Симметричное шифрование информации

Системам симметричного шифрования столько же лет, сколько и письменному обмену информацией. Традиционный механизм шифрования заключается в том, что к документу применяется некий метод шифрования, основанный на использовании ключа, после чего документ становится недоступен для чтения обычными средствами. Его может прочитать только тот, кто знает ключ, то есть обладает адекватным методом воспроизведения информации.

Аналогичным образом происходит шифрование ответного сообщения. Если в процессе обмена информацией для шифрования и чтения используется один и тот же ключ, то такой криптографический процесс является симметричным.

Основное достоинство симметричного шифрования — высокая скорость работы алгоритмов. Это позволяет использовать симметричную криптографию для шифрования не только для коротких сообщений, но и объемных документов.

Дополнительные достоинства симметричного шифрования: высокая криптостойкость алгоритмов и их хорошая изученность. Первый фактор позволяет гарантировать, что ключ определенного размера не будет реконструирован в заданные сроки, а второй — то, что в эти сроки не будут созданы новые методы криптоанализа, радикально влияющие на стойкость алгоритма. Для примера в таблице представлено количество операций, необходимых для реконструкции ключа.

При современном уровне развития вычислительной техники ключи длиной 56 бит реконструируются на специализированных рабочих станциях в течение нескольких недель. На реконструкцию ключей длиной 60 бит необходимы годы. В свою очередь, продолжительность реконструкции ключей размером 128 бит в миллиарды раз превышает возраст Вселенной.

Таблица. Количество операций, необходимых для реконструкции ключа

Длина ключа, бит	Количество операций
64	0,2*10^20
128	0,3*10^39
256	10^77

 

Однако у симметричного шифрования есть не только достоинства, но и недостатки. Во-первых, чтобы два партнера могли начать защищенный информационный обмен, им необходимо передать ключ, а для этого опять-таки нужен защищенный канал связи. Таким образом, проблема повторяется, хотя и на другом уровне. Во-вторых, симметричное шифрование не позволяет однозначно аутентифицировать автора содержания, потому что ключом шифрования обладают несколько сторон.

Несимметричное шифрование

Недостатки симметричного шифрования успешно парируются несимметричными криптографическими системами, основанными на использовании не одного, а двух взаимосвязанных ключей. Такие системы нашли широкое применение в Интернете.

Ключи несимметричного шифрования образуют неразрывную пару. То, что зашифровано одним ключом, можно расшифровать и прочитать только с помощью второго ключа пары. Создатель ключей оставляет один ключ себе: этот ключ называется закрытым, или личным. Второй ключ широко распространяется среди партнеров, то есть публикуется. Его называют открытым, или публичным ключом. Например, публичный ключ компании может быть размещен на ее сайте. Формируя заказ, клиент зашифрует этим ключом данные о своей платежной карте. Прочитать их не сможет никто, кроме владельца закрытого ключа.

Напротив, когда компании потребуется связь с клиентом, она зашифрует свое сообщение закрытым ключом. Клиент прочитает послание, воспользовавшись имеющимся у него открытым ключом данной компании. При этом он будет совершенно уверен, от кого поступило сообщение, поскольку знает, кому принадлежит закрытый ключ.

Основные достоинства несимметричного шифрования соответствуют основным недостаткам шифрования симметричного. Во-первых, отпадает потребность в закрытом канале связи для передачи ключа, поскольку открытый ключ не представляет секрета. Во-вторых, открывается возможность для однозначной идентификации автора документа, потому что никто, кроме владельца закрытого ключа, не может подготовить документ, способный читаться открытым ключом.

Основной недостаток несимметричного шифрования — неудовлетворительная производительность программных средств, реализующих данную технологию. Производительности средств симметричного шифрования в сотни раз выше. Это связано с большим размером несимметричных ключей (он может достигать тысяч бит), а также с высокой вычислительной сложностью алгоритма. Поэтому технологии несимметричного шифрования принято использовать только для обмена короткими сообщениями.