Что такое Криптография с Открытым Ключом?

Криптография с открытым ключом (PKC), также известная как асимметричная криптография, является структурой, которая использует как закрытый, так и открытый ключ, в отличие от единственного ключа, используемого в симметричной криптографии. Использование пар ключей дает PKC уникальный набор характеристик и возможностей, которые можно использовать для решения проблем, присущих другим криптографическим методам. Эта форма криптографии стала важным элементом современной компьютерной безопасности, а также важнейшим компонентом возрастающей криптовалютной экосистемы.

Как Работает Криптография с Открытым Ключом?

В схеме PKC открытый ключ используется отправителем для шифрования информации, в то время как закрытый ключ используется получателем для расшифровки. Поскольку два ключа отличаются друг от друга, открытый ключ может безопасно использоваться совместно, не ставя под угрозу приватную безопасность. Каждая пара асимметричных ключей уникальна, гарантируя, что сообщение зашифрованное с использованием открытого ключа, может быть прочитано только тем человеком, который обладает соответствующим закрытым ключом.

Поскольку алгоритмы асимметричного шифрования генерируют пары ключей, которые математически связаны, длина этих ключей намного больше, чем те, которые используются в симметричной криптографии. Эти более длинные - обычно от 1024 до 2048 битов - чрезвычайно затрудняют вычисление закрытого ключа из его открытого аналога. Один из наиболее распространенных алгоритмов асимметричного шифрования, используемый сегодня, известен как RSA. В схеме RSA ключи генерируются с использованием модуля, который получается с помощью умножения двух чисел (часто двух больших простых чисел). В основном, модуль генерирует два ключа (один открытый, который может быть общим, и другой закрытый, который должен храниться в секрете). Алгоритм RSA был впервые описан в 1977 году Ривестом, Шамиром и Адлеманом (следовательно, RSA) и остается основной составляющей криптографических систем с открытым ключом.

PKC как Инструмент Шифрования

Криптография с открытым ключом решает одну из давних проблем симметричных алгоритмов, которая заключается в передаче ключа, который используется как для шифрования, так и для дешифрования. Отправка этого ключа по небезопасному соединению является рискованной и может быть раскрыта третьей стороне, которая может затем прочитать любые сообщения, зашифрованные с помощью данного ключа. Хотя и существуют криптографические методы (такие как протокол обмена ключами Диффи-Хеллмана-Меркля) для решения этой проблемы, они по-прежнему уязвимы для атак. В криптографии с открытым ключом, напротив. Ключ, используемый для шифрования, может безопасно передаваться по любому соединению. В результате чего, асимметричные алгоритмы обеспечивают более высокий уровень защиты по сравнению с симметричными.

Использование Цифровых Подписей

Другое применение алгоритмов асимметричной криптографии - это аутентификация данных с использованием цифровых подписей. В сущности, цифровая подпись - это хеш, созданный с использованием данных в сообщении. Когда это сообщение отправлено, получатель может проверить подпись, используя открытый ключ отправителя, чтобы проверить подлинность источника сообщения и убедиться, что оно не было подделано. В некоторых случаях цифровые подписи и шифрование применяются вместе, так как сам хэш может быть зашифрован как часть сообщения. Следует отметить, что не все схемы цифровой подписи используют метод шифрования.

Ограничения

Хотя он может использоваться 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 быть довольно медленными, когда им приходится работать с большими объемами данных. Этот тип криптографии также сильно зависит от предположения, что закрытый ключ останется секретным. Если секретный ключ был случайно передан или раскрыт, безопасность всех сообщений, которые были зашифрованы с помощью соответствующего открытого ключа, будет поставлена под угрозу. Пользователи также могут случайно потерять свои закрытые ключи, и в этом случае они не смогут получить доступ к зашифрованным данным.

Применение 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 криптографии с открытым ключом для обеспечения конфиденциальности их содержимого. Протокол уровня защищенных сокетов (SSL), который делает возможным безопасное подключение к веб-сайтам, также использует асимметричную криптографию. Системы PKC даже использовались в качестве средства обеспечения безопасной среды электронного голосования, которая потенциально позволяла бы избирателям участвовать в выборах со своих домашних компьютеров.

PKC также занимает видное место в технологиях блокчейн и криптовалют. При создании нового криптовалютного кошелька, генерируется пара ключей (открытый и закрытый ключ). Публичный адрес генерируется с использованием открытого ключа и может безопасно передаваться другим. C другой стороны используется закрытый ключ для создания цифровых подписей и проверки транзакций, и следовательно должен храниться в секрете. Как только транзакция была подтверждена путем валидации хэша, содержащегося в цифровой подписи, эта транзакция может быть добавлена в блокчейн регистр. Данная система проверки цифровой подписи гарантирует, что только лицо, у которого есть закрытый ключ, связанный с соответствующим криптовалютным кошельком, может выводить из него средства. Следует отметить, что асимметричные шифры, используемые в приложениях криптовалюты, отличаются от тех, которые используются в целях компьютерной безопасности. К примеру Bitcoin и Ethereum, используют специальный шифр, известный как Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (Алгоритм Цифровой Подписи Эллиптической Кривой, ECDSA) для проверки транзакций.

От компьютерной безопасности до проверки криптовалютных транзакций, криптография с открытым ключом играет важную роль в защите современных цифровых систем. Используя парные открытые и закрытые ключи, алгоритмы асимметричной криптографии решают фундаментальные проблемы безопасности, представленные симметричными шифрами. Хотя PKC используется уже много лет, для него регулярно разрабатываются новые приложения и применения, особенно в блокчейн и криптовалютах.