Khái niệm, Sự khác biệt giữa public key và private key

Public Key và Private Key, hai khái niệm quen thuộc trong lĩnh vực mã hóa, đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong việc bảo vệ dữ liệu trước sự xâm nhập và lộ thông tin. Dù rất nhiều người đã nghe đến hai khái niệm này, nhưng không phải ai cũng hiểu rõ sự khác biệt cũng như vai trò của chúng. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết về Public Key và Private Key là gì và tại sao chúng lại có tầm quan trọng đối với sự bảo mật trong không gian số.

Public Key và Private Key là gì?

Để thấu hiểu sâu hơn, chúng ta nên khám phá một cách chi tiết hơn về việc áp dụng cơ chế sử dụng public key và private key trong quá trình giải mã các thông điệp được mã hóa, mà qua đó sử dụng các phương pháp mã hóa phức tạp dựa trên nguyên tắc toán học. Trong hệ thống này, “Public key” có chức năng được mở rộng và tiết lộ cho mọi người, trong khi “Private key” mang trọng trách quan trọng, đặc biệt là trong bối cảnh của tiền điện tử, và yêu cầu phải được đảm bảo về mặt bảo mật vô cùng cẩn thận, tương tự như cách ta bảo vệ mật khẩu quan trọng, nhằm bảo vệ sự toàn vẹn của tài sản số của mỗi cá nhân.

Thường thì, những “private key” này có thể thay đổi tùy theo loại tiền điện tử cụ thể, tuy nhiên phần lớn chúng tuân theo một chiều dài chuẩn là 256-bit, nhằm đảm bảo tính bảo mật trong quá trình mã hóa. Điều này được áp dụng trong nhiều loại tiền điện tử như Bitcoin (BTC), Ethereum (ETH), Litecoin (LTC), cùng với nhiều loại khác. Ví dụ, khi ta thảo luận về “private key” trong ngữ cảnh của Bitcoin, chúng ta có thể thấy một biểu diễn như sau:

0x01 và 0xFFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFE BAAE DCE6 AF48 A03B BFD2 5E8C D036 4140, đại diện cho toàn bộ phạm vi của 2^256 – 1 giá trị có thể có.

Tương tự, một ví dụ về “Public key” có thể được trình bày như sau:

3048 0241 00C9 18FA CF8D EB2D EFD5 FD37 89B9 E069 EA97 FC20 5E35 F577 EE31 C4FB C6E4 4811 7D86 BC8F BAFA 362F 922B F01B 2F40 C744 2654 C0DD 2881 D673 CA2B 4003 C266 E2CD CB02 0301 0001

Những chuỗi ký tự này đại diện cho những “chìa khóa” ngẫu nhiên, có thể là công khai (public key) để ai đó biết, hoặc riêng tư (private key) chỉ chủ sở hữu mới biết. Trong quá trình mã hóa, “public key” được sử dụng, tuy nhiên chỉ có “private key” mới có khả năng giải mã thông điệp. Điều này có nghĩa là, nếu bạn có “private key”, bạn có thể suy ra “public key”, nhưng việc ngược lại, dựa vào “private key” để tìm ra “public key”, là điều không thể thực hiện được.

Một ví dụ cụ thể trong lĩnh vực tiền điện tử có thể giúp làm rõ cách cả “public key” và “private key” được áp dụng. Khi xem xét một ví dụ về tiền điện tử, “public key” tương đương với một địa chỉ người dùng và cho phép người khác gửi đơn vị token tới đó trong mạng. Tuy nhiên, khi người dùng muốn thực hiện việc chuyển đổi tiền điện tử từ tài khoản này sang một tài khoản khác, họ phải sử dụng “private key” để xác minh và thực hiện giao dịch.

Mô hình này có thể hiểu tương tự như cách bạn truy cập hộp thư điện tử của mình, nơi bạn cần nhập mật khẩu để đăng nhập. Địa chỉ email ở đây tương đương với một địa chỉ duy nhất để nhận thư trong mạng email. Tuy nhiên, để có quyền truy cập vào toàn bộ tài khoản email, bạn cần mật khẩu. Theo thời gian, phương pháp mã hóa đối xứng đã không còn đáp ứng đủ về mặt bảo mật, trong đó thông điệp được mã hóa và giải mã bằng một khóa duy nhất. Tuy nhiên, các tiến bộ trong lĩnh vực khoa học máy tính đã thúc đẩy sự phát triển của mã hóa không đối xứng để đối mặt với những thách thức này, thông qua việc sử dụng cặp “public key” và “private key” riêng biệt để mã hóa và giải mã thông điệp.

