הצפנה אסימטרית היא אבן הפינה של אבטחת סייבר מודרנית, המאפשרת העברת נתונים בטוחה ברשתות לא מאובטחות כמו האינטרנט.בניגוד להצפנה סימטרית – שמסתמך על מפתח סודי משותף אחד עבור הצפנה ופענוח – קריפטוגרפיה סימטרית משתמשת בזוג מתמטי מקושר של מפתחות: מפתח ציבורי, אשר יכול להיות מבוזר בחופשיות, מפתח פרטי, אשר חייב להישאר חסוי זה אדריכלות תחת כל דבר, וכתוב הודעות דוא"ל, היכן הם מעורבים הודעות דיגיטליות, וחתומיים, היכן הם פועלים, כיצד הם פועלים, וקודמים על ידי אבטחה אלקטרונים, היכן הם פועלים.

מהו הצפנה סימטרית?

הצפנה אסימטרית, הידועה גם כקריפטוגרפיה ציבורית-קי, מושגת לראשונה על ידי ויטפילד דיפי ומרטין הלמן ב-1976. הרעיון פורץ הדרך היה כי הצפנה ופענוח יכולים להיות מופרדים: אחד מצפיפות מפתח, מפתח אחר פעמוני מפתח.זה מסיר את הצורך של הצדדים לשתף מפתח סודי על פני ערוץ מאובטח, הגבלה גדולה של מערכות סימטריות, הצפנה, מפתח יכול להצפין את המסר הציבורי רק כדי להפיץ את כל אחד, אך ורק על ידי הבעלים של אבטחה, אך ורק על ידי בעלים, הוא זמין, הוא זמין, הוא זמין, אך ורק על ידי בעלים, הוא זמין לציבור, אך ורק על ידי מפתח, הוא זמין, הוא זמין, הוא זמין, עם זאת, עם זאת, הוא זמין, הוא זמין, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, הוא זמין, הוא ידוע לשימוש פתוח, עם מפתח אבטחה, עם מפתח אבטחה, עם מפתח אבטחה, עם זאת, הוא זמין, הוא זמין, עם זאת, עם מפתח אבטחה, עם זאת, עם זאת, עם מפתח אבטחה, עם מפתח אבטחה, הוא זמין, הוא זמין, עם זאת, הוא זמין, הוא זמין, עם זאת, עם מפתח

הפרדה זו של תפקידים גם מאפשרת שירותי אבטחה נוספים מעבר לסודיות.לדוגמה, מפתח פרטי יכול לשמש ליצירת חתימה דיגיטלית שמוכיחה אותנטיות ויושרה, בעוד המפתח הציבורי מאפשר לכל אחד לאמת את החתימה הזו. הדואליות הזו הופכת הצפנה סימטרית חיונית לאימות, לא-repudiation, ולהבטיח החלפת מפתח בפרוטוקולים כמו TLS, SSH ו- PGP.

תפקיד המפתחות הציבוריים והפרטיים

מפתחות ציבוריים ופרטיים אינם מיתרים שרירותיים; הם נוצרים יחד על ידי אלגוריתם של הדור מפתח המייצר זוג כבול מתמטית.המפתח הציבורי יכול להיות מבוזר באמצעות ספריות, תעודות, או אפילו מוטבעים בחתימות דוא"ל.המפתח הפרטי נשמר באופן מאובטח - לעתים קרובות במודולים של אבטחה חומרה (HSMs), מודולים אמינים (TPs), או מיכלי קבצים מוצפנים.

כדי להמחיש, נניח שאליס רוצה לשלוח הודעה סודית לבוב.היא מקבלת את המפתח הציבורי של בוב ממקור מהימן (למשל, אתר האינטרנט שלו או שרת מפתח ציבורי) אליס מצפין את המסר שלה באמצעות מפתחו הציבורי של בוב ושולחת את הצופן על רשת לא בטוחה.גם אם התוקף יירטט את הצופן הפרטי, הם לא יכולים לשחזר את המילולי בלי מפתח פרטי של בוב, כאשר הוא מקבל את המסר הפרטי הזה, למרות שהוא יכול להבטיח את ההצפנה, למרות שהוא משתמש.

דור מפתח: המתמטיקה מאחורי ה-Pair

הדור המרכזי מסתמך על בעיות מתמטיות שקל לבצע דרך אחת, אך קשה מאוד להפוך ללא מידע סודי נוסף.שני משפחות עיקריות של אלגוריתמים שולטות:

  • (FLT:0)RresAveFLT:1 (Rivest-Shamir-Adleman): בהתבסס על הקושי של גרימת המוצר של שני מספרים ראשוניים גדולים.אלגוריתם של הדור בוחר שני ראשיים גדולים (p ו- q), מצמיד את המוצר שלהם n= p × q, ולאחר מכן שואב את e-ponententreentreative dponent כזה e × 1xi) הוא ראשי תיבות של ⁇ n-Dre (n-Dreative).
  • (FLT:0) אלאוליטי קראב CryptographyFLT:1 (ECC): התקהלות על בעיית העקומה החמקמקה ⁇ arithm. מפתח פרטי הוא אינפורטגר שנבחר באופן אקראי; המפתח הציבורי הוא תוצאה של העלאת נקודת גנרטור קבוע על העקומה על ידי זה integer.

אלגוריתמים אחרים כוללים את דיפי-הלמן (עבור חילופי מפתח) ואת הגרסאות החמקמקות שלה ECDH, כמו גם תוכניות חתימה דיגיטלית כמו DSA, ECDSA, ואת ה- Ed25519 המודרנית בכל המקרים, תהליך המפתח חייב להיות מאובטח באופן קריפטוגרפי: איכות אקראית היא קריטית למניעת תוקפים מנחשאו מנבאים מפתחות פרטיים.

הצפנה ודה-קריפטציה בפרקטיקה

ההצפנה בפועל ופעולות הקידוד הם שינויים מתמטיים דטרמיניסטים.עבור RSA, הצפנה מעלה את הטקסט הפשוט (הנוכח מספר) לכוח של e Modulo n; פענוח מעלה את הצופן לכוח של d Modulo n, שחזור המספר המקורי.עבור תוכניות הצפנה המבוססות על ECC (למשל, ECIES), תהליך ה-Educalphal זוגות שימושים ב-pericer כדי לשלוח את ה-S סימטרי רק כדי לספק את ה-ACTreams, כדי לספק את ה-ACTI-ACTI-ACTI, רק כדי לספק את ה-ACTImp, כדי לספק את ה-ACC, כדי לספק את ה-ACTI סימטרי את ה-ACTI-ACTI רק כדי לספק את ה-ACTI-ACT, כדי לספק את ה-ACTI-ACTS .

חשוב לציין, הצפנה אסימטרית בדרך כלל אינה משמשת להצפין מסרים גדולים ישירות.אלגוריתמים ציבוריים הם פקודות של סדרי גודל איטי יותר מאשר סימטרי ciphers כמו AES. במקום, פרוטוקולים מעשיים משתמשים בגישה היברידית: מפתח סימטרי אקראי (נקרא מפתח ישיבה) נוצר, ההודעה מוצפנת עם מפתח סימטרי זה באמצעות סימטרי באמצעות צופן מהיר, ואת הפגישה עצמה מוצפנת עם מפתח הנמען של זה משלבת במהירות סימטרית של הצפנה, עם ההצפנה של סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של הצפנה, עם ההצפנה, עם סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של הצפנה, עם סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של הצפנה, עם סימטרית של הצפנה, עם סימטרית עם סימטרית של הצפנה מהירה סימטרית של הצפנה, עם ההצפנה, עם סימטרית של הצפנה מהירה, עם ההצפנה, עם ההצפנה, עם זה, עם זה, עם זה, עם סימטרית של הצפנה, עם זה, עם זה, עם זה,

קידוד Aסימטרי Algorithms

כמה אלגוריתמים מותאמים ופורסים באופן נרחב.כל אחד מציע שינויים שונים בביצועים, בגודל מפתח וערבויות אבטחה.

  • (FLT:0)RSAIRFLT:1: האלגוריתם המוכר ביותר לציבור-קי.זה משמש גם הצפנה וגם חתימות דיגיטליות.מינימום אורך מפתח מומלץ הוא 2048 ביטים; ארגונים רבים מנדטים כעת 3072 או 4096 ביטים. RSA איטי יחסית עבור הצפנה ודור חתימה, אך אימות הוא מהיר יותר.
  • (FLT:0 (DH) ו-Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH)OVAFLT:1: לא אלגוריתמים ישירות, אלא פרוטוקולים לשינוי מפתח המאפשרים לשני הצדדים להסכים על סוד משותף על ערוץ לא מאובטח.הסוד המשותף משמש אז מפתח סימטרי.
  • (FLT:0Digital Signature Algorithm (DSA) ו- ECDSAFIRLT:1: תקן עיבוד מידע פדרלי (FIPS) שאושר לחתימות. ECDSA משמש נרחב במערכות blockchain (למשל, ביטקוין, Ethereum) לחתימה.
  • (FLT:0)Ed25519 ו- X25519031903GIRLT:1: תוכניות מתקדמות, ביצועים גבוהים של חמקמקות, שעוצבו על ידי דניאל ג'יי ברנשטיין. אד25519 מציעות חתימה מהירה ובטוחה; X25519 מספקת חילופי מפתח יעילים.שנים עמידים להתקפות ערוץ צד אחד והינם מאומצווים יותר ויותר ב-S, OpenPGP, ואפליקציות.

