Cách chọn phương pháp bảo vệ thông tin đúng: so sánh mã hóa đối xứng và mã hóa bất đối xứng dữ liệu

Tại sao mật mã học được chia thành hai phương pháp

Trong thế giới kỹ thuật số hiện đại, các hệ thống mật mã hoạt động theo hai sơ đồ hoàn toàn khác nhau: mô hình một vòng và mô hình hai vòng. Nếu nói về các hướng nghiên cứu chính, thì mật mã với khóa giống nhau và mật mã với khóa phân tách đại diện cho hai nhánh mà tất cả các hệ thống an ninh hiện đại dựa vào.

Trên thực tế, sự phân chia này trông như sau:

• Mô hình với một khóa duy nhất — cùng một khóa cho phép cả mã hóa và giải mã thông tin.
• Mô hình với cặp khóa — sử dụng hai khóa liên quan: một để mã hóa, khóa kia để giải mã.

Cả hai cách tiếp cận đều được áp dụng rộng rãi, nhưng trong các ngữ cảnh khác nhau. Việc hiểu sự khác biệt của chúng là cực kỳ quan trọng đối với những người làm việc với bảo vệ dữ liệu.

Sự khác biệt chính: một khóa so với hai khóa

Sự khác biệt cơ bản giữa hai phương pháp này nằm ở số lượng và mục đích của các khóa. Trong các hệ thống với một khóa, cả hai bên giao tiếp đều có cùng một vật liệu mật mã. Ngược lại, các hệ thống với hai khóa quy định rằng một khóa là công khai ( có thể được phát tán ), trong khi khóa còn lại vẫn giữ kín và bảo mật.

Đây không chỉ là một chi tiết kỹ thuật - nó thay đổi một cách căn bản các phương thức mà các hệ thống hoạt động, những rủi ro mà chúng phải đối mặt và nơi chúng có thể hiệu quả nhất.

Cách thức hoạt động của khóa mật mã

Khóa trong mật mã học là các chuỗi bit được tạo ra theo các thuật toán đặc biệt. Độ dài và đặc tính của chúng xác định độ an toàn của toàn bộ hệ thống.

Trong các hệ thống sử dụng khóa đối xứng, cả hai thao tác - mã hóa và giải mã - đều được thực hiện bằng một chuỗi bit duy nhất. Điều này có nghĩa là nếu Katya gửi một thông điệp được mã hóa cho Maxim, cô ấy phải gửi cho anh ta cùng một khóa. Nếu kẻ xấu chặn được khóa này, hắn sẽ có quyền truy cập vào toàn bộ thông tin.

Ngược lại, trong các hệ thống với hai khóa:

• Khóa công khai được sử dụng để mã hóa dữ liệu và có thể được chia sẻ.
• Khóa riêng được sử dụng để giải mã và được giữ bí mật

Nếu Katya sử dụng mô hình hai khóa, cô ấy mã hóa thông điệp bằng khóa công khai của Maxim, và chỉ có anh ấy mới có thể giải mã nó bằng khóa riêng của mình. Ngay cả khi bên thứ ba chặn thông điệp và tìm thấy khóa công khai, họ cũng không thể giải mã thông tin.

Chiều dài khóa như một chỉ số độ tin cậy

Giữa các mô hình có sự khác biệt đáng kể về độ dài của các chuỗi mật mã. Trong các hệ thống với khóa đơn, các khóa thường có độ dài 128 hoặc 256 bit - tùy thuộc vào mức độ bảo vệ cần thiết. Giá trị này khá khiêm tốn do sự thiếu hụt các quy luật toán học có thể bị khai thác.

Với các hệ thống hai khóa, tình hình khác. Bởi vì giữa khóa công khai và khóa riêng tồn tại mối quan hệ toán học, kẻ xấu có thể cố gắng tìm ra quy luật để phá mã. Để bù đắp cho rủi ro này, các khóa bất đối xứng phải dài hơn rất nhiều - thường là 2048 bit hoặc hơn.

So sánh các mức độ bảo mật: Khóa 128-bit của mô hình một lần cung cấp mức độ bảo vệ tương tự như khóa 2048-bit của mô hình hai vòng.

