Mật mã hóa khóa chung là gì?

1. Mật mã hóa khóa chung là gì?

Mật mã hóa khóa chung (PKC), còn được gọi là mật mã hóa bất đối xứng, là một cơ chế sử dụng cả khóa chung và khóa riêng, tương ứng với việc mật mã hóa đối xứng sử dụng một khóa mật duy nhất. Việc sử dụng các cặp khóa mật cung cấp cho PKC các khả năng và tính năng độc đáo để giải quyết các thách thức cố hữu còn tồn tại trong các công nghệ mật mã hóa khác. Hình thức mật mã hóa này đã trở thành một nguyên tắc quan trọng trong bảo mật máy tính hiện đại và là thành phần chính của hệ sinh thái tiền điện tử đang phát triển.

2. Cách hoạt động của mật mã hóa khóa chung

Trong hệ thống PKC, chìa khóa chung được người dùng sử dụng để mã hóa thông tin, còn chìa khóa cá nhân được người nhận sử dụng để giải mã thông tin. Vì hai chìa khóa hoàn toàn khác nhau, nên bạn có thể chia sẻ khóa chung một cách an toàn mà không lo ảnh hưởng đến bảo mật của chìa khóa cá nhân. Mỗi bộ cặp khóa bất đối xứng là duy nhất, do đó, đảm bảo rằng thông tin được mã hóa bằng khóa chung chỉ có thể được đọc bởi người đang sở hữu chìa khóa cá nhân tương ứng.

Và bởi vì các cặp khóa được tạo bởi các thuật toán mã hóa bất đối xứng được liên kết về mặt toán học, nên độ dài chìa khóa của chúng dài hơn nhiều so với các khóa được sử dụng bởi mật mã hóa đối xứng. Độ dài của chúng thường là 1024 bit hoặc 2048 bit, vì vậy việc sử dụng khóa chung để tính ra khóa cá nhân tương ứng trở nên vô cùng khó khăn. Ngày nay, thuật toán mật mã hóa bất đối xứng phổ biến nhất có tên gọi là RSA. Trong sơ đồ RSA, các chìa khóa được tạo bằng cách nhân hai số với nhau (thường là hai số nguyên tố tương đối lớn) để thu được mô đun chung. Trong đó, Mô-đun sẽ tạo ra hai chìa khóa, một là khóa chung có thể được chia sẻ và khóa còn lại là khóa cá nhân cần được giữ bí mật. Thuật toán RSA lần đầu tiên được đề xuất bởi Rivest, Shamir và Adeld (do đó có tên RSA) vào năm 1977, và đến nay nó vẫn là một phần quan trọng của hệ thống mật mã hóa khóa chung.

3. Sử dụng PKC làm công cụ mã hóa

Mật mã hóa khóa chung giải quyết các vấn đề tồn tại từ lâu trong các thuật toán đối xứng, đó là vấn đề truyền tải thông tin giữa khóa mã hóa và khóa giải mã. Gửi một khóa đối xứng qua một kết nối không an toàn sẽ tạo ra nguy cơ bị lộ cho bên thứ ba, và bên thứ ba đó có thể đọc bất kỳ thông tin nào được mã hóa bởi khóa chung đó. Mặc dù các kỹ thuật mã hóa như giao thức trao đổi khóa Diffie-Herman dùng để giải quyết vấn đề, nhưng các khóa này vẫn dễ bị tấn công. Còn trong mật mã hóa khóa chung thì không cần phải lo lắng về điều này, và các khóa được sử dụng để mã hóa có thể được chia sẻ trên bất kỳ kết nối mạng nào. Tại thời điểm này, các thuật toán bất đối xứng cung cấp mức độ bảo vệ cao hơn so với các thuật toán đối xứng.

4. Các trường hợp sử dụng chữ ký số

Một ứng dụng khác của thuật toán mã hóa bất đối xứng là sử dụng chữ ký số để xác minh dữ liệu. Về cơ bản, chữ ký số là một hàm băm được tạo bằng cách sử dụng dữ liệu trong một thông điệp. Sau khi thông tin được gửi đi, người nhận có thể sử dụng khóa chung của người gửi để xác minh chữ ký, từ đó xác minh nguồn gốc của thông điệp và đảm bảo thông điệp chưa bị thay đổi. Trong một số trường hợp, chữ ký số và kỹ thuật mã hóa đồng thời được áp dụng, vì bản thân hàm băm cũng có thể bị mã hóa. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng không phải tất cả các hệ thống chữ ký số đều sử dụng công nghệ mã hóa.