יישום אמיתי בעולם של קידוד Aסימטרי

הצפנה אסימטרית אינה מושג מופשט – היא מעצימה ישירות את תשתיות האבטחה של העולם הדיגיטלי.

  • (FLT:0 HTTPS / SSL / TLSFIRLT:1): כאשר אתה מבקר באתר מאובטח, ה- TLS Handhake משתמש הצפנה סימטרית (למשל, RSA או ECDHE) כדי לנהל משא ומתן על מפתח ישיבה סימטרי.התעודה של השרת מכיל את המפתח הציבורי שלו; הלקוח מאמת את האישור ומשתמש מפתח הציבורי כדי להצפין סוד מראש-master בלבד, יכול רק את המפתח לפעמי שיכול רק כדי להבטיח את ה-הל קידוד הפרטי, רק כדי להבטיח את המפתח הוא רק את המפתח הלגיטימיות, אשר יכול רק כדי להבטיח את המפתח היחיד שיכול להבטיח את המפתח הוא רק את המפתח, אשר יכול רק כדי להבטיח את המפתח הוא קידוד, רק כדי להבטיח את המפתח הוא יכול רק כדי להבטיח את המפתח הוא רק כדי להבטיח את המפתח.
  • (FLT:0)Pretty Good Privacy Guard (PGP) ו-GGNU Privacy Guard (GPG)BuildFLT:1: השימוש בהצפנה בדואר אלקטרוני וחתימה על משתמשים יוצר זוגות מרכזיים; המפתח הציבורי הועלה לשרתים מרכזיים.כאשר שליחת דוא"ל מוצפן, השולח מביא את המפתח הציבורי של הנמען וממצפין את המפגש הסימטרי עם זה.
  • (FLT:0Cryptocurrencies ו Blockchains: Bitcoin, Ethereum, ושימוש cryptocurrencies אחרים ECDSA או אד25519 לחתום על עסקאות. "קיר" של משתמש הוא בעצם מפתח פרטי; המפתח הציבורי המתאים (או שלה) הוא כתובת הארנק.
  • (ב) ⁇ :0) סודיות של שיל (SSH) ; SSH משתמש באימות מפתח ציבורי עבור כניסה מרחוק ללא סיסמה, משתמשים מייצרים זוג מפתח; המפתח הציבורי ממוקם בשרת ב-FLT:0 השרת מאתגר את הלקוח להוכיח את החזקה של המפתח הפרטי על ידי חתימה על הודעה.
  • (FLT:0) SigningofLT:1: מפתחי תוכנה חותמים בינאריות ותסריטים עם המפתח הפרטי שלהם.מערכות הפעלה ודפדפנים לאמת את החתימה באמצעות המפתח הציבורי של המפתח כדי להבטיח שהקוד לא היה מטופח ומקורו ממקור מהימן.

חתימה דיגיטלית ואותנטיות

אחת התכונות החזקות ביותר של קריפטוגרפיה אסימטרית היא היכולת ליצור חתימות דיגיטליות.חתימה דיגיטלית היא תוכנית מתמטית להדגים את האותנטיות של הודעה דיגיטלית. לחתום על הודעה, השולח משתמש במפתח הפרטי שלו כדי לייצר ערך חתימה שתלוי הן במסר והן במפתח הפרטי.כל מי עם גישה למפתח הציבורי המתאים יכול לאמת כי החתימה נוצרה על ידי בעל פרטי-המפתח וכי המסר לא השתנה לאחר החתימה.

חתימה דיגיטלית מספקת שלושה תכונות אבטחה חיוניות:

  1. (ב) ,0) ,AuthenticationFLT:1: המקבל יכול לאמת כי ההודעה נחתמה על ידי השולח טען, כי רק המפתח הפרטי של השולח יכול היה ליצור חתימה המאמת את המפתח הציבורי של השולח.
  2. [ה]: [ה] [ה] [ה]] [ה]]: כל שינוי במסר לאחר שחתמה על חתימת החתימה.
  3. (ב) כי המפתח הפרטי נמצא תחת שליטתו הבלעדית של החתום, לא יכול היה להכחיש לאחר מכן את החתימה (ההנחה שהמפתח הפרטי לא נפגע).

חתימות דיגיטליות הן הבסיס של תשתיות מפתח ציבוריות (PKI) רשויות האישורים (CAs) חותמות על תעודות דיגיטליות - אשר כובשות את המפתח הציבורי של ישות לזהותה - תוך שימוש במפתחים הפרטיים שלהם.כאשר הדפדפן שלך סומך על תעודת אתר, הוא מאמת את החתימה הדיגיטלית של CA, הקמת שרשרת של אמון משורש לתעודה של האתר.

יתרונות ומגבלות של קידוד Aסימטרי

יתרונות

  • (ב) ניתן לשתף את המפתחות הציבוריים באופן גלוי, ביטול הצורך בערוץ מאובטח להחליף מפתח סימטרי לפני הזמן.
  • (FLT:0) אבטחה אבטחה קפדנית (FLT:1): ברשת של משתמשים n, הצפנה אסימטרית דורשת רק זוגות מרכזיים (כל משתמש בבעלות זוג אחד).
  • [01:0] חתימות וחתימות לא-repudiationFLT: רק קריפטוגרפיה סימטרית מספקת חתימות חד-משמעיות שקושרות מסר למפתח פרטי ספציפי.
  • (ב) סודיות (עם מפתחות אמפיריים) , 1:1: פרוטוקולים כמו TLS 1.3 משתמשים בחילופי דיפי-הלמן שיוצרים מפתחות זמניים, המבטיחים כי פשרה של מפתח פרטי ארוך טווח אינה מטשטשת מפגשים קודמים.

הגבלות

  • (FLT:0) PerformanceFLT:1: פעולות אסימטריות הן יקרות חישוביות – לפעמים 1000x איטי יותר מאשר הצפנה סימטרית של רמות אבטחה שוות ערך.
  • (FLT:0Key SizeFLT:1) ; RSA ואלגוריתמים אחרים דורשים גדלים מרכזיים גדולים (למשל, 2048 ביטים או יותר) כדי לשמור על אבטחה, אשר מגבירה את האחסון וההעברה מעל פני השטח.
  • (FLT:0)Quantum TransFLT:1: הן RSA והן ECC פגיעים להתקפות על ידי מחשבים קוונטיים בקנה מידה גדול יישום האלגוריתם של Shor.The Cryptographic הקהילה הוא סטנדרט פעיל אלגוריתמים לאחר קוונטי (למשל, Kyber, דילייום) להחליף אותם כאשר מחשוב קוונטי הופך מעשי.
  • (FLT:0Key Management ComplexFLT:1): מפתחות פרטיים חייבים להיות מאוחסנים בבטחה ומוגנים מפני גניבה.מפתח פרטי שנפגע מערערער את כל האבטחה - הודעות מקודמות ניתן לפענח, ניתן להדפיס חתימות.
  • אין אימות של שולח טנג'ר 1: שימוש במפתח ציבורי להצפין אינו מוכיח מי מוצפן את המסר - כל אחד עם המפתח הציבורי יכול להצפין. Authentication של השולח דורש חתימה דיגיטלית בנוסף הצפנה או תוכנית הצפנה נפרדת.

מסקנה

מפתחות ציבוריים ופרטיים יוצרים את סלע ההצפנה האסימטרית, המאפשר תקשורת בטוחה, אימות ושלמות נתונים ברחבי האינטרנט.על ידי הפרדת עקרונות הצפנה ותפקידי קידוד, קריפטוגרפיה פותרת את בעיית ההפצה הבסיסית המזיקה מערכות סימטריות קודמות של אלגואטרים, כמו RSA ו- elliptic-curvegraphy לספק את המכונות המתמטיות, בעוד פרוטוקולים כמו TLS, PGP, ו-SKing, לא יהיו בטוחים של משתמשים.

(ב) לקריאה נוספת על הפרטים הטכניים והסטנדרטים, המתייחסים ל-FLT:0) ,NIST SP 800-57 סדרה על ניהול מפתח ניהול מספר 1 ו-FLT:2Cloudflare Guide to aסימטרית הצפנה: 3.