Hai con đường của Mật mã học: Mã hóa đối xứng và không đối xứng bảo vệ dữ liệu của bạn như thế nào

Trong thế giới số ngày nay, Mật mã học được chia thành hai nhánh chính: mật mã khóa đối xứng và mã hóa bất đối xứng. Hai phương pháp này đều có ưu nhược điểm riêng, nhưng vấn đề cốt lõi mà chúng giải quyết hoàn toàn khác nhau - một phương pháp theo đuổi tốc độ, một phương pháp theo đuổi an toàn.

Sự khác biệt cơ bản nhất nằm ở đâu?

Sự khác biệt giữa mã hóa khóa đối xứng và mã hóa khóa không đối xứng rất đơn giản nhưng lại rất quan trọng: cái trước sử dụng một chìa khoá bảo mật duy nhất để mã hóa và giải mã, trong khi cái sau cần hai chìa khoá bảo mật khác nhau nhưng có liên quan. Sự khác biệt có vẻ đơn giản này quyết định toàn bộ cách thức hoạt động và các đặc tính an toàn của chúng.

Chìa khoá bảo mật hoạt động như thế nào

Trong hệ thống mật mã học, chìa khoá bảo mật về bản chất là một chuỗi các bit, được sử dụng để mã hóa và giải mã thông tin.

Nguyên lý hoạt động của mã hóa khóa đối xứng rất trực quan: bạn dùng cùng một chìa khóa vừa có thể khóa cửa, vừa có thể mở cửa. Nếu Catarina muốn gửi thông điệp bí mật cho Max bằng mã hóa khóa đối xứng, cô ấy phải gửi chìa khóa cho anh ta. Nhưng ở đây ẩn chứa rủi ro - nếu chìa khóa bị chặn trong quá trình truyền tải, kẻ tấn công có thể đọc tất cả nội dung đã mã hóa.

Mã hóa không đối xứng thì hoàn toàn khác biệt. Trong hệ thống này:

• Chìa khoá công khai：được sử dụng để mã hóa, có thể chia sẻ công khai
• Chìa khoá bảo mật: dùng để giải mã, phải được giữ bí mật nghiêm ngặt

Nếu Catarina muốn gửi tin nhắn cho Max bằng cách sử dụng mã hóa không đối xứng, cô ấy sẽ mã hóa bằng chìa khoá bảo mật công khai của Max, chỉ có Max, người nắm giữ chìa khoá bảo mật tương ứng, mới có thể giải mã. Ngay cả khi kẻ tấn công chặn thông tin và chìa khoá bảo mật công khai, họ cũng không thể giải mã nội dung - đây chính là lợi thế an toàn mà mã hóa không đối xứng cung cấp.

Chìa khoá bảo mật độ dài bí mật

Hai loại phương pháp mã hóa có sự khác biệt lớn về chiều dài chìa khoá bảo mật, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến độ an toàn.

Chìa khoá bảo mật đối xứng thường có độ dài 128 hoặc 256 bit, độ dài tương đối ngắn. Chìa khoá bảo mật không đối xứng vì cần thiết phải thiết lập mối quan hệ toán học (đây chính là chỗ mà kẻ tấn công có thể lợi dụng), phải dài hơn nhiều - thường là 2048 bit hoặc dài hơn. Thú vị là, độ mạnh bảo mật của chìa khoá bảo mật đối xứng 128 bit tương đương với chìa khoá bảo mật không đối xứng 2048 bit.

Mỗi người có ưu điểm và nhược điểm riêng

Lợi thế của mã hóa khóa đối xứng:

• Tốc độ tính toán nhanh
• Chiếm dụng khả năng xử lý ít
• Phù hợp để bảo vệ một lượng lớn dữ liệu

Nhược điểm của mã hóa khóa đối xứng:

• Chìa khoá bảo mật phân phối khó khăn - cần truyền đạt an toàn chìa khoá bảo mật cho tất cả các bên cần thiết
• Một khi chìa khoá bảo mật bị rò rỉ, tất cả các giao tiếp đều bị lộ.