5. Hạn chế

Thật vậy, PKC có thể được sử dụng để nâng cấp tính bảo mật của máy tính và tính toàn vẹn của việc xác minh thông tin, nhưng nó cũng có những hạn chế nhất định. Bởi vì việc mã hóa và giải mã liên quan đến các hoạt động toán học phức tạp, nên thuật toán bất đối xứng cũng có thể chậm hơn một chút khi xử lý một lượng lớn dữ liệu. Và loại mật mã hóa này cũng phụ thuộc rất nhiều vào giả định rằng các khóa cá nhân sẽ được giữ bí mật. Nếu chìa khóa cá nhân vô tình được chia sẻ hoặc bị tiết lộ thì, tính bảo mật của thông tin được mã hóa bằng khóa chung tương ứng cũng sẽ bị ảnh hưởng. Đôi khi, khóa cá nhân của người dùng có thể vô tình bị mất, và trong trường hợp này, người dùng sẽ mất quyền truy cập vào dữ liệu được mã hóa.

6. Các ứng dụng của mật mã hóa khóa chung

Loại mật mã hóa này được sử dụng bởi nhiều hệ thống máy tính hiện đại để cung cấp bảo mật cho những thông tin nhạy cảm. Ví dụ, mật mã hóa khóa chung có thể được sử dụng để mã hóa email, giúp đảm bảo tính bảo mật của nội dung. Đồng thời, giao thức Lớp cổng bảo mật (SSL), cũng sử dụng mật mã bất đối xứng, cho phép các trang web kết nối an toàn với nhau. Hệ thống PKC cũng đã được sử dụng như một phương tiện cung cấp một môi trường bỏ phiếu điện tử an toàn (môi trường bỏ phiếu điện tử này sẽ cho phép cử tri tham gia bầu cử tại nhà trên máy tính).

Các đặc tính của PKC cũng được biểu hiện rất nổi bật trong công nghệ Blockchain và tiền điện tử. Khi một ví tiền điện tử mới được tạo ra, thì một cặp khóa (chung và cá nhân) sẽ được tạo ra. Địa chỉ công cộng được tạo bằng khóa chung và có thể được chia sẻ an toàn với người khác. Mặt khác, các khóa cá nhân được sử dụng để tạo chữ ký số và xác minh các giao dịch, vì vậy chúng phải được giữ bí mật. Sau khi giao dịch được xác minh bằng hàm băm, thì chúng có thể được thêm vào sổ cái Blockchain. Hệ thống chữ ký số đảm bảo rằng chỉ những người dùng có khóa cá nhân tương ứng với ví tiền điện tử đó mới có thể lấy tiền từ ví. Nhưng điều đáng chú ý là các mật mã bất đối xứng được sử dụng trong các ứng dụng tiền điện tử sẽ khác so với các mật mã được sử dụng cho mục đích bảo mật máy tính. Ví dụ: Bitcoin và Ethereum sử dụng Thuật toán chuyên dụng có tên gọi là chữ ký số Elliptic Curve (ECDSA) để xác minh các giao dịch.

7. Kết luận

Từ bảo mật máy tính đến xác minh các giao dịch tiền điện tử có thể thấy rằng, mật mã hóa khóa chung phát huy vai trò chính trong việc bảo vệ an ninh của các hệ thống số hiện đại. Bằng cách sử dụng các khóa chung và khóa cá nhân, các thuật toán mã hóa bất đối xứng giải quyết các vấn đề bảo mật vốn có trong mật mã đối xứng. Việc sử dụng PKC đã được trải nghiệm trong nhiều năm và nó cũng liên tục phát triển các ứng dụng của mình trong các lĩnh vực mới nổi, đặc biệt là các lĩnh vực Blockchain và tiền điện tử.

Đọc thêm: