Mã hóa đối xứng là loại mã hóa nhanh và an toàn, sử dụng một khóa duy nhất để mã hóa và giải mã.
Mã hóa là quá trình chuyển đổi thông tin mà con người có thể đọc được thành một định dạng được mã hóa, không thể đọc được gọi là bản mã. Điều này nhằm ngăn chặn việc truy cập vào thông tin bí mật của những người không được phép.
Để mã hóa dữ liệu, thuật toán mã hóa sử dụng các chuỗi bit ngẫu nhiên để mã hóa dữ liệu ở dạng không thể hiểu được. Các chuỗi bit ngẫu nhiên được sử dụng để mã hóa dữ liệu được gọi là khóa mã hóa.
Vào tháng 2 năm 2009, Dave Crouse nhận thấy có những giao dịch đáng ngờ trong tài khoản ngân hàng của mình. Đầu tiên, những giao dịch nhỏ dưới 40 USD rất đáng ngờ nhưng anh không bận tâm. Tuy nhiên, sáu tháng sau, mọi chuyện trở nên tồi tệ. Tổng số giao dịch lên tới 500 USD, 600 USD và đôi khi là 2.800 USD đến 3.200 USD trong một ngày.
Trong vòng chưa đầy sáu tháng, Crouse đã mất 900.000 đô la cho những kẻ tấn công độc hại và thêm 100.000 đô la khi cố gắng dọn dẹp mớ hỗn độn mà anh ta đã tự mình vướng vào.
Tệ hơn nữa, số An sinh xã hội, địa chỉ và số điện thoại của anh vẫn được dùng để mở tài khoản ngân hàng. Tất cả chỉ vì thông tin cá nhân của anh ấy đã bị đánh cắp bởi phần mềm độc hại đã lây nhiễm vào máy tính của anh ấy.
Trường hợp của Crouse không phải là duy nhất. Nhiều cá nhân và tổ chức đã phải chịu những vụ vi phạm dữ liệu tốn kém, không chỉ dẫn đến mất dữ liệu quan trọng và gián đoạn dịch vụ mà còn gây ra tổn thất tài chính lớn.
Vì vậy, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng thông tin nhạy cảm được bảo vệ khỏi những kẻ tấn công độc hại. Một cách tuyệt vời để làm điều này là mã hóa đối xứng.
Mã hóa đối xứng
Mã hóa đảm bảo rằng ngay cả khi thông tin bí mật rơi vào tay kẻ xấu thì những người không có thẩm quyền cũng không thể hiểu được nó. Có hai loại mã hóa: mã hóa bất đối xứng và mã hóa đối xứng.
Sự khác biệt giữa hai loại này nằm ở các khóa được sử dụng để mã hóa và giải mã. Trong mã hóa bất đối xứng, còn được gọi là mã hóa khóa chung, có hai khóa, một khóa dùng để mã hóa và khóa còn lại dùng để giải mã.
Trong mã hóa đối xứng, một khóa được sử dụng để mã hóa và giải mã dữ liệu được mã hóa. Khi hai bên giao tiếp và sử dụng mã hóa đối xứng để mã hóa dữ liệu của mình, cả hai bên sẽ sử dụng cùng một khóa để mã hóa và giải mã. Do đó, mã hóa đối xứng còn được gọi là mã hóa khóa chung.
Bất kỳ ai có khóa đều có thể mã hóa dữ liệu hoặc giải mã dữ liệu trở lại dạng ban đầu. Vì vậy, điều quan trọng là khóa này phải được giữ bí mật với những người không có thẩm quyền. Đây cũng là lý do tại sao mã hóa đối xứng còn được gọi là mã hóa khóa bí mật. Tính bảo mật của mã hóa đối xứng nằm ở tính bí mật của khóa.
Cách mã hóa đối xứng hoạt động
Có hai chế độ mã hóa đối xứng. Đây là các chế độ truyền phát và chặn. Ở chế độ truyền phát, mỗi bit dữ liệu được mã hóa độc lập và truyền đi dưới dạng luồng liên tục. Ở chế độ khối, dữ liệu được mã hóa trước tiên được chia thành các khối 56, 128, 192 hoặc 256 bit. Các khối này sau đó được mã hóa và truyền đi.
Tín dụng hình ảnh: Cisco
Khi hai bên sử dụng mã hóa đối xứng, khóa đối xứng được tạo bằng thuật toán mã hóa đối xứng, chẳng hạn như Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao (AES). Khóa này sau đó được chia sẻ giữa các bên giao tiếp.
Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng giao thức thỏa thuận khóa như Elliptic Curve Diffie-Hellman Ephemeral (ECDH) hoặc cơ chế đóng gói khóa trong đó khóa đối xứng được mã hóa bằng khóa chung được cung cấp và truyền đi.
Một cách khác để chia sẻ khóa đối xứng là thông qua các phương tiện liên lạc thay thế, chẳng hạn như email, điện thoại hoặc cuộc họp trực tiếp.
Sau khi các bên được ủy quyền nhận được khóa, dữ liệu hiện có thể được truyền đi một cách an toàn. Trước tiên, người gửi quyết định chế độ mã hóa, luồng hoặc khối ưu tiên và mã hóa dữ liệu thành văn bản mã hóa không thể đọc được. Tuy nhiên, mã hóa chế độ khối là lựa chọn mã hóa đối xứng hiện đại và phổ biến hơn.
Dữ liệu được mã hóa sau đó sẽ được gửi đến người nhận dự định. Khi nhận được dữ liệu được chia sẻ dưới dạng văn bản mã hóa, người nhận sẽ sử dụng khóa đã thỏa thuận để chuyển đổi văn bản mã hóa trở lại định dạng có thể đọc được. Điều này được gọi là giải mã.
Thuật toán mã hóa đối xứng
Một số thuật toán mã hóa đối xứng phổ biến bao gồm:
# 1. Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu (DES)
DES được IBM phát triển vào đầu những năm 1970 để cung cấp một phương pháp mã hóa dữ liệu an toàn, vừa dễ sử dụng vừa dễ thực hiện.
DES chia dữ liệu thành các khối 64 bit và sử dụng khóa 56 bit để mã hóa dữ liệu. Tuy nhiên, DES được coi là kém an toàn hơn và NIST đã rút nó làm tiêu chuẩn mã hóa.
Được tạo ra vào những năm 1970 khi khả năng tính toán còn hạn chế, độ dài khóa 56 bit không phải là vấn đề. Tuy nhiên, các máy tính hiện đại có thể ép buộc khóa 56 bit. Do đó, việc sử dụng nó không được Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) khuyến nghị sử dụng.
#2. Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu ba (3DES, TDES)
Tín dụng hình ảnh: Philip Leong
TDES dựa trên DES. Nó được phát triển để giải quyết điểm yếu chính của DES, đó là độ dài khóa ngắn. TDES giải quyết vấn đề này bằng cách chia dữ liệu thành các khối thông tin 64 bit và áp dụng DES cho các khối này ba lần. Điều này gấp ba lần khóa 56-bit được DES sử dụng thành khóa 168-bit an toàn hơn.
Mặc dù thuật toán này vẫn được sử dụng nhưng NIST đã cấm sử dụng thuật toán này sau ngày 31 tháng 12 năm 2023 vì lý do bảo mật vì TDES dễ bị tấn công vũ phu.
#3. Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao (AES)
Đây là thuật toán đối xứng phổ biến nhất được sử dụng trên Internet. Nó an toàn hơn các thuật toán mã hóa đối xứng khác. AES được phát triển nhằm thay thế và giải pháp cho DES.
AES dựa trên mạng hoán vị thay thế và sử dụng chế độ mã hóa khối. Dữ liệu được chia thành các khối 128 bit, sau đó được mã hóa từng khối một.
AES sử dụng độ dài khóa là 128, 192 hoặc 256 bit. AES an toàn đến mức nó được sử dụng để bảo mật thông tin có độ nhạy cao từ các cơ quan quân sự, ngân hàng, bệnh viện và chính phủ.
Năm 2001, NIST công bố AES là tiêu chuẩn mới để chính phủ Hoa Kỳ sử dụng. Kể từ đó, AES đã trở thành thuật toán đối xứng phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất.
Mã hóa đối xứng: Ghi chú
Có một số điều cần cân nhắc khi sử dụng mã hóa đối xứng. Đó là:
Quản lý khóa
Điểm yếu chính của mã hóa đối xứng nằm ở cách tạo khóa, phân phối cho các bên được ủy quyền và lưu trữ an toàn. Do đó, khi sử dụng mã hóa đối xứng, bạn phải có chiến lược quản lý khóa hiệu quả để đảm bảo rằng khóa của bạn được quản lý an toàn, được thay đổi thường xuyên và không bị lạm dụng.
Sự tuân thủ
Thuật toán đối xứng được sử dụng phải tuân thủ các quy định. Ví dụ: mặc dù TDES vẫn được sử dụng nhưng việc sử dụng nó sau ngày 31 tháng 12 năm 2023 sẽ không tuân thủ Quy định. Mặt khác, việc sử dụng thuật toán như DES là vi phạm hoàn toàn các quy tắc. Tuy nhiên, AES tương thích.
