Bảo quản dữ liệu bằng mã hóa là một nhiệm vụ chưa bao giờ quan trọng hơn hiện nay. Cho dù để bảo vệ thông tin cá nhân hay hồ sơ kinh doanh nhạy cảm, mã hóa là biện pháp bảo vệ đầu tiên chống lại các cuộc tấn công mạng, đặc biệt là trong ngành tiền điện tử và thanh toán.
Hai loại mã hóa thường được sử dụng trong mật mã học là đối xứng và bất đối xứng. Mặc dù cả hai đều phục vụ cùng một mục đích nhưng chúng có cách tiếp cận hơi khác nhau đối với việc bảo vệ dữ liệu.
Vậy, sự khác biệt giữa mật mã đối xứng và bất đối xứng là gì? Và cái nào tốt hơn?
Các Điểm Chính
- Mã hóa đối xứng dựa trên khóa bí mật chung, trong khi mã hóa bất đối xứng sử dụng một cặp hai khóa.
- Mã hóa bất đối xứng giải quyết các thách thức về phân phối khóa và liên lạc an toàn với các bên không xác định.
- Cả hai phương pháp đều được sử dụng trong các ứng dụng hiện đại và phục vụ các mục đích khác nhau tùy thuộc vào mức độ bảo mật và hiệu quả cần thiết.
Mã Hóa Đối Xứng
Mã hóa đối xứng, còn được gọi là mật mã khóa bí mật, là phương pháp mã hóa tin nhắn đơn giản nhất. Nó liên quan đến việc sử dụng một khóa duy nhất cho cả quy trình mã hóa và giải mã. Khóa này có thể là một chuỗi bit, một thuật toán toán học hoặc một tập hợp các từ ngẫu nhiên chỉ có người tạo và người nhận biết.
Cả bên gửi và bên nhận đều sử dụng cùng một khóa, do đó có thuật ngữ “đối xứng”. Khóa được giữ bí mật và phải được trao đổi một cách an toàn.
Cách Mã Hóa Đối Xứng Hoạt Động
Quy trình này bao gồm ba bước chính:
Tạo Khóa
Khóa bí mật được tạo bằng trình tạo số ngẫu nhiên hoặc thuật toán bảo mật. Độ dài của khóa phụ thuộc vào mức độ bảo mật mà người gửi và người nhận yêu cầu. Nói chung, các khóa càng dài thì càng an toàn vì chúng tạo ra nhiều tổ hợp khả thi hơn để kẻ tấn công phải phán đoán.
Mã Hóa
Tin nhắn văn bản gốc được chia thành các khối có kích thước cố định và khóa bí mật được áp dụng cho mỗi khối bằng quy trình được gọi là “mật mã”. Kết quả của thao tác này được gọi là bản mã
Giải Mã
Khi người nhận nhận được tin nhắn được mã hóa, họ sử dụng khóa bí mật giống như người gửi để đảo ngược quá trình mã hóa, bao gồm việc áp dụng thao tác giải mã trên mỗi khối văn bản mã hóa để lấy lại tin nhắn gốc.
Ưu Điểm
Hoạt động mã hóa đối xứng mang lại một số lợi ích cho người dùng và nhà phát triển:
- Tốc độ: Các thuật toán có hiệu quả về mặt tính toán và lý tưởng để mã hóa nhanh chóng lượng lớn dữ liệu.
- Tính đơn giản: Việc triển khai đơn giản và yêu cầu ít sức mạnh tính toán hơn so với mã hóa bất đối xứng.
- Truyền thông bảo mật: Nó đảm bảo liên lạc an toàn giữa các cá nhân sở hữu cùng một khóa bí mật.
Nhược Điểm
Đồng thời, mã hóa đối xứng cũng có những hạn chế:
- Phân phối khóa: Thách thức chính với mã hóa đối xứng là phân phối khóa bí mật một cách an toàn cho tất cả các bên liên quan. Bảo mật của toàn bộ hệ thống sẽ gặp rủi ro nếu khóa bị xâm phạm.
- Khả năng mở rộng: Phương pháp này không thể mở rộng cho các mạng lớn hoặc các tình huống mà nhiều bên cần liên lạc một cách an toàn.
