העניין הנרחב במערכות הצפנה מבוססות מפתח ציבורי גרם להיווצרותן של מספר מערכות הצפנה שימושיות חשובות. להלן עקרונות המערכות .

בתור קו מנחה בסיסי, מערכת הצפנה מבוססת מפתח ציבורי מושתתת על בעיה מתמטית מסובכת: קח בעיה מסובכת (לדוגמא קשה ב- NP ) אשר ניתן למצוא עבורה מקרה פרטי של פתרון הנפתר בזמן פולינומיאלי. על מנת להצפין ידיעה, יש להמיר את הידיעה למקרה הקל (Instance Easy) של הבעיה המסובכת, ואז להשתמש במפתח הציבורי להמרה של הבעיה הפשוטה לבעיה מסובכת. התוצאה נשלחת אזי אל המקבל דרך ערוץ לא מאובטח. על מנת לפענח יש להשתמש במפתח הפרטי על מנת להמיר את הבעיה המסובכת לפשוטה ולפתור אותה על מנת לשחזר את הידיעה. כל מערכות מפתח הציבורי משתמשות באותו עיקרון, למרות שהן שונות בצורה משמעותית בפרטים (כמו למשל במבנה המפתח הציבורי או הפרטי).

לסקירה טובה על אורכי מפתח הולמים ראה:

Lenstra and Verheul's Selecting Cryptographic Key Sizes

הופיע ב- Public Key Cryptography 2000

הם מציגים ניתוח שלם על גדלי מפתחות עבור כמעט כל מערכות ההצפנה.