Mã hóa đối xứng và không đối xứng: một phân tích so sánh

Mật mã hiện đại được chia thành hai nhánh chính: đối xứng và bất đối xứng. Mã hóa đối xứng thường được so sánh với mật mã khóa đối xứng, trong khi bất đối xứng bao gồm hai ứng dụng cơ bản: mã hóa khóa công khai và chữ ký số.

Phân loại này có thể được cấu trúc theo cách sau:

Mật mã khóa đối xứng:

• Mật mã khóa đối xứng

Mật mã bất đối xứng (o của khóa công khai):

• Cifrado asimétrico
• Chữ ký số ( có hoặc không có mã hóa )

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào việc xem xét các thuật toán mật mã khóa đối xứng và bất đối xứng.

Sự khác biệt giữa mã hóa đối xứng và bất đối xứng

Sự khác biệt chính giữa hai phương pháp này nằm ở số lượng khóa được sử dụng. Các thuật toán đối xứng sử dụng một khóa duy nhất, trong khi các thuật toán bất đối xứng sử dụng một cặp khóa liên quan nhưng khác nhau. Sự đơn giản bề ngoài này đi kèm với những khác biệt quan trọng về chức năng và ứng dụng.

Mối quan hệ giữa các khóa

Trong mật mã, các thuật toán tạo ra khóa dưới dạng chuỗi bit để mã hóa và giải mã thông tin. Cách sử dụng những khóa này đánh dấu sự khác biệt giữa các phương pháp đối xứng và bất đối xứng.

Mật mã khóa đối xứng sử dụng cùng một khóa cho cả hai hoạt động, trong khi đó, mã hóa không đối xứng sử dụng một khóa để mã hóa và một khóa khác để giải mã. Trong các hệ thống mã hóa không đối xứng, khóa mã hóa (công khai) có thể được chia sẻ tự do, nhưng khóa giải mã (riêng tư) phải được giữ bí mật.

Ví dụ, nếu Ana gửi một tin nhắn được mã hóa khóa đối xứng cho Carlos, cô ấy phải cung cấp cho anh ta cùng một khóa mà cô đã sử dụng để mã hóa. Điều này có nghĩa là nếu một bên thứ ba chặn thông tin liên lạc, họ có thể truy cập vào nội dung đã được mã hóa.

Ngược lại, nếu Ana sử dụng phương pháp bất đối xứng, cô ấy mã hóa tin nhắn bằng khóa công khai của Carlos, người sẽ giải mã nó bằng khóa riêng của mình. Như vậy, mã hóa bất đối xứng mang lại độ bảo mật cao hơn, vì mặc dù ai đó chặn tin nhắn và có được khóa công khai, họ cũng không thể giải mã chúng.

Độ dài của các khóa

Một sự khác biệt đáng kể khác giữa hai loại mã hóa là độ dài của các khóa, được đo bằng bit và có mối quan hệ trực tiếp với mức độ an toàn của mỗi thuật toán.

Trong các hệ thống đối xứng, các khóa được chọn ngẫu nhiên và độ dài của chúng thường dao động từ 128 đến 256 bit, tùy thuộc vào mức độ bảo mật yêu cầu. Trong mã hóa bất đối xứng, phải có một mối quan hệ toán học giữa các khóa công khai và riêng tư, điều này có nghĩa là chúng được liên kết bởi một công thức cụ thể. Chính vì lý do này, các kẻ tấn công có thể khai thác mẫu này để phá vỡ mã hóa, vì vậy các khóa bất đối xứng phải dài hơn đáng kể để cung cấp mức độ bảo mật tương đương. Sự khác biệt về độ dài nổi bật đến mức một khóa đối xứng 128 bit và một khóa bất đối xứng 2048 bit cung cấp khoảng cùng một mức độ bảo vệ.

Lợi ích và bất lợi

Mỗi loại mã hóa đều có những điểm mạnh và điểm yếu riêng. Các thuật toán mã hóa khóa đối xứng nhanh hơn đáng kể và yêu cầu ít tài nguyên tính toán hơn, nhưng nhược điểm chính của chúng là việc phân phối khóa. Khi sử dụng cùng một khóa để mã hóa và giải mã, khóa này phải được chia sẻ với tất cả những người cần truy cập, điều này tự nhiên tạo ra một số rủi ro (như đã đề cập trước đó).