Cách hoạt động của public key và private key

Cơ sở của mật mã dựa trên nguyên tắc của khái niệm public key có thể được ứng dụng trong nhiều tình huống quan trọng, hình thành một liên kết bí mật quan trọng giữa việc xác định danh tính và đảm bảo tính bảo mật của thông tin. Để thể hiện khía cạnh này một cách chi tiết hơn, chúng ta có thể trình bày như sau:

Ban đầu, người gửi thực hiện việc tạo ra một tập hợp hình ảnh cụ thể về public key của người nhận – một chuỗi ký tự độc nhất thể hiện một con đường độc nhất để nhận được thông điệp. Bằng cách tận dụng public key này, người gửi tiến hành mã hóa thông điệp hoặc bất kỳ dữ liệu nào họ muốn chia sẻ. Sau đó, tập dữ liệu đã được mã hóa được truyền từ tay người gửi đến tay người nhận. Trong giai đoạn này, người nhận tập trung vào việc sử dụng private key (private key) của họ để giải mã thông điệp, mở ra khả năng tiếp cận nội dung gốc.

Để minh họa điều này, hãy tưởng tượng rằng cá nhân A muốn thực hiện việc chuyển đổi một đơn vị tiền điện tử mã hóa (BTC) tới cá nhân B. A đã biết về public key của B và sử dụng nó để mã hóa giao dịch. Sau khi giao dịch được truyền, B nhận được và áp dụng private key của mình để giải mã, từ đó, tiết lộ số lượng BTC được chuyển từ A. Vì chỉ có mình B duy nhất giữ quyền sở hữu private key này, nên chỉ B mới có khả năng thực hiện hành động giao dịch đó.

Trong ngữ cảnh của tiền điện tử, private key đóng một vai trò vô cùng quan trọng như một phần của việc sở hữu. Điều này thể hiện sự kiểm soát mạnh mẽ của bạn đối với tài sản số và cung cấp cho bạn quyền thực hiện các giao dịch. Khi bất kỳ ai nắm giữ private key này, họ có khả năng thực hiện các hành động tương ứng liên quan đến số tiền tương ứng.

Sự khác biệt giữa public key và private key

Mục tiêu cốt yếu của cả public key và private key về bản chất đều xoay quanh mục đích cơ bản là xác minh một giao dịch cụ thể đã được thực hiện bởi người đã ký kết giao dịch đó và ngăn chặn việc làm giả mạo một cách không hợp lý. Mặc dù cả hai hình thức mã hóa này phục vụ cho mục đích tương tự, nhưng chúng thể hiện những sự khác biệt đáng chú ý trong nhiều khía cạnh khác nhau.

Phân tích về thuật toán và cơ chế

Khi tiến hành việc mã hóa thông qua public key, chúng ta cần sử dụng hai loại private key biệt – một cho việc mã hóa và một cho việc giải mã thông tin. Trái ngược, chỉ có một private key duy nhất được sử dụng để thực hiện cả việc mã hóa và giải mã thông tin, và khóa này sẽ được chia sẻ giữa người gửi và người nhận trong trường hợp của các tin nhắn được mã hóa.

Khả năng thực hiện

Private key có khả năng thực hiện nhanh hơn đáng kể so với public key. Điều này xuất phát từ việc sử dụng private key chỉ yêu cầu một khóa duy nhất, trong khi public key yêu cầu cả hai khóa.

Khía cạnh về riêng tư

Private key được coi là một bí mật quan trọng và không nên bao giờ tiết lộ cho bất kỳ ai khác ngoài chủ sở hữu ví. Khi mất private key, không thể khôi phục lại và tất cả các tệp mã hóa liên quan sẽ trở nên vô nghĩa. Thường thì, các khóa này có mức độ phức tạp và khó ghi nhớ vì chúng liên quan đến một chuỗi số phức tạp. Tuy nhiên, mức độ an toàn của private key hoàn toàn phụ thuộc vào người sở hữu. Điều này làm rõ tại sao việc tốt nhất để bảo vệ private key là sử dụng các thiết bị lưu trữ ngoại tuyến. Ngược lại, public key được công khai và có thể dễ dàng truy cập. Không có nguy cơ mất mát khi sử dụng public key.

Chữ ký số

Nội dung trên web có thể được ký điện tử bằng private key và sau đó được xác minh bằng public key của người dùng. Điều này giúp xác định người gửi thông điệp trên mạng một cách dễ dàng và xác nhận rằng thông điệp đã được gửi từ một nguồn tin cậy.

Chữ ký điện tử mang lại những ưu điểm bảo mật quan trọng sau:

Xác minh: Chứng minh tính hợp pháp của thông điệp hoặc người gửi, ngăn chặn việc sau này từ chối sau khi đã giao tiếp. Không thể phủ nhận: Người gửi thông điệp không thể từ chối chữ ký sau khi đã trao đổi. Tính toàn vẹn: Chữ ký đảm bảo rằng nội dung nhận được không bị thay đổi.

Mã hóa và giải mã

Quy trình mã hóa và giải mã

Nội dung được mã hóa bằng public key của người dùng và chỉ có thể được giải mã bởi private key của họ. Đây là phương pháp duy nhất để chuyển đổi thông điệp ngược lại.

