Mã hóa, nền tảng của giao tiếp trực tuyến an toàn, là quá trình chuyển đổi dữ liệu sang định dạng không thể đọc được để ngăn chặn truy cập trái phép. Dữ liệu được mã hóa, được gọi là bản mã, chỉ có thể được giải mã trở lại dạng ban đầu bằng khóa giải mã thích hợp. Nó đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo mật dữ liệu nhạy cảm khỏi những con mắt tò mò và được sử dụng rộng rãi, từ bảo mật các giao dịch trực tuyến đến duy trì tính bảo mật trong email và tin nhắn.
Nguồn gốc của mã hóa và những đề cập đầu tiên của nó
Nguồn gốc của mã hóa bắt nguồn từ thời cổ đại ở La Mã và Hy Lạp. Khái niệm này ban đầu được sử dụng cho thông tin liên lạc quân sự. Một trong những trường hợp mã hóa sớm nhất là Mật mã Caesar, được đặt theo tên của Julius Caesar, người đã sử dụng nó để mã hóa các mệnh lệnh quân sự của mình. Mật mã chỉ đơn giản là dịch chuyển các chữ cái trong bảng chữ cái theo một lượng nhất định để tạo ra một thông điệp được mã hóa mà bất kỳ ai không biết về sự dịch chuyển đều không thể hiểu được.
Chuyển nhanh sang kỷ nguyên hiện đại, sự ra đời của thời đại kỹ thuật số đã chứng kiến sự thay đổi mang tính cách mạng trong kỹ thuật mã hóa. Vào những năm 1970, các thuật toán khóa đối xứng như DES (Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu) đã xuất hiện, sử dụng cùng một khóa cho cả mã hóa và giải mã. Sau đó, vào cuối những năm 1970, RSA (Rivest-Shamir-Adleman) giới thiệu mã hóa bất đối xứng, đánh dấu sự khởi đầu một chương mới trong lĩnh vực bảo mật kỹ thuật số.
Xây dựng về mã hóa
Mã hóa chuyển đổi dữ liệu đơn giản, có thể đọc được thành văn bản bị xáo trộn, không thể đọc được để ngăn chặn truy cập trái phép. Quá trình chuyển đổi sử dụng một thuật toán, được gọi là mật mã và khóa.
Có hai loại mã hóa chính: đối xứng và bất đối xứng. Trong mã hóa đối xứng, cùng một khóa được sử dụng cho cả mã hóa và giải mã. DES và AES (Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao) là những ví dụ về mã hóa đối xứng. Trong mã hóa bất đối xứng, còn được gọi là mã hóa khóa chung, hai khóa khác nhau được sử dụng—một khóa để mã hóa và một khóa khác để giải mã. RSA và ECC (Mật mã đường cong Elliptic) là những ví dụ về mã hóa bất đối xứng.
Khi dữ liệu được mã hóa, nó sẽ không thể giải mã được và an toàn trước sự truy cập trái phép. Chỉ những người có khóa thích hợp mới có thể giải mã và hiểu dữ liệu. Đây là nền tảng của nhiều hệ thống bảo mật, chẳng hạn như HTTPS (Bảo mật giao thức truyền siêu văn bản) để duyệt web an toàn và SSL/TLS (Lớp cổng bảo mật/Bảo mật lớp truyền tải) để liên lạc qua internet an toàn.
Hoạt động bên trong của mã hóa
Quá trình mã hóa bắt đầu bằng văn bản gốc (dữ liệu có thể đọc được) trải qua thuật toán mã hóa cùng với khóa mã hóa. Thuật toán mã hóa xáo trộn bản rõ dựa trên khóa mã hóa để tạo ra bản mã. Chỉ có khóa giải mã chính xác mới có thể đảo ngược quá trình và biến bản mã trở lại dạng bản rõ ban đầu.
Trong quá trình mã hóa đối xứng, cùng một khóa được sử dụng cho cả mã hóa và giải mã. Khóa này phải được chia sẻ an toàn giữa người gửi và người nhận.
Ngược lại, mã hóa bất đối xứng bao gồm một cặp khóa: khóa chung để mã hóa và khóa riêng để giải mã. Khóa công khai được phân phối công khai, trong khi khóa riêng được chủ sở hữu giữ bí mật. Bất kỳ ai cũng có thể sử dụng khóa chung để mã hóa tin nhắn, nhưng chỉ chủ sở hữu khóa riêng mới có thể giải mã được.
Các tính năng chính của mã hóa
-
Bảo mật: Mã hóa bảo vệ dữ liệu bằng cách làm cho những cá nhân không có thẩm quyền không thể đọc được dữ liệu đó. Chỉ những người có khóa chính xác mới có thể giải mã và truy cập dữ liệu gốc.