Về phần mình, mật mã khóa đối xứng giải quyết vấn đề phân phối khóa bằng cách sử dụng các khóa công khai để mã hóa và các khóa riêng để giải mã. Tuy nhiên, các hệ thống bất đối xứng chậm hơn đáng kể so với các hệ thống đối xứng và yêu cầu nhiều sức mạnh xử lý hơn do độ dài của các khóa.

Ứng dụng thực tiễn

Mã hóa đối xứng

Nhờ vào tốc độ của nó, mật mã khóa đối xứng được sử dụng rộng rãi để bảo vệ thông tin trong nhiều hệ thống máy tính hiện nay. Ví dụ, chính phủ Hoa Kỳ sử dụng Tiêu chuẩn Mã hóa Nâng cao (AES) để mã hóa thông tin mật. AES đã thay thế Tiêu chuẩn Mã hóa Dữ liệu cũ (DES), được phát triển vào những năm 1970 như một tiêu chuẩn mã hóa khóa đối xứng.

Mã hóa bất đối xứng

Mã hóa bất đối xứng được áp dụng trong các hệ thống mà nhiều người dùng có thể cần mã hóa và giải mã tin nhắn hoặc gói dữ liệu, đặc biệt là khi tốc độ và sức mạnh xử lý không phải là ưu tiên. Một ví dụ đơn giản là email được mã hóa, nơi có thể sử dụng một khóa công khai để mã hóa tin nhắn và một khóa riêng tư để giải mã chúng.

Hệ thống hybrid

Trong nhiều ứng dụng, mã hóa đối xứng và bất đối xứng được kết hợp với nhau. Một ví dụ nổi bật là các giao thức mật mã Security Sockets Layer (SSL) và Transport Layer Security (TLS), được phát triển để cung cấp truyền thông an toàn trên Internet. Hiện tại, các giao thức SSL được coi là không an toàn và không được khuyến nghị sử dụng, trong khi các TLS được coi là an toàn và được sử dụng rộng rãi bởi các trình duyệt web hiện đại.

Sử dụng mã hóa trong tiền điện tử

Nhiều ví tiền điện tử áp dụng các phương pháp mã hóa để cung cấp mức độ bảo mật cao hơn cho người dùng cuối. Các thuật toán mã hóa được áp dụng khi người dùng thiết lập mật khẩu cho tệp ví của mình, được sử dụng để truy cập phần mềm.

Tuy nhiên, do Bitcoin và các loại tiền điện tử khác sử dụng một cặp khóa công khai và riêng tư, nên có một quan niệm sai lầm rằng các hệ thống blockchain sử dụng các thuật toán mã hóa bất đối xứng. Như đã đề cập trước đó, mã hóa bất đối xứng và chữ ký số là hai ứng dụng chính của mật mã khóa đối xứng (o khóa công khai).

Điều quan trọng cần nhấn mạnh là không phải tất cả các hệ thống chữ ký số đều sử dụng mật mã, ngay cả khi chúng cung cấp các khóa công khai và riêng tư. Thực tế, một tin nhắn có thể được ký số mà không cần sử dụng đến mật mã. RSA là một ví dụ về thuật toán có thể được sử dụng để ký các tin nhắn đã được mã hóa, nhưng thuật toán ký số được sử dụng trong Bitcoin ( được gọi là ECDSA) không tích hợp mật mã.

Suy nghĩ cuối cùng

Cả mã hóa đối xứng và bất đối xứng đều đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thông tin và các giao tiếp bí mật trong môi trường kỹ thuật số hiện nay. Cả hai phương pháp đều có giá trị, vì mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, điều này xác định ứng dụng của chúng trong các tình huống khác nhau. Khi mật mã phát triển để đối phó với các mối đe dọa tinh vi hơn, các hệ thống mật mã đối xứng và bất đối xứng sẽ vẫn là nền tảng cho an ninh máy tính.