Phương pháp nào để chọn: ưu điểm và nhược điểm

Mỗi mô hình đều có những ưu điểm và hạn chế rõ ràng:

Hệ thống với khóa duy nhất:

• ✓ Xử lý dữ liệu nhanh hơn
• ✓ Nhu cầu tính toán nhỏ hơn
• ✗ Vấn đề phân phối khóa ( cho tất cả những ai cần truy cập, cần truyền một khóa )
• ✗ Rủi ro bị xâm phạm cao hơn do sự đơn giản trong việc chặn lại

Hệ thống với hai khóa:

• ✓ Giải quyết vấn đề phân phối khóa (khóa công khai có thể được phát tán tự do)
• ✓ Mức độ bảo mật cao hơn cho giao tiếp bảo mật
• ✗ Xử lý chậm hơn đáng kể
• ✗ Yêu cầu nhiều tài nguyên tính toán hơn

Ở đâu và cách thức áp dụng mã hóa dữ liệu

Hệ thống một vòng (AES, DES): Nhờ tốc độ, các phương pháp này được áp dụng để bảo vệ dữ liệu hàng loạt. Tiêu chuẩn Mỹ AES ( tiêu chuẩn mã hóa mở rộng ) được chính phủ Mỹ sử dụng để bảo vệ thông tin mật. Tiêu chuẩn DES ( được phát triển trước đó vào những năm 1970 ) đã phục vụ như một tiền thân cho các giải pháp hiện đại.

Hệ thống hai vòng: Được sử dụng trong các kịch bản mà an ninh quan trọng hơn tốc độ. Email được mã hóa là một ví dụ cổ điển: khóa công khai mã hóa thông điệp, khóa riêng giải mã nó. RSA và ECDSA là hai thuật toán chính trong danh mục này.

Mô hình hybrid (SSL/TLS): Trên thực tế, hai phương pháp thường hoạt động cùng nhau. Các giao thức SSL và TLS kết hợp những lợi thế của cả hai phương pháp để đảm bảo an ninh cho các giao tiếp trên internet. SSL hiện đã được coi là lỗi thời, nhưng TLS vẫn giữ vai trò tiêu chuẩn trong tất cả các trình duyệt chính.

Mã hóa dữ liệu trong thế giới tiền điện tử

Các phương pháp mã hóa được sử dụng rộng rãi trong ví tiền điện tử để tăng cường bảo mật. Khi người dùng đặt mật khẩu để truy cập vào ví, tệp sẽ được mã hóa bằng các phương pháp này.

Tuy nhiên, có một hiểu lầm phổ biến: nhiều người nghĩ rằng Bitcoin và các loại tiền điện tử khác sử dụng mã hóa hai khóa. Thực tế không hoàn toàn như vậy. Mặc dù trong các hệ thống blockchain thực sự sử dụng các cặp khóa công khai - riêng tư, điều này không có nghĩa là mã hóa được sử dụng như vậy.

Chẳng hạn, thuật toán ECDSA, được sử dụng trong Bitcoin, là một thuật toán chữ ký số, chứ không phải mã hóa. Các thông điệp có thể được ký bằng chữ ký số mà không cần mã hóa thông tin. Điều này hoàn toàn khác với RSA, có thể hoạt động cho cả mã hóa và ký.

Kết luận: cả hai phương pháp đều có chỗ đứng

Cả hệ thống mã hóa một vòng và hai vòng vẫn là phần không thể thiếu trong an ninh kỹ thuật số hiện đại. Mỗi mô hình đều có một vị trí riêng: một mô hình tối ưu cho việc bảo vệ dữ liệu hàng loạt nhanh chóng, mô hình khác lại dành cho giao tiếp và xác thực bí mật.

Với sự phát triển của công nghệ và sự xuất hiện của các mối đe dọa mới, cả hai phương pháp sẽ tiếp tục phát triển, giữ vai trò là các thành phần chính của an ninh máy tính và đổi mới kỹ thuật số trong tất cả các lĩnh vực — từ các hệ thống chính phủ đến các ví cá nhân của tiền điện tử.