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

Cryptography hiện đại được chia thành hai nhánh chính: mật mã đối xứng và mật mã không đối xứng. Mã hóa đối xứng thường được coi là đồng nghĩa với mật mã đối xứng, trong khi mật mã không đối xứng bao gồm hai ứng dụng cơ bản: mã hóa không đối xứng và chữ ký số.

Phân loại này có thể được thể hiện theo cách sau:

Mật mã khóa đối xứng:

• Mã hóa đối xứng

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

• Mã hóa bất đối xứng
• Chữ ký số ( có hoặc không có mã hóa )

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào các thuật toán mã hóa đối xứng và bất đối xứng.

Sự khác biệt giữa mã hóa đối xứng và đối xứng

Các thuật toán mã hóa thường được phân loại thành hai loại: đối xứng và không đối xứng. Sự khác biệt cơ bản nằm ở chỗ các thuật toán đối xứng sử dụng một khóa duy nhất, trong khi các thuật toán không đối xứng sử dụng hai khóa có liên quan nhưng khác nhau. Sự khác biệt có vẻ đơn giản này dẫn đến những biến thể chức năng quan trọng giữa hai phương pháp và các ứng dụng của chúng.

Mối quan hệ giữa các khóa

Trong mật mã học, các thuật toán mã hóa tạo ra các khóa dưới dạng chuỗi bit bí mật để mã hóa và giải mã thông tin. Cách mà các khóa này được sử dụng phân biệt giữa các phương pháp đối xứng và không 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, được gọi là khóa công khai, có thể được chia sẻ tự do. Ngược lại, 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 ấy cùng một khóa mà cô ấy đã sử dụng để mã hóa. Điều này có nghĩa là nếu một kẻ tấn công chặn cuộc giao tiếp, họ có thể truy cập vào thông tin đã được mã hóa.

Tuy nhiên, 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 sự an toàn cao hơn, vì ngay cả khi ai đó chặn các thông điệp và có được khóa công khai, họ cũng không thể làm gì với nó.

Chiều dài của các khóa

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

Trong các hệ thống đối xứng, các khóa được chọn ngẫu nhiên và chiều 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 qua một công thức toán học cụ thể. Vì lý do này, các kẻ tấn công có thể sử dụng mẫu này để phá vỡ mã hóa, và các khóa bất đối xứng phải dài hơn nhiều để cung cấp một mức độ bảo mật tương đương. Sự khác biệt về chiều dài của các khóa là rất đáng kể đến mức 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 đối xứng nhanh hơn đáng kể và yêu cầu ít sức mạnh 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, nó 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, 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 đòi hỏi nhiều sức mạnh xử lý hơn do độ dài của các khóa.

Ứng dụng thực tế

Mã hóa đối xứng

Vì 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, 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 thập niên 1970 như một tiêu chuẩn mã hóa đối xứng.

Mã hóa bất đối xứng

Mã hóa bất 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 khóa công khai để mã hóa tin nhắn và khóa riêng tư để giải mã chúng.

Hệ thống hybrid

Trong nhiều ứng dụng, mã hóa đối xứng và đối xứng được kết hợp. Một ví dụ đáng chú ý của các hệ thống hybrid này là các giao thức mật mã Transport Layer Security (TLS), được phát triển để cung cấp giao tiếp an toàn trên Internet. Hiện tại, 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 áp dụng các phương pháp mã hóa như một cách để cung cấp một mức độ bảo mật bổ sung 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 Gate và các nền tảng tiền điện tử khác sử dụng một cặp khóa công khai và riêng tư, có một ý tưởng 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 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 thông điệp 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 thông điệp đã mã hóa, nhưng thuật toán chữ ký số được sử dụng trong Gate ( có tên là ECDSA) không bao gồm mã hóa.

Những suy nghĩ cuối cùng

Cả mã hóa đối xứng và không 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 mật mã học như một khoa học tiếp tục phát triển để bảo vệ chống lại những mối đe dọa tinh vi và nghiêm trọng hơn, các hệ thống mã hóa đối xứng và không đối xứng sẽ tiếp tục có liên quan đến an ninh máy tính.