Шифрование > Типы шифрования > Асимметричное против симметричного
Асимметричное и симметричное шифрование
Каждое ваше зашифрованное подключение — будь то просмотр веб-сайта, отправка электронного письма или использование VPN — основано на асимметричном шифровании, симметричном шифровании или на обоих сразу. Понимание этой разницы объясняет, почему в современном шифровании используются оба типа.
Что такое симметричное шифрование?
Симметричное шифрование использует один ключ как для блокировки (зашифровать), так и для разблокировки (расшифровать) данных. Один и тот же секретный ключ должен быть и у отправителя, и у получателя — любой, кто завладеет им, сможет прочитать все, что он защищает.
Представьте себе обычный сейф с одним кодом. Любой, кто знает код, может открыть его. Это быстро и просто, но вам нужно безопасно поделиться этим кодом, прежде чем вы сможете использовать его вместе.
Поскольку симметричное шифрование выполняется быстро с вычислительной точки зрения, оно отлично подходит для защиты больших объемов данных — для того, чтобы зашифровать файлы в вашем хранилище, трафик через туннель VPN(новое окно) или содержимое базы данных. К распространенным симметричным алгоритмам относятся AES и ChaCha20.
Основной недостаток: как вообще поделиться ключом? Если вы отправите его по ненадежному каналу, перехвативший его злоумышленник сможет расшифровать все данные. Это проблема распределения ключей, которую и решает асимметричное шифрование.
Что такое асимметричное шифрование?
Асимметричное шифрование использует два математически связанных ключа: открытый ключ и закрытый ключ. То, что один ключ зашифрует, другой сможет расшифровать. Вы открыто делитесь открытым ключом с кем угодно; закрытый ключ никогда не покидает ваше устройство.
Представьте себе почтовую щель во входной двери. Любой может опустить туда письмо (зашифровать его вашим открытым ключом), но только у вас есть ключ, чтобы открыть ящик и прочитать содержимое (расшифровать его вашим закрытым ключом). Предварительный обмен секретами не требуется.
Это полностью решает проблему распределения ключей. Два незнакомых человека, которые никогда ранее не общались, могут установить защищенный канал — один публикует свой открытый ключ, другой зашифрует сообщение с его помощью, и только владелец закрытого ключа сможет прочитать ответ. Это основа сквозного шифрования, HTTPS и ЭЦП.
Обратная сторона: асимметричное шифрование примерно в 1 000 раз медленнее симметричного из-за сложной математики. Попытка зашифровать большой файл или непрерывный поток данных только с помощью асимметричного шифрования была бы непрактичной.
К распространенным асимметричным алгоритмам относятся:
- RSA (Rivest–Shamir–Adleman)
- Криптография на эллиптических кривых (ECC), например ECDH для обмена ключами и Ed25519 для ЭЦП
- ML-KEM — более новый постквантовый асимметричный алгоритм, стандартизированный NIST в 2024 году и разработанный для защиты от атак с использованием квантовых компьютеров
Асимметричное и симметричное шифрование: ключевые различия
Один общий ключ
Быстрое, эффективное, идеально подходит для больших объемов данных. Требует, чтобы обе стороны уже безопасно поделились секретным ключом.
Пара из открытого и закрытого ключей
Медленнее, но решает проблему обмена ключами. Любой может зашифровать; только владелец ключа может расшифровать.
Симметричное | Асимметричное | |
|---|---|---|
Ключи | Один общий ключ | Пара из открытого и закрытого ключей |
Скорость | Очень быстрое | ~в 1 000 раз медленнее |
Длина ключа | 128–256 бит | ≥2048 бит (RSA), ≥256 бит (ECC) |
Распределение ключей | Необходимо заранее безопасно поделиться ключом | Открытым ключом можно делиться открыто |
Лучше всего подходит для | Для того, чтобы зашифровать большие объемы данных, например файлы, диски и трафик VPN | Безопасный обмен ключами, ЭЦП, обмен сообщениями |
Примеры | AES, ChaCha20 | RSA, ECDH, Ed25519, ML-KEM (постквантовый) |
Почему в современном шифровании используются оба типа
На практике симметричное и асимметричное шифрование почти никогда не используются по отдельности. Наиболее безопасные системы сочетают их: асимметричное шифрование для безопасного обмена ключом, а затем симметричное шифрование для защиты самих данных. Это обеспечивает безопасность асимметричной криптографии и скорость симметричной криптографии.
Совместное использование асимметричного и симметричного шифрования называется гибридной криптографией. Оно лежит в основе HTTPS, TLS, VPN, электронной почты с шифрованием OpenPGP и большинства других протоколов защищенной связи.
Что происходит, когда вы посещаете защищенный веб-сайт
Ваш браузер и сервер используют асимметричное шифрование (через ECDH), чтобы согласовать общий сеансовый ключ без его передачи: даже если кто-то перехватит обмен, он не сможет вычислить этот ключ.
Этот общий сеансовый ключ используется с симметричным шифрованием (AES или ChaCha20), чтобы зашифровать все данные до конца сеанса — достаточно быстро, чтобы обрабатывать непрерывный трафик.
