в области блокчейна и цифровых валют.