Cryptography là gì? Khoa học đảm bảo quyền riêng tư kỹ thuật số của bạn

Mỗi lần bạn đăng nhập vào tài khoản ngân hàng, gửi tin nhắn riêng tư hoặc thực hiện giao dịch trực tuyến, một thứ vô hình nhưng mạnh mẽ đang hoạt động ở nền background: mật mã học. Nhưng bạn có thực sự biết nó là gì và cách nó bảo vệ dữ liệu của bạn như thế nào không? Hãy cùng khám phá.

Mật mã học trong Cuộc sống Hàng ngày của Bạn

Có thể bạn chưa biết, nhưng mật mã học xuất hiện ở khắp mọi nơi:

• Khoá xanh (HTTPS) trong trình duyệt của bạn là mật mã học đang bảo vệ bạn
• Tin nhắn của bạn trên WhatsApp hoặc Signal được mã hoá đầu cuối
• Mật khẩu ngân hàng của bạn di chuyển mã hoá qua internet
• Giao dịch bằng tiền điện tử như bitcoin hoạt động nhờ mật mã học
• Thậm chí Wi-Fi trong nhà bạn cũng sử dụng các thuật toán mật mã

Không có nó, thương mại điện tử sẽ không thể tồn tại, các liên lạc sẽ bị phơi bày và blockchain sẽ không tồn tại.

Thật sự “Mật mã học” nghĩa là gì?

Mật mã học xuất phát từ tiếng Hy Lạp: “kryptos” (ẩn) + “graphia” (viết). Nghĩa đen là “viết ẩn”. Nhưng trong kỷ nguyên số, nó còn hơn thế nữa.

Mật mã học là khoa học đảm bảo:

• Bảo mật: Chỉ người cần đọc mới có thể đọc được
• Toàn vẹn: Thông điệp không bị thay đổi trong quá trình truyền
• Xác thực: Bạn xác minh được người gửi đúng là ai
• Không phủ nhận: Người gửi không thể phủ nhận đã gửi tin

Một cách đơn giản để hiểu: tưởng tượng bạn muốn gửi một bí mật cho bạn của mình. Bạn biến mỗi chữ thành chữ kế tiếp trong bảng chữ cái (A→B, B→C, v.v.). Chỉ bạn của bạn, người biết quy tắc này, mới có thể giải mã. Đó là mật mã học cơ bản.

Từ Mã Caesar đến Thế giới Lượng tử: Một hành trình thời gian

Mật mã học không mới mẻ. Trong hàng nghìn năm, con người đã cố gắng bảo vệ bí mật của mình.

Thời cổ đại: Người Ai Cập đã dùng các ký tự tượng hình mã hoá. Người Hy Lạp sáng tạo ra chiếc gậy của Sparta: một cây gậy cuộn giấy. Thông điệp chỉ đọc được khi cuộn giấy quanh cây gậy cùng kích thước.

Thời Trung cổ và Phục hưng: Mã Caesar (thế kỷ I TCN) đơn giản mà hiệu quả: dịch chuyển mỗi chữ một số vị trí cố định. Dễ bị phá vỡ, nhưng rất đột phá thời đó. Mã Vigenère (thế kỷ XVI) phức tạp hơn và được xem là “không thể giải mã” trong 300 năm.

Thời kỳ Chiến tranh Thế giới thứ hai: Máy Enigma của Đức là bước ngoặt. Kết hợp các roto để tạo ra hàng triệu tổ hợp. Liên minh Đồng minh (bao gồm Alan Turing) đã phá mã thành công, quyết định chiến tranh.

Thời đại số: Năm 1976, Diffie và Hellman cách mạng hoá toàn bộ với mật mã khóa công khai. Sớm sau đó là RSA, thuật toán vẫn giữ vai trò nền tảng ngày nay. Năm 70, DES ra đời, năm 2000 AES trở thành tiêu chuẩn toàn cầu.

Giờ đây, chúng ta đối mặt với thử thách mới: máy tính lượng tử có thể phá vỡ các thuật toán hiện tại, vì vậy đang phát triển mật mã hậu lượng tử.