Độ dài khóa
Tính bảo mật của mã hóa đối xứng liên quan trực tiếp đến độ dài của khóa được sử dụng. Việc chọn khóa mã hóa có độ dài ngắn có thể dễ bị tấn công vũ phu dẫn đến vi phạm dữ liệu.
Loại thuật toán được sử dụng
Mỗi thuật toán đối xứng đều có điểm mạnh, điểm yếu và thiết bị dự định riêng. Khi sử dụng mã hóa đối xứng, điều quan trọng là phải xem xét thuật toán được sử dụng để đảm bảo tính bảo mật cao nhất cho dữ liệu được mã hóa.
Khi tính đến tất cả những cân nhắc này, người dùng có thể đưa ra lựa chọn đúng đắn về thuật toán và phương pháp quản lý khóa để đảm bảo rằng mã hóa đối xứng đáp ứng nhu cầu bảo mật của họ.
Mã hóa đối xứng và bất đối xứng
Sự khác biệt giữa chúng bao gồm:
Mã hóa đối xứng Mã hóa bất đối xứng Sử dụng cùng một khóa để mã hóa và giải mã Sử dụng hai khóa khác nhau, khóa chung để mã hóa và khóa riêng để giải mã Nhanh và yêu cầu ít tài nguyên tính toán Chậm hơn nhiều và tốn nhiều tài nguyên Khóa mã hóa phải được trao đổi an toàn giữa các bên trước khi mã hóa giao tiếp Khóa công khai có thể được chia sẻ mở mà không ảnh hưởng đến bảo mật Ít bảo mật hơn vì nó sử dụng một khóa để mã hóa và giải mã An toàn hơn vì nó sử dụng hai khóa khác nhau để mã hóa và mã hóa Được sử dụng để truyền lượng lớn dữ liệuLý tưởng để truyền lượng nhỏ dữ liệu
Cả mã hóa đối xứng và bất đối xứng đều được sử dụng trong các thiết bị hiện đại vì chúng có những trường hợp mà cái này là lựa chọn tốt hơn cái kia.
Mã hóa đối xứng: lợi ích
Việc sử dụng mã hóa đối xứng có một số lợi thế. Điêu nay bao gôm:
Bảo vệ
Mã hóa đối xứng rất an toàn. Ví dụ: khi triển khai thuật toán mã hóa đối xứng AES do NIST khuyến nghị, ngay cả trên các máy tính hiện đại, sẽ mất hàng tỷ năm để phá khóa bằng cách sử dụng vũ lực. Điều này có nghĩa là mã hóa đối xứng rất an toàn khi được sử dụng đúng cách.
Tốc độ
Các thuật toán mã hóa đối xứng không đòi hỏi nhiều sức mạnh tính toán và dễ sử dụng. Điều này có ưu điểm là mã hóa đối xứng rất nhanh, khiến nó trở nên lý tưởng để bảo mật lượng lớn dữ liệu.
Sự tuân thủ
Vì bảo mật là một khía cạnh quan trọng của bất kỳ doanh nghiệp nào nên điều quan trọng là phải tuân thủ luật pháp hiện hành để tránh bị phạt và vi phạm. Các thuật toán mã hóa đối xứng như AES được các tổ chức tiêu chuẩn như NIST chấp nhận, cho phép các tổ chức sử dụng mã hóa đối xứng với AES tuân thủ các quy định bảo mật.
Yêu cầu tính toán thấp hơn
Mã hóa đối xứng không yêu cầu tài nguyên tính toán lớn nên có thể được sử dụng ngay cả với tài nguyên xử lý hạn chế.
Nếu tốc độ, bảo mật, tuân thủ và khả năng xử lý thấp là quan trọng khi chọn phương thức mã hóa thì mã hóa đối xứng là một lựa chọn tuyệt vời.
Mã hóa đối xứng: nhược điểm
Nhược điểm chính của mã hóa đối xứng là việc chia sẻ khóa mã hóa, việc này phải được thực hiện một cách an toàn. Tính bảo mật của mã hóa đối xứng phụ thuộc vào khả năng người dùng chia sẻ khóa mã hóa một cách an toàn. Ngay cả khi chỉ một phần khóa bị rò rỉ, kẻ tấn công vẫn có thể xây dựng lại toàn bộ khóa
Nếu khóa mã hóa rơi vào tay kẻ xấu, kết quả có thể rất thảm khốc vì những kẻ độc hại có thể truy cập tất cả dữ liệu được mã hóa bằng khóa đó. Điều này khiến người dùng phải chịu nhiều thiệt hại hơn nếu khóa của họ bị xâm phạm.
