Asimetrik ve simetrik şifreleme

Simetrik şifreleme hesaplama açısından hızlı olduğundan, büyük miktardaki verileri korumada — sabit sürücünüzdeki dosyaları, bir VPN(yeni pencere) tünelinden geçen trafiği veya bir veri tabanının içeriğini şifrelemek gibi — son derece başarılıdır. Yaygın simetrik algoritmalar arasında AES ve ChaCha20 yer alır.

Temel zayıflık: En başta anahtarı nasıl paylaşırsınız? Güvenli olmayan bir kanal üzerinden gönderirseniz, onu ele geçiren bir saldırgan her şeyin şifresini çözebilir. Bu, anahtar dağıtım sorunudur ve asimetrik şifrelemenin çözdüğü şey de budur.

Bu, anahtar dağıtım sorununu tamamen çözer. Daha önce hiç iletişim kurmamış iki yabancı güvenli bir kanal oluşturabilir; biri kendi herkese açık anahtarını yayımlar, diğeri bununla bir ileti şifreler ve yanıtı yalnızca anahtar sahibi okuyabilir. Bu; uçtan uca şifreleme, HTTPS ve sayısal imzaların temelidir.

Buradaki ödünleşim şudur: İçerdiği karmaşık matematik nedeniyle asimetrik şifreleme, simetrik şifrelemeden yaklaşık 1.000 kat daha yavaştır. Büyük bir dosyayı veya kesintisiz bir yayın akışını yalnızca asimetrik kriptografi ile şifrelemek pratik olmazdı.

Yaygın asimetrik algoritmalar şunları içerir:

• RSA (Rivest–Shamir–Adleman)
• Anahtar değişimi için ECDH ve sayısal imzalar için Ed25519 gibi Eliptik eğri kriptografisi (ECC)
• ML-KEM, kuantum bilgisayarlarından gelecek saldırılara karşı koymak üzere tasarlanan ve 2024 yılında NIST tarafından standartlaştırılan daha yeni bir kuantum sonrası asimetrik algoritmadır

Pratikte, simetrik ve asimetrik şifreleme neredeyse hiçbir zaman tek başına kullanılmaz. En güvenli sistemler ikisini birleştirir: önce bir anahtarı güvenli bir şekilde değiştirmek için asimetrik şifreleme, ardından asıl verileri korumak için simetrik şifreleme. Bu, size asimetrik kriptografinin güvenliğini ve simetrik kriptografinin hızını sağlar.

Şifreleme bir iletinin içeriğini gizler ancak kimin gönderdiğini kanıtlamaz. Bunun için kimlik doğrulamaya ihtiyacınız vardır: Bir iletinin gerçekten iddia edilen göndericiden geldiğini ve taşıma sırasında üzerinde oynanmadığını doğrulamanın bir yolu.

Asimetrik şifreleme, bunu sayısal imzalar aracılığıyla mümkün kılar. Gönderici, herkese açık bir anahtarla şifrelemek yerine verileri kendi kişisel anahtarıyla imzalar. Karşılık gelen herkese açık anahtara sahip olan herkes imzayı doğrulayarak hem göndericinin kimliğini hem de içeriğin değişmediğini onaylayabilir.

Verilerin kendisi için çoğu modern protokol, tek bir işlemde bütünlüğü eş zamanlı olarak şifreleyen ve doğrulayan şifreleme yöntemleri olan kimliği doğrulanmış şifrelemeyi kullanır. Yaygın örnekler, her ikisi de Proton hizmetlerinde kullanılan AES-GCM ve ChaCha20-Poly1305'tir. Taşıma sırasında şifreli metnin tek bir biti bile değiştirilirse şifre çözme başarısız olur ve üzerinde oynanmış veriler reddedilir.

Simetrik ve asimetrik şifreleme, kuantum bilgisayarlarından kaynaklanan çok farklı tehditlerle karşı karşıyadır; aradaki farkı anlamak, sektörün nasıl hazırlandığı açısından önemlidir.

Geleneksel asimetrik şifreleme zor matematiksel problemlere dayanır: Büyük sayıları çarpanlarına ayırmak (RSA) veya ayrık logaritma problemlerini çözmek (ECDH). Shor algoritmasını kullanan kuantum bilgisayarları, özellikle bu tür problemlerde iyidir ve geleneksel asimetrik kriptografiyi büyük ölçekte etkili bir şekilde kırar.

Simetrik şifreleme çok daha dirençlidir. Kuantum bilgisayarlarının hızlandırabileceği ancak uygun boyuttaki anahtarları geçersiz kılmaya yetmeyecek olan kaba kuvvet (olası her anahtarı deneme) yöntemine dayanır. 256 bitlik bir simetrik anahtar, bilinen kuantum saldırılarına karşı güvenliğini korur; anahtar boyutunda pratik bir artışa gerek yoktur.

Bu nedenle, ML-KEM gibi kuantum sonrası algoritmalar, günümüzde RSA ve ECDH'nin kullanıldığı yerlere yerleştirilerek asimetrik alternatifler olarak tasarlanırken simetrik şifreleme büyük ölçüde değişmeden kalır.