Wstęp

Kryptografia klucza publicznego (PKC), znana również jako kryptografia asymetryczna, to platforma wykorzystująca zarówno klucz prywatny, jak i publiczny, w przeciwieństwie do pojedynczego klucza stosowanego w kryptografii symetrycznej. Zastosowanie par kluczy daje PKC unikalny zestaw cech i możliwości, które można wykorzystać do rozwiązywania problemów nieodłącznie związanych z innymi technikami kryptograficznymi. Ta forma kryptografii stała się ważnym elementem współczesnego bezpieczeństwa komputerowego, a także krytycznym elementem rosnącego ekosystemu kryptowalut.


Jak działa kryptografia klucza publicznego?

W schemacie PKC klucz publiczny jest używany przez nadawcę do szyfrowania informacji, podczas gdy klucz prywatny jest używany przez odbiorcę do ich odszyfrowania. Ponieważ te dwa klucze różnią się od siebie, klucz publiczny może być bezpiecznie udostępniany bez narażania bezpieczeństwa klucza prywatnego. Każda para kluczy asymetrycznych jest unikalna, co gwarantuje, że wiadomość zaszyfrowana przy użyciu klucza publicznego może zostać odczytana tylko przez osobę posiadającą odpowiedni klucz prywatny.

Ponieważ algorytmy szyfrowania asymetrycznego generują pary kluczy powiązane matematycznie, ich długość jest znacznie większa niż w kryptografii symetrycznej. Ta większa długość – zwykle od 1024 do 2048 bitów – sprawia, że ​​niezwykle trudno jest obliczyć klucz prywatny na podstawie jego publicznego odpowiednika. Jeden z najpopularniejszych obecnie używanych algorytmów szyfrowania asymetrycznego jest znany jako RSA.

W schemacie RSA klucze są generowane przy użyciu modułu uzyskiwanego przez pomnożenie dwóch liczb (często dwóch dużych liczb pierwszych). Mówiąc najprościej, moduł generuje dwa klucze (jeden publiczny, który można udostępnić, i jeden prywatny, który należy trzymać w tajemnicy). Algorytm RSA został po raz pierwszy opisany w 1977 roku przez Rivesta, Shamira i Adlemana (stąd RSA) i pozostaje głównym składnikiem systemów kryptografii klucza publicznego.


PKC jako narzędzie szyfrujące

Kryptografia klucza publicznego rozwiązuje jeden z długotrwałych problemów algorytmów symetrycznych, jakim jest komunikacja klucza używanego zarówno do szyfrowania, jak i deszyfrowania. Wysłanie tego klucza przez niepewne połączenie stwarza ryzyko ujawnienia go osobom trzecim, które mogą następnie odczytać wszelkie wiadomości zaszyfrowane przy użyciu klucza udostępnionego. Chociaż istnieją techniki kryptograficzne (takie jak protokół wymiany kluczy Diffie-Hellman-Merkle) umożliwiające rozwiązanie tego problemu, nadal są one podatne na ataki. Z kolei w kryptografii klucza publicznego klucz używany do szyfrowania może być bezpiecznie udostępniany za pośrednictwem dowolnego połączenia. W rezultacie algorytmy asymetryczne zapewniają wyższy poziom ochrony w porównaniu do algorytmów symetrycznych.


Generowanie podpisów cyfrowych

Innym zastosowaniem algorytmów kryptografii asymetrycznej jest uwierzytelnianie danych za pomocą podpisów cyfrowych. Mówiąc najprościej, podpis cyfrowy to skrót utworzony na podstawie danych zawartych w wiadomości. Po wysłaniu tej wiadomości odbiorca może sprawdzić podpis, korzystając z klucza publicznego nadawcy. W ten sposób mogą uwierzytelnić źródło wiadomości i upewnić się, że nie zostało ono zmienione. W niektórych przypadkach podpisy cyfrowe i szyfrowanie są stosowane łącznie, co oznacza, że ​​sam skrót może zostać zaszyfrowany jako część wiadomości. Należy jednak zauważyć, że nie wszystkie schematy podpisu cyfrowego wykorzystują techniki szyfrowania.