Hai phương pháp chính: Mật mã đối xứng vs. Mật mã bất đối xứng

Có hai cách cơ bản để mã hoá thông tin:

Mật mã Đối xứng (Khóa Bí mật)

Cách hoạt động: cùng một khoá để mã hoá và giải mã.

Tương tự: Một chiếc chìa khoá bình thường mở và khoá cửa.

Ưu điểm: Rất nhanh, lý tưởng để mã hoá lượng lớn dữ liệu.

Nhược điểm: Làm thế nào để chia sẻ khoá mà không bị ai đó chặn lấy?

Ví dụ: AES, DES, Blowfish

Mật mã Bất đối xứng ()Khóa công khai(

Cách hoạt động: bạn có hai khoá liên quan về mặt toán học: một khoá công khai )để người khác mã hoá( và một khoá riêng )chỉ dành cho bạn(.

Tương tự: Một hộp thư có khe. Ai cũng có thể gửi thư )bằng khoá công khai(, nhưng chỉ chủ hộp thư, dùng khoá riêng )mới mở được(.

Ưu điểm: Giải quyết vấn đề trao đổi khoá an toàn. Cho phép ký số điện tử.

Nhược điểm: Chậm hơn đối xứng.

Ví dụ: RSA, ECC )Mật mã Elliptic Curve###

Trong thực tế: Thường dùng kết hợp. HTTPS, ví dụ, dùng mật mã bất đối xứng để trao đổi khoá rồi chuyển sang đối xứng để mã hoá nhanh dữ liệu.

Các Thuật toán Bảo vệ Internet

( AES )Tiêu chuẩn Mã hoá Nâng cao###

Tiêu chuẩn toàn cầu về mã hoá đối xứng. Sử dụng khối 128 bit và khoá 128, 192 hoặc 256 bit. Gần như không thể phá vỡ bằng công nghệ hiện tại.

RSA

Dựa trên độ khó của việc phân tích các số cực lớn. Dùng để trao đổi khoá, ký số điện tử, là nền tảng của nhiều chứng chỉ SSL/TLS.

( SHA )Thuật toán băm an toàn###

Chức năng băm tạo ra “dấu vân tay” của dữ liệu. SHA-256 đặc biệt quan trọng trong blockchain và bitcoin.

Các đặc tính chính của hàm băm:

• Một chiều: không thể lấy lại dữ liệu gốc từ hash
• Định hướng: cùng đầu vào = cùng kết quả
• Hiệu ứng quả bom nổ: thay đổi nhỏ cũng tạo ra hash hoàn toàn khác
• Chống va chạm: gần như không thể tìm ra hai dữ liệu khác nhau cùng cho ra hash giống nhau

Bạn Có Thể Thấy Mật mã Học Ở Đâu Hôm Nay?

( Trong Trình duyệt của Bạn )HTTPS/TLS###

Khoá xanh biểu thị kết nối của bạn được bảo vệ. Trình duyệt và máy chủ trao đổi khoá bất đối xứng, rồi mã hoá đối xứng. Mật khẩu, dữ liệu ngân hàng và thông tin thẻ của bạn di chuyển an toàn.

( Trong Tin nhắn )Mã hoá đầu cuối###

Signal, WhatsApp và các ứng dụng khác dùng E2EE. Máy chủ thậm chí không thể xem tin nhắn của bạn. Chỉ bạn và người nhận mới đọc được.

Trong Tiền điện tử và Blockchain

Bitcoin và ethereum hoàn toàn dựa vào mật mã học:

• Địa chỉ được tạo bằng hàm băm và ký số
• Giao dịch được xác minh bằng mật mã
• Các khối liên kết bằng hash, tạo thành chuỗi bất biến
• Các hợp đồng thông minh được bảo vệ bằng ký số điện tử

Không có mật mã học, blockchain sẽ không đáng tin cậy hay minh bạch.

Trong Ngân hàng

TLS/SSL bảo vệ ngân hàng trực tuyến của bạn. Chip EMV trong thẻ dùng thuật toán mật mã. Máy rút tiền mã hoá PIN của bạn. Giao dịch thanh toán được xác thực bằng mật mã ở từng bước.