Mã Hóa Bất Đối Xứng
Mã hóa bất đối xứng, còn được gọi là mã hóa khóa công khai, là một kỹ thuật mã hóa hiện đại sử dụng một cặp khóa công khai và riêng tư. Khóa công khai có sẵn cho bất kỳ ai, trong khi khóa riêng vẫn được giữ bí mật. Mật mã bất đối xứng cung cấp giải pháp cho vấn đề phân phối khóa mà bảo mật kỹ thuật số đối xứng gặp phải.
Cách Mã Hóa Bất Đối Xứng Hoạt Động
Trong loại thuật toán mã hóa này, có ba quy trình tương tự được góp mặt. Tuy nhiên, so với phương pháp đã đề cập trước đó, có một số khác biệt nhỏ:
Tạo Khóa
Quy trình bắt đầu bằng việc tạo một cặp khóa – khóa chung và khóa bí mật. Bất chấp mối quan hệ toán học của chúng, các khóa này không thể được suy ra từ nhau. Sau đó, khóa chung sẽ được chia sẻ với bất kỳ ai muốn liên lạc an toàn với chủ sở hữu khóa riêng.
Mã Hóa
Để gửi tin nhắn một cách an toàn theo mô hình bảo mật mật mã bất đối xứng, người gửi sử dụng khóa chung của người nhận để mã hóa tin nhắn. Quá trình này chuyển đổi dữ liệu gốc thành mã được mã hóa, khiến bất kỳ ai không sở hữu khóa bí mật đều không thể đọc được.
Giải Mã
Chỉ người nhận dữ liệu được mã hóa mới có thể sử dụng khóa bí mật tương ứng của họ để giải mã tin nhắn và lấy lại bản rõ gốc. Mã hóa bất đối xứng đảm bảo rằng chỉ những bên được ủy quyền mới có thể truy cập thông tin quan trọng, bổ sung thêm một lớp bảo mật cho quá trình liên lạc.
Ưu Điểm
Dưới đây là những lợi ích chính mà loại mã hóa này mang lại:
- Phân phối khóa: Nó loại bỏ nhu cầu phân phối khóa an toàn. Khóa công khai có thể được chia sẻ với mọi người, trong khi khóa riêng tư phải được giữ bí mật.
- Giao tiếp an toàn: Nó đảm bảo tính bảo mật và tin cậy giữa các bên chưa từng gặp nhau trước đây hoặc không có thỏa thuận trước về khóa bí mật chung.
- Chữ ký số: Nó cho phép tạo chữ ký số, cung cấp tính xác thực cho tài liệu kỹ thuật số.
Nhược Điểm
Tuy nhiên, phương pháp này không phải là không có điểm yếu:
- Độ tính toán phức tạp: Các thuật toán của nó nặng về mặt tính toán và chậm hơn so với phương pháp đối xứng. Vì vậy, việc truyền khối lượng lớn dữ liệu bằng phương pháp này sẽ khó hơn.
- Độ dài khóa: Cần có độ dài khóa dài hơn để có đủ mức bảo mật trong mã hóa bất đối xứng so với thuật toán đối xứng.
- Quản lý khóa: Phương pháp này yêu cầu quản lý cẩn thận các cặp khóa để ngăn chặn truy cập trái phép vào khóa riêng tư.
Khi nào nên sử dụng mã hóa đối xứng và bất đối xứng?
Cả hai loại mã hóa đều có điểm mạnh và điểm yếu, khiến chúng phù hợp với các trường hợp sử dụng khác nhau.
Mã đối xứng nhanh hơn và hiệu quả hơn, hoàn hảo để xử lý lượng lớn dữ liệu. Mặt khác, mã hóa bất đối xứng mang lại mức độ bảo mật cao hơn vì các bên không cần trao đổi khóa bí mật của mình.
Việc áp dụng mã hóa đối xứng
Một số ví dụ phổ biến về mã hóa đối xứng được sử dụng bao gồm các ứng dụng nhắn tin an toàn như WhatsApp và Signal, sử dụng Signal Protocol để mã hóa hai đầu.