Ograniczenia

Chociaż można go wykorzystać do zwiększenia bezpieczeństwa komputera i sprawdzenia integralności wiadomości, PKC ma pewne ograniczenia. Ze względu na złożone operacje matematyczne związane z szyfrowaniem i deszyfrowaniem, algorytmy asymetryczne mogą działać dość wolno, gdy są zmuszone do radzenia sobie z dużymi ilościami danych. Ten rodzaj kryptografii również w dużym stopniu opiera się na założeniu, że klucz prywatny pozostanie tajny. Jeśli klucz prywatny zostanie przypadkowo udostępniony lub ujawniony, bezpieczeństwo wszystkich wiadomości zaszyfrowanych przy użyciu odpowiedniego klucza publicznego zostanie zagrożone. Możliwe jest również, że użytkownicy przypadkowo zgubią swoje klucze prywatne, w takim przypadku dostęp do zaszyfrowanych danych stanie się dla nich niemożliwy.


Zastosowania kryptografii klucza publicznego

Ten rodzaj kryptografii jest stosowany w wielu nowoczesnych systemach komputerowych w celu zapewnienia bezpieczeństwa wrażliwych informacji. Na przykład wiadomości e-mail można szyfrować przy użyciu technik kryptografii klucza publicznego, aby zachować poufność ich zawartości.

Protokół Secure Sockets Layer (SSL), który umożliwia bezpieczne połączenia ze stronami internetowymi, również wykorzystuje kryptografię asymetryczną. Badano nawet, że systemy PKC mogą zapewnić bezpieczne środowisko głosowania elektronicznego, które potencjalnie umożliwiłoby wyborcom udział w wyborach z ich komputerów domowych.

PKC zajmuje również ważne miejsce w technologii blockchain i kryptowalut. Podczas zakładania nowego portfela kryptowalut generowana jest para kluczy (klucz publiczny i prywatny). Adres portfela generowany jest przy użyciu klucza publicznego i można go bezpiecznie udostępniać innym. Klucz prywatny natomiast służy do składania podpisów cyfrowych i weryfikacji transakcji, dlatego musi być utrzymywany w tajemnicy.

Po zweryfikowaniu transakcji poprzez potwierdzenie skrótu zawartego w podpisie cyfrowym, transakcję tę można dodać do księgi blockchain. Ten system weryfikacji podpisu cyfrowego gwarantuje, że tylko osoba posiadająca klucz prywatny powiązany z odpowiednim portfelem kryptowalut może przenieść środki.

Należy zauważyć, że kryptografia asymetryczna stosowana w aplikacjach kryptowalutowych różni się od kryptografii wykorzystywanej do celów bezpieczeństwa komputerowego. Na przykład Bitcoin i Ethereum używają specjalnego algorytmu do weryfikacji transakcji, znanego jako algorytm podpisu cyfrowego krzywej eliptycznej (ECDSA). Ponadto ECDSA tworzy podpisy cyfrowe bez użycia szyfrowania. Oznacza to, że blockchain nie wymaga szyfrowania, w przeciwieństwie do wielu, którzy sądzą.


Zamykanie myśli

Od bezpieczeństwa komputerów po weryfikację transakcji kryptowalutowych, kryptografia klucza publicznego odgrywa ważną rolę w zabezpieczaniu nowoczesnych systemów cyfrowych. Wykorzystując sparowane klucze publiczne i prywatne, algorytmy kryptografii asymetrycznej rozwiązują podstawowe problemy związane z bezpieczeństwem, jakie stwarzają szyfry symetryczne. Chociaż PKC jest w użyciu od wielu lat, regularnie opracowywane są dla niego nowe zastosowania i aplikacje, szczególnie w przestrzeni blockchain i kryptowalut.