-
Chính trực: Với mã hóa, có thể phát hiện xem dữ liệu có bị giả mạo trong quá trình truyền hay không.
-
Xác thực: Mã hóa khóa chung giúp xác minh danh tính của người gửi vì người gửi mã hóa dữ liệu bằng khóa riêng duy nhất của họ.
-
Không bác bỏ: Mã hóa bất đối xứng cũng đảm bảo không bị chối bỏ, vì tin nhắn được mã hóa bằng khóa riêng chỉ có thể được giải mã bằng khóa chung tương ứng, cung cấp bằng chứng về danh tính của người gửi.
Các loại mã hóa
Dưới đây là hai loại mã hóa chính:
-
Mã hóa đối xứng: Đây là kiểu mã hóa trong đó cùng một khóa được sử dụng cho cả mã hóa và giải mã.
Ví dụ về mã hóa đối xứng:
Thuật toán Kích thước phím Kích thước khối Ghi chú DES 56 bit 64 bit Hiện được coi là không an toàn cho hầu hết các ứng dụng 3DES 168 bit 64 bit An toàn hơn DES nhưng chậm hơn AES 128/192/256 bit 128 bit Thuật toán đối xứng được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay -
Mã hóa bất đối xứng: Còn được gọi là mã hóa khóa chung, loại này sử dụng hai khóa: một khóa chung (để mã hóa) và một khóa riêng (để giải mã).
Ví dụ về mã hóa bất đối xứng:
Thuật toán Kích thước phím Ghi chú RSA 1024/2048/4096 bit Thuật toán khóa công khai được sử dụng phổ biến nhất ECC 160-521 bit Cung cấp bảo mật tương tự như RSA nhưng với kích thước khóa nhỏ hơn nhiều
Việc sử dụng, vấn đề và giải pháp trong mã hóa
Mã hóa có mặt khắp nơi trong cuộc sống số của chúng ta, bảo vệ dữ liệu khi truyền và khi lưu trữ. Nó bảo vệ thông tin nhạy cảm của chúng tôi trên internet, bảo mật liên lạc qua email, bảo vệ các giao dịch tài chính và hơn thế nữa.
Tuy nhiên, mã hóa không phải là không có vấn đề. Quản lý khóa là một thách thức vì nếu mất khóa, dữ liệu đã mã hóa sẽ không thể phục hồi được. Hơn nữa, mã hóa mạnh có thể tốn nhiều tài nguyên và có thể làm chậm hiệu suất hệ thống.
Những vấn đề này được giải quyết bằng cách làm theo các phương pháp hay nhất như sao lưu khóa thông thường, sử dụng khả năng tăng tốc phần cứng cho các tác vụ mã hóa và triển khai chính sách mã hóa mạnh mẽ.
So sánh và đặc điểm
Mã hóa so với Mã hóa so với Băm:
| Mã hóa | Mã hóa | Băm | |
|---|---|---|---|
| Mục đích | Tính bảo mật và an ninh | Sự miêu tả dữ liệu | Xác minh dữ liệu |
| Chìa khóa | Yêu cầu | Không yêu cầu | Không yêu cầu |
| Khả năng đảo ngược | Có, với phím chính xác | Có, với thuật toán chính xác | Không, quy trình một chiều |
Quan điểm và công nghệ tương lai trong mã hóa
Tương lai của mã hóa nằm ở điện toán lượng tử và mật mã hậu lượng tử. Điện toán lượng tử đặt ra mối đe dọa đối với các thuật toán mã hóa hiện tại, vì về mặt lý thuyết, máy tính lượng tử có thể bẻ khóa các thuật toán này nhanh hơn máy tính thông thường.
Để chống lại điều này, mật mã hậu lượng tử đang được phát triển, bao gồm các thuật toán mã hóa có thể chống lại các cuộc tấn công từ cả máy tính cổ điển và lượng tử.
Máy chủ mã hóa và proxy
Các máy chủ proxy, giống như các máy chủ do OneProxy cung cấp, đóng vai trò trung gian giữa người dùng và internet. Mặc dù vai trò chính của máy chủ proxy không phải là mã hóa nhưng nó thường kết hợp mã hóa để cung cấp các kết nối an toàn.
Ví dụ: proxy SSL sử dụng mã hóa SSL để bảo mật việc truyền dữ liệu giữa người dùng và máy chủ proxy. Hơn nữa, máy chủ proxy có thể được sử dụng kết hợp với VPN (Mạng riêng ảo) để mã hóa dữ liệu và che giấu địa chỉ IP của người dùng, mang lại sự riêng tư và bảo mật nâng cao.
