Phân tích so sánh các hệ thống mã hóa: đối xứng và bất đối xứng

Trong lĩnh vực mật mã hiện đại, có hai hướng chính được phân biệt: mật mã đối xứng và mật mã bất đối xứng. Mã hóa đối xứng thường được sử dụng như một từ đồng nghĩa với mật mã đối xứng, trong khi mật mã bất đối xứng bao gồm hai ứng dụng cơ bản: mã hóa bất đối xứng và chữ ký số.

Sự phân biệt này có thể được đại diện theo cách sau:

| Mật mã đối xứng | Mật mã bất đối xứng (o của khóa công khai) | |------------------------|----------------------------------------------| | Mã hóa đối xứng | Mã hóa phi đối xứng (o của khóa công khai) | | | 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 mã hóa đối xứng và bất đối xứng.

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

Các thuật toán mã hóa thường được phân loại thành hai loại: mã hóa đối xứng và bất đối xứng. Sự phân biệt cơ bản 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 khác nhau nhưng có liên quan. Sự khác biệt đơn giản này mang lại những tác động quan trọng về chức năng và cách sử dụng cho cả hai phương pháp mã hóa.

Mối quan hệ giữa các khóa

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

Trong khi các thuật toán đối xứng sử dụng cùng một khóa cho cả hai hoạt động, 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, còn được gọi là khóa công khai, có thể được chia sẻ tự do, trong khi khóa giải mã là riêng tư và 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 phải cung cấp cho anh ta cùng một khóa mà cô ấy đã sử dụng để mã hóa nó để anh ta có thể đọc. Điều này có nghĩa là nếu một kẻ tấn công chặn thông tin liên lạc, họ có thể truy cập vào thông tin đã được mã hóa.

Ngược lại, nếu Ana sử dụng phương pháp mã hóa không đối xứng, cô ấy sẽ mã hóa thông điệp bằng khóa công khai của Carlos, người sẽ có thể giải mã nó bằng khóa riêng của mình. Bằng cách này, mã hóa không 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 làm gì với nó.

Độ dài của các khóa

Một sự khác biệt chức năng khác giữa mã hóa đối xứng và bất đối xứng liên quan đến chiều dài của các khóa, được đo bằng bit và liên quan trực tiếp đến mức độ bảo mật của mỗi thuật toán.

Trong các hệ thống đối xứng, các khóa được chọn ngẫu nhiên và độ dài thông 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, tức là, chúng liên kết với nhau bằng một công thức toán học cụ thể. Vì lý do này, các kẻ tấn công có thể lợi dụng mẫu này để phá vỡ mã hóa, do đó các khóa bất đối xứng phải dài hơn nhiều để cung cấp một mức độ bảo mật tương đương. Sự khác biệt trong độ dài của các khóa là rất đáng kể đến nỗi một khóa đối xứng 128 bit và một khóa bất đối xứng 2048 bit cung cấp khoảng cùng một mức độ bảo mật.

Ưu điểm và nhược điểm

Hai loại mã hóa này có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Các thuật toán mã hóa đối xứng nhanh hơn đáng kể và yêu cầu ít công suất tính toán hơn, nhưng nhược điểm chính của chúng là việc phân phối khóa. Bởi vì cùng một khóa được sử dụng để mã hóa và giải mã thông tin, khóa này phải được chia sẻ với tất cả những ai cần truy cập, điều này tự nhiên tạo ra một số rủi ro (như đã đề cập trước đó).

Về phần mình, mã hóa bất đối xứng giải quyết vấn đề phân phối khóa thông qua việc sử dụng khóa công khai để mã hóa và khóa riêng để giải mã. Nhược điểm là 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

Do tốc độ của nó, mã hóa đối xứng được sử dụng rộng rãi để bảo vệ thông tin trong nhiều hệ thống máy tính hiện đại. Ví dụ, Gate sử dụng Tiêu Chuẩn Mã Hóa Nâng Cao (AES) để bảo vệ thông tin nhạy cảm của người dùng. AES đã thay thế Tiêu Chuẩn Mã Hóa Dữ Liệu (DES), được phát triển vào những năm 1970 như một tiêu chuẩn mã hóa đối xứng.

Mã hóa bất đối xứng

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

Hệ thống hỗn hợp

Trong nhiều ứng dụng, người ta sử dụng đồng thời mã hóa đối xứng và không đối xứng. Một ví dụ tốt về các hệ thống lai này là các giao thức mật mã Transport Layer Security (TLS), được phát triển để cung cấp giao tiếp an toàn trên Internet. Hiện nay, các giao thức TLS được coi là an toàn và được sử dụng rộng rãi bởi tất cả các trình duyệt web hiện đại.

Sử dụng mã hóa trong tiền điện tử

Nhiều ví tiền điện tử triển khai các phương pháp mã hóa như một cách cung cấp thêm một mức độ bảo mật cho người dùng cuối. Các thuật toán mã hóa được sử 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 thực tế là Bitcoin và các loại tiền điện tử khác sử dụng một cặp khóa công khai và riêng tư, có một hiểu lầm rằng các hệ thống blockchain sử dụng các thuật toán mã hóa bất đối xứng. Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, mã hóa bất đối xứng và chữ ký số là hai ứng dụng chính của mật mã bất đối xứng (mật mã công khai).

Do đó, không phải tất cả các hệ thống chữ ký số đều sử dụng mã hóa, ngay cả khi chúng cung cấp khóa công khai và khóa riêng. 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 nghĩ cuối cùng

Cả mã hóa đối xứng và đối xứng đều đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh thông tin và truyền thông bí mật trong thế giới kỹ thuật số hiện nay. Cả hai loại mã hóa đều hữu ích, vì mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng, do đó được áp dụng trong các tình huống khác nhau. Khi mã hóa như một khoa học tiếp tục phát triển để bảo vệ chống lại những mối đe dọa mới và tinh vi hơn, các hệ thống mã hóa đối xứng và đối xứng sẽ tiếp tục có liên quan đến an ninh máy tính.