Сеансовый ключ сбрасывается при закрытии подключения. Это важно, поскольку в противном случае украденный закрытый ключ стал бы «мастер-ключом», способным расшифровать каждый прошлый и будущий сеанс. Генерация нового ключа для каждого сеанса означает, что последствия раскрытия ограничатся только этим сеансом. Это свойство называется совершенной прямой секретностью.
Что происходит, когда вы отправляете электронное письмо, зашифрованное сквозным методом
Сообщение зашифровано с помощью случайно сгенерированного симметричного сеансового ключа (AES), что достаточно быстро для любого размера сообщения.
Затем этот сеансовый ключ зашифровывается с использованием открытого ключа получателя (асимметричное шифрование), поэтому только получатель может разблокировать его своим закрытым ключом.
Они отправляются вместе. Получатель расшифровывает сеансовый ключ своим закрытым ключом, а затем использует его, чтобы расшифровать сообщение — и все это без необходимости предварительно делиться какими-либо секретами.
Подлинность и ЭЦП
Шифрование скрывает содержимое сообщения, но не доказывает, кто его отправил. Для этого вам нужна аутентификация: способ проверить, что сообщение действительно исходит от заявленного отправителя и не было взломано при передаче.
Асимметричное шифрование делает это возможным благодаря ЭЦП. Вместо того чтобы зашифровать данные открытым ключом, отправитель подписывает их своим закрытым ключом. Любой, у кого есть соответствующий открытый ключ, может проверить подпись, подтвердив как личные данные отправителя, так и то, что содержимое не изменилось.
Для самих данных большинство современных протоколов используют аутентифицированное шифрование — шифры, которые одновременно зашифровывают данные и проверяют их целостность за одну операцию. Распространенными примерами являются AES-GCM и ChaCha20-Poly1305, оба из которых используются в сервисах Proton. Если при передаче будет изменен хотя бы один бит шифротекста, дешифрование завершится ошибкой, а взломанные данные будут отклонены.
Квантовые компьютеры и шифрование
Симметричное и асимметричное шифрование сталкиваются с совершенно разными угрозами со стороны квантовых компьютеров, и понимание этой разницы важно для понимания того, как отрасль готовится к ним.
Традиционное асимметричное шифрование опирается на сложные математические задачи: факторизацию больших чисел (RSA) или решение задач дискретного логарифмирования (ECDH). Квантовые компьютеры, использующие алгоритм Шора, особенно хороши в решении этого класса задач, эффективно и масштабно взламывая традиционную асимметричную криптографию.
Симметричное шифрование гораздо более устойчиво. Оно опирается на метод брутфорса (перебор всех возможных ключей), который квантовые компьютеры могут ускорить, но не настолько, чтобы сделать ключи достаточного размера устаревшими. Симметричный ключ длиной 256 бит остается защищенным от известных квантовых атак; практической необходимости в увеличении размера ключа нет.
Вот почему постквантовые алгоритмы, такие как ML-KEM, разрабатываются в качестве асимметричной замены: они заменят RSA и ECDH, используемые сегодня, в то время как симметричное шифрование останется практически неизменным.
Как Proton использует асимметричное и симметричное шифрование
Каждый сервис Proton использует гибридную криптографию: асимметричное шифрование для безопасного обмена ключами и симметричное шифрование для быстрой защиты ваших данных.
Proton Mail использует стандарт OpenPGP, который сочетает симметричное шифрование содержимого сообщений с асимметричными ключами, такими как ключи ECC или RSA, для шифрования, обмена ключами и ЭЦП. В нем также реализована поддержка постквантового шифрования.
Proton VPN зашифровывает трафик с помощью ChaCha20 или AES-256, используя современные протоколы VPN, такие как WireGuard и OpenVPN. Эти протоколы используют асимметричный обмен ключами для создания новых симметричных сеансовых ключей, обеспечивая совершенную прямую секретность.
Proton Drive зашифровывает файлы на стороне клиента по стандарту OpenPGP. В нем используются асимметричные открытые и закрытые ключи, поэтому расшифровать файлы можно только с помощью вашего закрытого ключа. Это значит, что никто, кроме вас — даже Proton, — не может получить доступ к ним.
Proton Pass хранит учетные данные и другие элементы хранилища с помощью симметричного шифрования AES-256-GCM. В нем используются случайно сгенерированные 32-байтовые ключи хранилища и элементов, которые защищены асимметричными ключами пользователя.
Возьмите свои данные под контроль
Современное шифрование работает благодаря совместному использованию симметричной и асимметричной криптографии, и Proton задействует оба метода для защиты вашей конфиденциальности во всех приложениях.
Благодаря сквозному шифрованию, архитектуре нулевого доступа, постквантовой защите, открытому исходному коду приложений и независимым аудитам ваша информация остается только вашей.
Часто задаваемые вопросы
- В чем основная разница между симметричным и асимметричным шифрованием?
- Что быстрее: асимметричное или симметричное шифрование?
- Зачем нам нужны и симметричное, и асимметричное шифрование?
- Является ли симметричное шифрование менее безопасным, чем асимметричное?
- Может ли асимметричное шифрование заменить симметричное?
- Какие алгоритмы более уязвимы для квантовых компьютеров: симметричные или асимметричные?
