Hiểu về mật mã: Các thành phần, kỹ thuật và ứng dụng cơ bản

Mật mã học là hoạt động bảo vệ tính bí mật, tính toàn vẹn và tính xác thực của thông tin bằng cách sử dụng các thuật toán toán học để mã hóa và giải mã dữ liệu. Nó liên quan đến việc sử dụng các khóa bí mật để chuyển đổi văn bản gốc thành văn bản mã hóa không thể đọc được, văn bản này chỉ có thể được giải mã bởi người có khóa giải mã thích hợp. Mật mã được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm các giao thức liên lạc an toàn như SSL/TLS, chữ ký số và mã xác thực thư (MAC).

2. Các thành phần cơ bản của một hệ thống mật mã là gì?

Một hệ thống mật mã bao gồm ba thành phần cơ bản:

1. Tạo khóa: Điều này liên quan đến việc tạo khóa bí mật được sử dụng để mã hóa và giải mã dữ liệu.
2. Mã hóa: Đây là quá trình chuyển đổi văn bản gốc thành văn bản mã hóa bằng cách sử dụng khóa bí mật.
3. Giải mã: Đây là quá trình chuyển đổi bản mã trở lại bản rõ bằng cách sử dụng khóa bí mật.

3. Một số kỹ thuật mật mã phổ biến là gì?

Một số kỹ thuật mật mã phổ biến bao gồm:

1. Mã hóa đối xứng: Điều này sử dụng cùng một khóa cho cả mã hóa và giải mã. Các ví dụ bao gồm AES (Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao) và DES (Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu).
2. Mã hóa bất đối xứng: Điều này sử dụng một cặp khóa, một để mã hóa và một để giải mã. Các ví dụ bao gồm RSA (Rivest-Shamir-Adleman) và Diffie-Hellman.
3. Hàm băm: Chúng lấy dữ liệu đầu vào có kích thước bất kỳ và tạo ra đầu ra có kích thước cố định có thể được sử dụng để xác thực tin nhắn hoặc chữ ký số. Các ví dụ bao gồm SHA-256 (Thuật toán băm an toàn 256) và MD5 (Thuật toán phân loại thông báo 5).
4. Chữ ký số: Chúng sử dụng hàm băm và mã hóa bất đối xứng để xác thực người gửi tin nhắn và đảm bảo rằng tin nhắn không bị giả mạo.
5. Mã xác thực thư (MAC): Mã này tương tự như chữ ký số nhưng không cung cấp khả năng chống chối bỏ (khả năng chứng minh rằng người gửi đã gửi thư). Các ví dụ bao gồm HMAC (Mã xác thực thông báo băm có khóa) và CBC-MAC (Mã xác thực thông báo chuỗi khối mật mã).
6. Tạo số giả ngẫu nhiên: Điều này được sử dụng để tạo ra các số ngẫu nhiên khó dự đoán hoặc đoán. Các ví dụ bao gồm Trình tạo số ngẫu nhiên (RNG) và Trình tạo số giả ngẫu nhiên (PRNG).
7. Trao đổi khóa: Điều này liên quan đến việc trao đổi an toàn các khóa mật mã giữa hai bên qua một kênh không an toàn. Các ví dụ bao gồm trao đổi khóa Diffie-Hellman và Mật mã đường cong Elliptic (ECC).
8. Bảo mật lớp ổ cắm/bảo mật lớp vận chuyển (SSL/TLS): Đây là các giao thức được sử dụng để bảo mật thông tin liên lạc qua internet, chẳng hạn như ngân hàng trực tuyến và thương mại điện tử.
9. Cơ sở hạ tầng khóa công khai (PKI): Đây là hệ thống được sử dụng để quản lý và phân phối khóa chung cho chữ ký số và các ứng dụng mật mã khác.
10. Hàm băm mật mã: Đây là các hàm một chiều lấy dữ liệu đầu vào có kích thước bất kỳ và tạo ra đầu ra có kích thước cố định có thể được sử dụng để xác thực tin nhắn hoặc chữ ký số. Các ví dụ bao gồm SHA-256 (Thuật toán băm an toàn 256) và MD5 (Thuật toán phân loại thông báo 5).

4. Sự khác biệt giữa mã hóa đối xứng và bất đối xứng là gì?

Mã hóa đối xứng sử dụng cùng một khóa cho cả mã hóa và giải mã, trong khi mã hóa bất đối xứng sử dụng một cặp khóa, một khóa để mã hóa và một khóa để giải mã. Mã hóa đối xứng nhanh hơn và hiệu quả hơn nhưng yêu cầu cả hai bên đều có quyền truy cập vào cùng một khóa bí mật. Mã hóa bất đối xứng chậm hơn và phức tạp hơn nhưng nó cung cấp mức độ bảo mật cao hơn và cho phép trao đổi khóa qua kênh không an toàn.

5. Một số ứng dụng phổ biến của mật mã là gì?

Mật mã học có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:

1. Các giao thức liên lạc an toàn như SSL/TLS, đảm bảo an toàn cho các giao dịch liên lạc trực tuyến và thương mại điện tử.
2. Chữ ký số, xác thực người gửi tin nhắn và đảm bảo rằng tin nhắn không bị giả mạo.
3. Mã xác thực tin nhắn (MAC), cung cấp mức độ bảo mật tương tự như chữ ký số nhưng không cung cấp khả năng chống chối bỏ.
4. Mã hóa dữ liệu ở trạng thái nghỉ và đang truyền, chẳng hạn như ổ cứng được mã hóa và dịch vụ lưu trữ trực tuyến an toàn.
5. Các giao thức trao đổi khóa an toàn như Diffie-Hellman và Mật mã đường cong Elliptic (ECC), cho phép các bên trao đổi khóa mật mã một cách an toàn qua một kênh không an toàn.
6. Hệ thống bỏ phiếu an toàn, sử dụng mật mã để bảo vệ tính toàn vẹn của cuộc bầu cử và ngăn chặn gian lận.
7. Các giao dịch tài chính an toàn, chẳng hạn như ngân hàng trực tuyến và thương mại điện tử, sử dụng mật mã để bảo vệ thông tin nhạy cảm như số thẻ tín dụng và mật khẩu.
8. Các ứng dụng nhắn tin an toàn, như WhatsApp và Signal, sử dụng mã hóa hai đầu để bảo vệ quyền riêng tư của tin nhắn và cuộc gọi.
9. Các dịch vụ email bảo mật, như ProtonMail và Tutanota, sử dụng mật mã để bảo vệ quyền riêng tư của email và tệp đính kèm.
10. Xác minh danh tính trực tuyến an toàn, chẳng hạn như xác thực hai yếu tố (2FA) và xác thực đa yếu tố (MFA), sử dụng mật mã để bảo vệ tài khoản người dùng và ngăn chặn truy cập trái phép.