Ưu điểm của mã hóa không đối xứng:

• Hoàn toàn giải quyết vấn đề phân phối chìa khoá bảo mật
• Khóa công khai có thể chia sẻ tự do, không cần bảo mật
• An ninh cao hơn

Nhược điểm của mã hóa không đối xứng:

• Tốc độ xử lý chậm hơn nhiều
• Tiêu tốn nhiều tài nguyên tính toán
• Chìa khoá bảo mật dài

Chúng được áp dụng như thế nào

Ứng dụng của mã hóa khóa đối xứng

Bởi vì tốc độ nhanh, mã hóa khóa đối xứng được sử dụng rộng rãi để bảo vệ dữ liệu quy mô lớn. Chính phủ Hoa Kỳ áp dụng AES (Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao) để mã hóa thông tin bí mật và bảo mật. DES (Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu) ban đầu được ra mắt vào những năm 1970, nhưng hiện nay đã được coi là không đủ an toàn.

Ứng dụng của mã hóa bất đối xứng

Khi nhiều người dùng cần trao đổi thông tin mã hóa mà không yêu cầu tốc độ nghiêm ngặt, mã hóa bất đối xứng sẽ phù hợp hơn. Email mã hóa là một ví dụ điển hình - người gửi mã hóa bằng chìa khoá bảo mật công khai của người nhận, người nhận giải mã bằng chìa khoá bảo mật riêng của mình.

Giải pháp hỗn hợp - Lựa chọn tối ưu trong thực tế

Trên thực tế, nhiều hệ thống hiện đại sử dụng đồng thời hai phương pháp mã hóa. SSL (Lớp ổ cắm an toàn) và TLS (Giao thức an toàn tầng truyền tải) là những giao thức hỗn hợp như vậy, cung cấp bảo mật cho giao tiếp Internet. Cần lưu ý rằng, SSL đã được xác định là không an toàn và nên ngừng sử dụng; trong khi đó, TLS được tin tưởng rộng rãi và tất cả các trình duyệt chính đều đang sử dụng.

Sự thật trong thế giới tiền mã hóa

Mật mã học đóng vai trò quan trọng trong ví mã hóa. Khi người dùng thiết lập bảo vệ bằng mật khẩu, thực chất là đang mã hóa chìa khoá bảo mật để truy cập vào tệp ví.

Nhưng có một hiểu lầm phổ biến ở đây: Bitcoin và các loại tiền mã hóa khác thực sự sử dụng cặp chìa khoá công khai và chìa khoá riêng, nhưng điều này không đồng nghĩa với việc chúng sử dụng mật mã khóa đối xứng. Tại sao? Bởi vì Mật mã học khóa đối xứng có hai mục đích chính - mã hóa và chữ ký số. Chữ ký số có thể tồn tại mà không cần mã hóa.

Lấy Bitcoin làm ví dụ, nó sử dụng ECDSA (Thuật toán chữ ký số Elliptic Curve), đây là một thuật toán chữ ký số và không liên quan đến quá trình mã hóa. So với RSA, nó có thể được sử dụng cho cả mã hóa và chữ ký số, nhưng ECDSA hoàn toàn là một giải pháp chữ ký.

Suy nghĩ cuối cùng

Mã hóa khóa đối xứng và mã hóa không đối xứng đều là nền tảng của an ninh dữ liệu hiện đại. Không có sự thắng thua tuyệt đối, chỉ có sự phù hợp với bối cảnh - nhu cầu tốc độ lựa chọn mã hóa khóa đối xứng, nhu cầu an ninh lựa chọn mã hóa không đối xứng, hệ thống phức tạp thì sử dụng cả hai. Với sự phát triển của khoa học Mật mã học và sự xuất hiện của các mối đe dọa mới, cả hai hệ thống chìa khoá bảo mật này sẽ tiếp tục giữ vị trí cốt lõi trong an ninh máy tính.