Понять механизм криптографии с открытым ключом и его применение в Практичном блокчейне

Что такое PKC

Открытое ключевое шифрование (далее PKC) также называется асимметричным шифрованием и представляет собой технологию безопасности, которая использует пару различных ключей для защиты информации. В традиционном симметричном шифровании используется один ключ для шифрования и дешифрования, в то время как в PKC используются ключи, разделенные на две роли: открытый ключ и закрытый ключ. Эта инновационная система решает коренные проблемы безопасности современных компьютеров и служит основой для экосистемы блокчейна и виртуальных валют.

Преимущества безопасности, создаваемые парой ключей

Основной особенностью PKC является возможность свободного обмена открытыми ключами. Отправитель использует открытый ключ получателя для шифрования сообщения, и только получатель может расшифровать его с помощью соответствующего закрытого ключа. Эти два ключа математически связаны, но вычислить закрытый ключ по открытому ключу практически невозможно.

В частности, в алгоритме RSA пары ключей генерируются из произведения двух больших простых чисел. Эта технология, разработанная Ривестом, Шамиром и Адлеманом в 1977 году, по-прежнему служит отраслевым стандартом. Обычно используется длина ключа от 1 024 до 2 048 бит, что значительно увеличивает сложность взлома.

Решение проблем, связанных с симметричным шифрованием

У традиционных симметричных шифров были фатальные слабости. Поскольку для шифрования и дешифрования используется один и тот же ключ, необходимо передавать этот ключ по небезопасному каналу связи. Если его перехватит третья сторона, все сообщения могут быть прочитаны. Хотя существуют такие технологии, как обмен ключами Диффи-Хеллмана-Меркла, риск атаки по-прежнему сохраняется.

В PKC открытый ключ можно буквально «опубликовать» без ущерба для безопасности. Если только секретный ключ будет защищен, информация может безопасно обмениваться по любому каналу.

Гарантия подлинности данных с помощью цифровой подписи

Еще одно применение PKC — это цифровая подпись. Хэш, сгенерированный из сообщения, подписывается с помощью закрытого ключа, а получатель проверяет его с помощью открытого ключа отправителя. Это позволяет подтвердить источник сообщения и гарантировать, что оно не было подделано. В некоторых случаях хэш сам может быть зашифрован вместе с сообщением.

Применение в блокчейне и виртуальной валюте

PKC является ядром технологий блокчейна, таких как биткойн и эфириум. При создании кошелька генерируется пара открытого и закрытого ключей. Адрес кошелька выводится из открытого ключа, и его можно безопасно делиться с другими. В то же время закрытый ключ используется для подписи транзакций и проверки перемещения средств, поэтому его необходимо держать в секрете.

Интересно, что Биткойн и Эфириум используют конкретный способ PKC, называемый алгоритмом цифровой подписи на эллиптической кривой (ECDSA). Поскольку ECDSA выполняет только генерацию подписи, а не шифрование, на самом деле блокчейн не зависит от самой технологии шифрования. Когда транзакция подтверждается, ее запись добавляется в реестр блокчейна, и только тот, кто имеет соответствующий закрытый ключ, может перемещать средства.

Проблемы внедрения PKC

Несмотря на свои преимущества в области безопасности, у PKC есть несколько ограничений. Поскольку он связан со сложными математическими вычислениями, скорость обработки может снижаться при обработке больших объемов данных. Кроме того, управление закрытым ключом является абсолютным условием. Если закрытый ключ будет скомпрометирован, безопасность всех сообщений, зашифрованных с использованием этого открытого ключа, будет потеряна. Более того, если по ошибке закрытый ключ будет утерян, доступ к зашифрованным данным может стать невозможным навсегда.

Примеры применения в повседневной жизни и бизнесе

PKC используется в важных коммуникациях, таких как электронная почта, протокол SSL/TLS веб-сайтов, онлайн-банковские операции и др. Безопасный сокетный уровень (SSL) также использует асимметричное шифрование для обеспечения безопасного веб-соединения. Кроме того, его рассматривают для создания более безопасных систем электронного голосования, и его применение продолжает расширяться.

Итоги

Открытое ключевое шифрование является защитником современных цифровых систем, от компьютерной безопасности до технологий блокчейн. Используя пару открытого и закрытого ключей, оно решает основную проблему симметричного шифрования и обеспечивает более высокий уровень безопасности. PKC продолжает эволюционировать на протяжении десятилетий, особенно в области криптовалют, где постоянно разрабатываются новые приложения.