Trong Doanh nghiệp

Cơ sở dữ liệu mã hoá, VPN cho truy cập từ xa, email mã hoá, ký số trong tài liệu, hệ thống quản lý truy cập dựa trên mật mã. Toàn bộ hạ tầng CNTT hiện đại đều phụ thuộc vào nó.

Thử thách Lượng tử và Mật mã Học Tương lai

Một máy tính lượng tử đủ mạnh có thể phá RSA và ECC bằng thuật toán Shor. Vậy thì sao?

Hai giải pháp nổi bật:

( Mật mã Hậu lượng tử )PQC###

Các thuật toán mới chống tấn công lượng tử. Dựa trên các bài toán toán học khác: mạng mật mã, mã lỗi, phương trình đa chiều. NIST đang tiêu chuẩn hoá các ứng viên tốt nhất.

( Phân phối Khoá Lượng tử )QKD(

Dựa trên nguyên lý của cơ học lượng tử. Mọi cố gắng chặn bắt khoá đều phá huỷ nó, cảnh báo người dùng. Không phải mã hoá, mà là phương pháp cực kỳ an toàn để chia sẻ khoá.

Cả hai công nghệ đã có trong các dự án thử nghiệm. Cuộc đua đang diễn ra.

Mật mã Học vs. Steganography: Sự Khác biệt

• Mật mã học: Che giấu nội dung tin nhắn. Có thể thấy rõ là có dữ liệu mã hoá.
• Steganography: Che giấu sự tồn tại của tin nhắn. Giấu trong hình ảnh, âm thanh hoặc video bình thường.

Thường kết hợp cả hai: mã hoá trước, rồi mới giấu.

Nếu Bạn Muốn Làm Việc Trong Lĩnh vực Này

Nhu cầu chuyên gia mật mã học tăng theo cấp số nhân. Các nghề có thể theo đuổi:

• Nhà mật mã học/Nghiên cứu: Phát triển thuật toán và giao thức mới
• Kỹ sư An ninh mạng: Triển khai giải pháp mật mã
• Chuyên gia Phân tích mật mã: Tìm lỗ hổng trong hệ thống
• Lập trình viên Bảo mật: Sử dụng đúng API mật mã
• Kiểm thử xâm nhập (Pentester): Thử nghiệm an toàn hệ thống

Bạn cần: Toán học vững chắc, lập trình )Python, C++, Java(, tư duy phân tích, học tập liên tục.

Các trường đại học hàng đầu )MIT, Stanford, ETH Zurich( có các chương trình mạnh. Các nền tảng trực tuyến )Coursera, edX cung cấp khoá học. Nhu cầu cao, lương vượt trung bình ngành CNTT.

Nếu Phát Hiện Lỗi Mật mã Học?

“Lỗi mật mã học” là chung chung. Nguyên nhân có thể: chứng chỉ hết hạn, phần mềm cũ, cấu hình sai.

Giải pháp:

• Khởi động lại phần mềm/máy tính
• Kiểm tra ngày của chứng chỉ
• Cập nhật trình duyệt, hệ điều hành, phần cứng mật mã
• Kiểm tra cấu hình
• Thử trình duyệt khác
• Liên hệ bộ phận hỗ trợ kỹ thuật

Kết luận: Tại sao bạn nên hiểu điều này

Mật mã học không chỉ dành cho chuyên gia. Nó là công nghệ nền tảng đảm bảo quyền riêng tư trực tuyến của bạn, bảo vệ tiền của bạn, giữ bí mật của bạn an toàn và làm cho blockchain khả thi.

Từ các số cổ xưa đến lượng tử, từ HTTPS đến bitcoin, mật mã học liên tục biến đổi cách chúng ta sống số hoá.

Bạn không cần phải ghi nhớ các thuật toán. Nhưng hiểu rằng nó tồn tại, cách hoạt động chung và tại sao nó quan trọng, sẽ giúp bạn trở thành người dùng số an toàn và có kiến thức hơn.

Lần tới khi bạn thấy khoá xanh trong trình duyệt hoặc nhận được tin nhắn mã hoá, bạn sẽ biết chính xác điều gì đang diễn ra phía sau hậu trường: mật mã học đang làm việc thầm lặng để bảo vệ bạn.