Phân tích so sánh giữa mã hóa đối xứng và bất đối xứng

Trong lĩnh vực mã hóa hiện đại, có hai hướng chính: mã hóa đối xứng và bất đối xứng. Trong khi cái đầu tiên thường được liên kết với mã hóa đối xứng, cái thứ hai bao gồm hai ứng dụng cơ bản: mã hóa bất đối xứng và chữ ký số.

Phân loại này có thể được sơ đồ hóa theo cách sau:

Mã hóa khóa đối xứng tập trung vào mã hóa đối xứng, trong khi mã hóa bất đối xứng, còn được gọi là mã hóa khóa công khai, bao gồm mã hóa bất đối xứng và chữ ký số, có thể hoặc không bao gồm mã hóa.

Trong phân tích này, chúng tôi sẽ tập trung vào các thuật toán mã hóa đối xứng và đối xứng.

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

Các phương pháp mã hóa thường được phân loại thành đối xứng và bất đối xứng. Sự phân biệt quan trọng nằm ở chỗ các thuật toán đối xứng sử dụng một khóa duy nhất, trong khi các thuật toán bất đối xứng sử dụng hai khóa có liên quan nhưng khác nhau. Sự khác biệt tưởng chừng đơn giản này lại kéo theo những hệ quả đáng kể về cách hoạt động và ứng dụng của chúng.

Mối quan hệ giữa các khóa

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

Các thuật toán đối xứng sử dụng cùng một khóa cho cả hai hoạt động, trong khi các thuật toán bất đối xứng sử dụng một khóa để mã hóa và một khóa khác để giải mã. Trong các hệ thống bất đối xứng, khóa mã hóa, được gọi là khóa công khai, có thể được chia sẻ tự do, trong khi khóa giải mã, hay khóa riêng, phải được giữ bí mật.

Ví dụ, nếu Ana gửi cho Carlos một tin nhắn được bảo vệ bằng mã hóa đối xứng, cô ấy sẽ phải cung cấp cho anh ta cùng một khóa mà cô ấy đã sử dụng để mã hóa nó. Điều này có nghĩa là nếu một bên thứ ba chặn cuộc giao tiếp, họ có thể truy cập vào thông tin đã được mã hóa.

Ngược lại, nếu Ana sử dụng phương pháp bất đối xứng, cô ấy sẽ mã hóa thông điệp bằng khóa công khai của Carlos, người sẽ giải mã nó bằng khóa riêng của mình. Như vậy, mã hóa bất đối xứng cung cấp một mức độ bảo mật cao hơn, vì ngay cả khi ai đó chặn các thông điệp và có được khóa công khai, họ cũng sẽ không thể giải mã nội dung.

Độ dài của các khóa

Một sự khác biệt cơ bản khác giữa hai phương pháp liên quan đến độ dài của các khóa, được đo bằng bit và liên kết 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 chung thường được chấp nhận 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. Do đó, các kẻ tấn công có thể sử dụng mẫu này để xâm phạm mã hóa, vì vậy các khóa bất đối xứng phải dài hơn nhiều để cung cấp một mức độ bảo mật tương đương. Sự khác biệt về độ dài của các khóa là rất đáng chú ý đến nỗi một khóa đối xứng 128 bit và một khóa bất đối xứng 2048 bit cung cấp khoảng cùng một mức độ bảo vệ.

Ưu điểm và nhược điểm

Mỗi loại mã hóa đều có những lợi ích và hạn chế riêng. Các thuật toán đối xứng nhanh hơn đáng kể và yêu cầu ít tài nguyên tính toán hơn, nhưng nhược điểm chính của chúng nằm ở việc phân phối khóa. Bởi vì cùng một khóa được sử dụng để mã hóa và giải mã, nó phải được chia sẻ với tất cả những người cần truy cập, điều này tự nhiên mang lại một số rủi ro.

Về phần mình, mã hóa bất đối xứng giải quyết vấn đề phân phối khóa bằng cách sử dụng khóa công khai để mã hóa và 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 năng lực xử lý hơn do độ dài của các khóa.

Ứng dụng thực tiễn

Mã hóa đối xứng

Với tốc độ của mình, mã hóa đối xứng được sử dụng rộng rãi để bảo vệ thông tin trong nhiều hệ thống máy tính hiện đại. Ví dụ, các cơ quan chính phủ 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 đối xứng.

Mã hóa bất đối xứng

Mã hóa bất đối xứng được ứng dụng trong các hệ thống mà nhiều người dùng có thể cần mã hóa và giải mã thông điệp hoặc tập dữ liệu, đặc biệt khi tốc độ và khả năng xử lý không phải là ưu tiên. Một ví dụ đơn giản là email được mã hóa, nơi có thể sử dụng khóa công khai để mã hóa thông điệp và khóa riêng để giải mã chúng.

Hệ thống hybrid

Trong nhiều ứng dụng, mã hóa đối xứng và bất đối xứng được kết hợp. Một ví dụ nổi bật của các hệ thống lai này là các giao thức mật mã Transport Layer Security (TLS), được phát triển để đảm bảo các giao tiếp an toàn trên Internet. Hiện nay, các giao thức TLS được coi là an toàn và được sử dụng rộng rãi bởi các trình duyệt web hiện đại.

Mã hóa trong lĩnh vực tiền điện tử

Nhiều ví tiền điện tử triển khai các phương pháp mã hóa để cung cấp một mức độ an toàn cao hơn cho người dùng cuối. Các thuật toán mã hóa được áp dụng khi người dùng thiết lập một mật khẩu cho tệp ví của họ, được sử dụng để truy cập vào 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 nhận thức sai lầm rằng các hệ thống blockchain sử dụng các thuật toán mã hóa bất đối xứng. Tuy nhiên, như đã đề cập trước đó, mã hóa bất đối xứng và chữ ký số là hai ứng dụng chính của mật mã học bất đối xứng.

Do đó, không phải tất cả các hệ thống chữ ký số đều sử dụng mã hóa, mặc dù chúng cung cấp khóa công khai và riêng tư. Thực tế, một tin nhắn có thể được ký số mà không cần sử dụng mã hóa. 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 chữ ký số được sử dụng trong Bitcoin ( có tên là ECDSA) không liên quan đến mã hóa.

Suy ngẫm cuối cùng

Cả mã hóa đối xứng và 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 có những điểm mạnh và điểm yếu riêng, do đó được áp dụng trong các tình huống khác nhau. Khi mật mã học như một ngành phát triển để đối phó với các mối đe dọa tinh vi và nghiêm trọng hơn, các hệ thống mã hóa đối xứng và đối xứng sẽ duy trì tính liên quan trong lĩnh vực an ninh thông tin.