Trong lĩnh vực ngân hàng, việc mã hóa hàng loạt lượng lớn dữ liệu được thực hiện bằng cách triển khai một số thuật toán mã hóa đối xứng nhất định. Các ứng dụng thanh toán, chẳng hạn như giao dịch thẻ, sử dụng dữ liệu được mã hóa đối xứng để bảo vệ thông tin nhận dạng cá nhân (PII) và ngăn chặn hành vi trộm cắp danh tính hoặc các khoản phí gian lận.
Mã hóa bất đối xứng trong các ứng dụng ngày nay
Mặt khác, mã hóa bất đối xứng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng hiện đại. Mật mã học trong blockchain có tầm quan trọng đặc biệt.
Hầu hết các loại tiền điện tử, chẳng hạn như BTC và ETH, đều sử dụng mã hóa bất đối xứng để quản lý địa chỉ trên blockchain. Hơn nữa, phương pháp này bảo vệ cả hợp đồng thông minh.
Trong các giao thức SSL và TLS được áp dụng để truyền dữ liệu an toàn giữa trình duyệt của người dùng và máy chủ, mã hóa bất đối xứng là một trong những yếu tố quan trọng nhất của quá trình trao đổi khóa.
Bảo vệ dữ liệu bất đối xứng cũng là cơ sở để bảo mật các giao thức liên lạc qua email như PGP và S/MIME. Các giao thức này sử dụng khóa chung và khóa riêng để bảo vệ nội dung email, đảm bảo chỉ người có khóa riêng chính xác mới có thể giải mã và đọc thư, mang lại sự riêng tư và bảo vệ tính toàn vẹn của thư.
Kết luận
Trong kỷ nguyên kỹ thuật số ngày nay, dữ liệu có giá trị lớn nhất đối với mọi tổ chức và dự án. Khi tội phạm mạng gia tăng và các hành vi vi phạm gây ra mối đe dọa đáng kể đối với thông tin hoặc tài sản của cá nhân, thì các kỹ thuật mã hóa mạnh mẽ sẽ trở thành nhu cầu cấp thiết.
Câu hỏi thường gặp
AES là gì?
AES là một phương pháp đối xứng nổi tiếng được thiết kế để bảo vệ dữ liệu nhạy cảm khỏi bị truy cập trái phép. Nó hoạt động bằng cách chuyển đổi dữ liệu thành các khối và bảo mật bằng mật mã cho từng khối riêng biệt bằng cách sử dụng kết hợp các kỹ thuật thay thế, chuyển vị và trộn.
RSA là gì?
RSA là một thuật toán bất đối xứng sử dụng hệ số của hai số nguyên tố để mang lại khả năng bảo vệ mạnh mẽ. Nó được sử dụng rộng rãi để bảo mật các trao đổi khóa và chữ ký số, mang lại tính bảo mật cao cho dữ liệu quan trọng.
Mã hóa AES và RSA: chúng khác nhau như thế nào?
AES và RSA là hai phương pháp khác nhau với những điểm mạnh và ứng dụng riêng biệt. Trong khi AES là một thuật toán đối xứng được thiết kế để mã hóa và giải mã dữ liệu nhanh chóng thì RSA là một phương pháp bất đối xứng được sử dụng chủ yếu để trao đổi khóa an toàn và chữ ký số. Chúng khác nhau về tốc độ, độ dài khóa và trường hợp sử dụng. Cả AES và RSA đều được coi là thuật toán mã hóa có độ an toàn cao khi được triển khai chính xác.
Máy tính lượng tử có thể phá vỡ AES không?
Không, máy tính lượng tử không thể giải mã AES nếu sử dụng kích thước khóa đủ lớn. Máy tính lượng tử xuất sắc trong việc giải quyết một số vấn đề toán học nhất định mà máy tính truyền thống gặp khó khăn, khiến chúng trở thành mối đe dọa đối với các phương pháp mã hóa hiện có. Tuy nhiên, nếu bạn sử dụng độ dài khóa dài hơn trong AES (256 bit trở lên), thời gian và tài nguyên cần thiết để máy lượng tử giải mã tin nhắn sẽ trở nên không thực tế.
