Розуміння механізму криптографії з відкритим ключем та її застосування в Практичному блокчейн

Що таке PKC

Відкрите ключове шифрування (далі PKC) також називають асиметричним шифруванням, це технологія безпеки, яка використовує пару різних ключів для захисту інформації. У традиційному симетричному шифруванні використовується один ключ для шифрування та дешифрування, тоді як у PKC використовуються пара ключів, розділених на відкритий ключ і секретний ключ. Ця інноваційна система радикально вирішує проблеми комп'ютерної безпеки сучасності та є основою для блокчейн-екосистеми та віртуальних валют.

Переваги безпеки, що виникають з пари ключів

Основною характеристикою PKC є можливість вільно ділитися відкритими ключами. Відправник використовує відкритий ключ отримувача для шифрування повідомлення, яке може бути розшифровано лише отримувачем за допомогою відповідного секретного ключа. Обидва ключі математично пов'язані, але обчислювально практично неможливо обчислити секретний ключ з відкритого.

Особливо в алгоритмі RSA, пари ключів генеруються з коефіцієнтів, отриманих множенням двох великих простих чисел. Ця технологія, розроблена Рівестом, Шаміром та Адлеманом у 1977 році, залишається стандартом в галузі й сьогодні. Загалом, використання довжини ключа від 1,024 до 2,048 біт значно ускладнює його злам.

Вирішення проблем, пов'язаних з симетричним шифруванням

Традиційні симетричні шифри мали фатальну ваду. Оскільки для шифрування та дешифрування використовується один і той же ключ, його потрібно передавати партнеру через небезпечний канал зв'язку. Якщо його перехопить третя сторона, всі повідомлення можуть бути прочитані. Хоча існують такі технології, як обмін ключами Діффі-Хеллмана-Меркла, ризик атаки залишаєтся.

У PKC, з іншого боку, публічний ключ можна буквально “опублікувати” без впливу на безпеку. Якщо секретний ключ зберігається в безпеці, інформаційний обмін може відбуватися безпечно через будь-який канал.

Гарантування автентичності даних за допомогою цифрового підпису

Ще одне застосування PKC - це цифровий підпис. Хеш, створений з повідомлення, підписується закритим ключем, і отримувач перевіряє його відкритим ключем відправника. Це дозволяє підтвердити походження повідомлення і гарантувати, що воно не було підроблено. У деяких випадках сам хеш також може бути зашифрований разом з повідомленням.

Використання в блокчейні та віртуальних валютах

PKC є основою технології блокчейн, такої як біткойн та ефіріум. Під час створення гаманця генерується пара відкритого та закритого ключів. Відкритий ключ використовується для отримання адреси гаманця, яку можна ділити з іншими без проблем. З іншого боку, закритий ключ використовується для підпису транзакцій та перевірки переміщення коштів, тому його необхідно тримати в абсолютній таємниці.

Цікаво, що біткойн та ефіріум використовують специфічний метод PKC, відомий як алгоритм цифрового підпису на основі еліптичних кривих (ECDSA). Оскільки ECDSA виконує лише генерацію підпису, насправді блокчейн не залежить від самих технологій шифрування. Коли транзакція перевіряється, її запис додається до реєстру блокчейну, і лише той, хто має відповідний приватний ключ, може переміщати кошти.

Виклики впровадження PKC

Хоча PKC має переваги в плані безпеки, він також має кілька обмежень. Через складні математичні розрахунки, під час обробки великих обсягів даних швидкість обробки може знижуватися. Крім того, управління секретним ключем є абсолютною умовою. Якщо секретний ключ буде скомпрометовано, безпека всіх повідомлень, зашифрованих за допомогою цього публічного ключа, буде втрачена. Більше того, якщо ви випадково втратите секретний ключ, доступ до зашифрованих даних може стати назавжди неможливим.

Приклади застосування в повсякденному житті та бізнесі

PKC використовується в усіх важливих комунікаціях, таких як електронна пошта, SSL/TLS протокол веб-сайтів, онлайн-банківські транзакції тощо. Безпечний сокетний шар (SSL) також використовує асиметричне шифрування для забезпечення безпечного веб-з'єднання. Крім того, його розглядають для створення ще більш безпечних електронних систем голосування, а його застосування постійно розширюється.

Підсумок

Відкриті ключі шифрування є охоронцями сучасних цифрових систем, від комп'ютерної безпеки до технологій блокчейн. Використовуючи пару відкритого та закритого ключів, вони вирішують основні проблеми симетричного шифрування та забезпечують вищий рівень безпеки. PKC продовжує еволюціонувати протягом десятиліть, особливо у сфері криптовалют, де постійно розробляються нові застосування.