Шифрование: симметричное и асимметричное — в чём разница

Шифрование — это обратимое преобразование данных в нечитаемый вид с помощью ключа и алгоритма: прочитать исходные данные обратно можно только расшифровкой с правильным ключом. Это ключевое отличие от хеширования и от простого кодирования, с которыми шифрование часто путают.

Шифрование vs хеширование. Шифрование двустороннее: зашифрованные данные превращаются обратно в исходные, если есть правильный ключ. Хеширование необратимо по конструкции — хеш-функция не хранит данные и не позволяет восстановить их обратно, она только формирует проверяемый отпечаток фиксированной длины для сверки. Спутать эти два понятия легко на слух, но задачи у них разные: шифрование защищает конфиденциальность, хеширование подтверждает целостность или проверяет пароль без хранения его в открытом виде.

Шифрование vs кодирование. Кодирование, например Base64, вообще не про безопасность — это способ представить данные в другом формате для передачи или хранения, и оно обратимо без всякого ключа: раскодировать Base64 может кто угодно, у кого есть сама строка. Шифрование без знания ключа обратить вычислительно невозможно — в этом и состоит его защитная функция.

Симметричное шифрование использует один и тот же ключ для шифрования и расшифровки данных. Это делает его быстрым и экономичным по вычислениям, но создаёт проблему: обе стороны должны заранее получить один и тот же ключ по каналу, который сам по себе безопасен, — а такого канала может и не быть.

Блочные vs потоковые шифры. Блочный шифр (AES, «Кузнечик», «Магма») делит данные на блоки фиксированной длины и шифрует каждый блок по отдельности с учётом режима работы алгоритма. Потоковый шифр обрабатывает данные последовательно, бит за битом или байт за байтом, без деления на блоки — это удобно для потокового трафика реального времени, где данные приходят непрерывно, а не заранее известным объёмом.

Главный практический минус симметричного шифрования — не в математике, а в логистике: если ключ нужно передать десяткам или тысячам получателей, безопасная доставка каждому становится отдельной задачей. Именно эту проблему решает асимметричное шифрование.

Асимметричное шифрование работает с парой математически связанных ключей — открытым и закрытым. Данные, зашифрованные открытым ключом, расшифровывает только соответствующий закрытый ключ, и наоборот. Открытый ключ можно свободно передавать по незащищённому каналу — секретность держится не на канале передачи, а на закрытом ключе, который никогда его не покидает.

↔ таблицу можно прокрутить вбок

Асимметричное шифрование решает проблему обмена ключом, но платит за это скоростью: операции с большими числами или точками на эллиптической кривой требуют на порядки больше вычислений, чем подстановки и перестановки битов в симметричном шифре. Поэтому асимметричные алгоритмы почти никогда не шифруют весь объём данных целиком — их используют для двух задач: безопасно передать симметричный сессионный ключ и создать электронную подпись, где закрытым ключом подписывают не документ целиком, а его хеш.

На практике симметричное и асимметричное шифрование почти всегда работают вместе: асимметричным алгоритмом один раз безопасно передают симметричный ключ сессии, а весь дальнейший трафик или файл шифрует уже быстрый симметричный алгоритм. Это и называется гибридной схемой — она берёт скорость от симметричного шифрования и снятие проблемы обмена ключом от асимметричного.

• TLS/HTTPS. При установке защищённого соединения браузер и сервер асимметричным алгоритмом (обычно на основе ECC) согласуют общий симметричный ключ сессии, а весь дальнейший трафик страницы шифрует уже AES или аналогичный симметричный шифр — асимметричная часть используется только на этапе рукопожатия.
• VPN и криптошлюзы. Защищённый туннель между узлами устроен по той же логике: обмен ключами через асимметричную криптографию, шифрование самого трафика — симметричным алгоритмом. Российские криптошлюзы и VPN-решения для гостребований используют схему выработки общего ключа (ВКО) на параметрах ГОСТ Р 34.10-2012 (рекомендация Р 50.1.113-2016) и ГОСТ Р 34.12-2015 для шифрования трафика. Сам ГОСТ Р 34.10-2012 — стандарт формирования и проверки электронной подписи, а не шифрования данных.
• СКЗИ и ГОСТ-криптография. Средства криптографической защиты информации, которые подпадают под требования ФСБ России, — сертифицированные криптопровайдеры, криптошлюзы, средства электронной подписи — обязаны использовать отечественные алгоритмы там, где это установлено регуляторикой, а не международные AES или RSA.