Bất chấp những nhược điểm của nó, mã hóa đối xứng vẫn là một cách tốt để bảo mật dữ liệu của bạn, đặc biệt nếu bạn muốn bảo mật dữ liệu khi lưu trữ.
Mã hóa: Tài nguyên giáo dục
Để tìm hiểu thêm về mã hóa đối xứng, hãy xem xét các tài nguyên sau:
# 1. Mã hóa đối xứng – thuật toán, phân tích và ứng dụng
Hướng đến sinh viên, nhà nghiên cứu và người thực hành, cuốn sách này mô tả các kỹ thuật mã hóa đối xứng khác nhau rất quan trọng đối với việc bảo mật dữ liệu và hệ thống máy tính.
Cuốn sách cung cấp các định nghĩa giới thiệu mà người đọc sẽ gặp trong mã hóa đối xứng trước khi thảo luận và phân tích các kỹ thuật mã hóa đối xứng khác nhau cũng như ứng dụng của chúng.
Cuốn sách bao gồm nhiều ví dụ giúp phân tích và minh họa các khái niệm phức tạp, là một cuốn sách hay dành cho bất kỳ ai muốn nâng cao kiến thức về mã hóa đối xứng của mình lên một tầm cao mới.
#2. Thuật toán khóa đối xứng
Cuốn sách này là một cuốn sách tuyệt vời dành cho những người mới bắt đầu quan tâm đến điểm dừng để tìm hiểu về các thuật toán mã hóa đối xứng khác nhau một cách dễ hiểu.
Cuốn sách bao gồm tất cả các từ vựng được sử dụng trong mật mã và bao gồm các ví dụ để mở rộng việc giải thích các khái niệm. Sau đó, nó tiếp tục chia nhỏ các khối xây dựng của mã hóa đối xứng, cung cấp các minh họa và giải thích ngắn gọn, dễ hiểu.
Cuốn sách này rất được khuyến khích cho những độc giả muốn khám phá sâu rộng về mật mã và mã hóa mà không đi sâu vào các khái niệm khó của chủ đề.
#3. Mật mã học: Khám phá tất cả các thuật toán mã hóa
Khóa học Udemy này là một lựa chọn tốt cho bất kỳ ai muốn tìm hiểu về mật mã, đặc biệt là mã hóa đối xứng và bất đối xứng. Khóa học này giới thiệu ngắn gọn về mã hóa và giới thiệu cho sinh viên tất cả các thuật ngữ họ có thể gặp khi học mã hóa.
Sau đó, nó khám phá các loại tấn công khác nhau chống lại dữ liệu được mã hóa và thảo luận về các kỹ thuật mã hóa có thể được sử dụng để ngăn chặn các cuộc tấn công. Với suy nghĩ này, người hướng dẫn đưa ra phân tích chuyên sâu về mật mã và thảo luận về các loại mật mã khác nhau được sử dụng để mã hóa.
#4. Mã hóa và mật mã dành cho chuyên gia
Đối với bất kỳ ai muốn tìm hiểu sâu về mã hóa và mật mã, khóa học Udemy này là cơ hội đầu tư tốt nhất. Khóa học giả định rằng những người tham gia hoàn toàn mới đối với mật mã và mã hóa, do đó, khóa học bắt đầu bằng phần giới thiệu về mật mã, lý thuyết thông tin và các khối xây dựng của mã hóa.
Sau đó, nó chuyển sang các chủ đề trung gian và bao gồm các thuật toán mã hóa đối xứng và bất đối xứng cũng như các hàm và thuật toán băm. Nó cũng bao gồm các khái niệm nâng cao hơn như mật mã sau lượng tử, chữ ký vòng, tính toán đa phương an toàn và bằng chứng không có kiến thức.
Ứng dụng
Mã hóa đối xứng rất hữu ích trong việc bảo mật dữ liệu trong quá trình truyền và lưu trữ. Để bảo vệ khỏi các hành vi vi phạm dữ liệu tốn kém, hãy cân nhắc việc mã hóa dữ liệu của bạn bằng mã hóa đối xứng, điều này sẽ không ảnh hưởng đến tốc độ của thiết bị lưu trữ hoặc tăng nhu cầu về sức mạnh tính toán. Để tìm hiểu thêm về mã hóa đối xứng, hãy cân nhắc việc đọc sách được đề xuất hoặc tham gia các khóa học được đề xuất.
Bạn cũng có thể tìm hiểu về mật mã đám mây, các loại của nó và cách triển khai Google Cloud.