Mã hóa mang lại những lợi ích bảo mật sau:

Tính riêng tư: Không thể truy cập trái phép, đảm bảo tính bảo mật bằng cách sử dụng private key chỉ người sở hữu biết. Tính toàn vẹn: Quá trình mã hóa bằng public key đảm bảo rằng thông điệp nhận được không bị thay đổi.

Public key có vô số ứng dụng rộng rãi trong nhiều giao thức và định dạng dữ liệu, được áp dụng bởi nhiều ứng dụng và phần mềm hệ thống. Điều này bao gồm các giao thức như SSL, SSH, tệp PDF có chữ ký số, OpenPGP, S/MIME và nhiều loại khác. Public key cũng có ứng dụng rộng rãi trong các phần mềm như trình duyệt, đảm bảo việc kết nối an toàn trong các mạng không an toàn. Hơn nữa, mật mã không đối xứng còn tạo nền tảng cho thuật toán blockchain, là cơ sở của nhiều loại tiền điện tử.

Lợi ích và hạn chế của public key và private key

Không có một lựa chọn mã hóa hoàn hảo nào tồn tại, và trạng thái này cũng áp dụng cho cả hai phương thức mã hóa theo public key và private key. Dưới đây, chúng ta sẽ tiến hành phân tích một số ưu điểm và hạn chế của cả hai phương pháp này:

Ưu điểm

Việc sử dụng công nghệ mã hóa với private key mang đến một giải pháp tối ưu cho hầu hết các doanh nghiệp, đóng góp vào việc bảo vệ thông tin quý báu khỏi sự tò mò của những ánh mắt không mời gọi. Bất kể bạn ưa thích sử dụng mã hóa đối xứng hay không đối xứng, cả hai phương pháp này đều đi kèm với những lợi thế và hạn chế đặc trưng, như tất cả các công nghệ khác.

Tuy nhiên, phương pháp mã hóa đối xứng nổi bật với tốc độ vượt trội và tính thực thi dễ dàng hơn. Hệ thống chỉ cần thực hiện một phép toán toán học đơn lẻ, có khả năng đảo ngược để thực hiện việc mã hóa hoặc giải mã dữ liệu. Điều này giải thích lý do phương pháp này yêu cầu ít tài nguyên máy tính hơn so với việc mã hóa không đối xứng.

Ngoài ra, mặc dù mã hóa bằng private key cung cấp mức độ bảo mật cao hơn, nó cũng đối mặt với một số hạn chế đáng kể. Một trong những thách thức quan trọng liên quan đến phương pháp này là khía cạnh của giao tiếp an toàn. Điều này liên quan đến các hình thức giao tiếp không đảm bảo để truyền tải khóa. Nếu bên thứ ba có khả năng tiếp cận khóa để mở khóa dữ liệu, rủi ro sẽ trở nên vô cùng đáng lo ngại. Phương pháp này không thể đảm bảo nguồn gốc và tính xác thực của thông điệp, có thể dẫn đến vấn đề trong trường hợp xảy ra xung đột hoặc sự nghi ngờ. Trong trường hợp người dùng muốn chia sẻ dữ liệu hoặc tài sản giữa các nhóm, họ phải tạo và quản lý nhiều private key. Tuy nhiên, việc sở hữu quá nhiều khóa có thể không tiện lợi và việc chia sẻ một private key với nhiều bên khác nhau có thể tạo ra nguy cơ đe dọa về bảo mật.

Nhược điểm

Các hạn chế của phương pháp này liên quan đến một số điểm yếu đáng chú ý. Đầu tiên, việc mất mát private key có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng. Điều này có nghĩa là không ai có thể giải mã dữ liệu nữa. Trong trường hợp của tiền điện tử, ví sẽ không thể truy cập vào số dư nếu chủ sở hữu mất private key.

Khi nào nên chọn public key và private key?

Phương pháp lựa chọn để mã hóa đã trải qua một quá trình sàng lọc cẩn thận, hình thành dưới tác động của sở thích cá nhân kết hợp với sự tiện lợi cá nhân mà mỗi người mang theo. Trong tình huống cụ thể của bạn, việc đảm bảo độ an toàn tối đa cùng với tốc độ truyền thông nhanh chóng đã dẫn đến một lựa chọn thông minh về việc sử dụng mã hóa đối xứng. Một ví dụ cụ thể là sự kết hợp của Tiêu chuẩn Mã hóa Nâng cao (AES) trong quá trình mã hóa đối xứng, một nguyên tắc thực tiễn mà các hãng lớn như Apple và Microsoft đã sử dụng để chứng minh hiệu năng không thể chối cãi.

Tuy nhiên, nếu ưu tiên hàng đầu của bạn là tối ưu hóa bảo quản thông tin, thì việc sử dụng mã hóa đối xứng là một quyết định hợp lý. Hệ thống này thường hoạt động đặc biệt hiệu quả khi mã hóa và lưu trữ dữ liệu trực tiếp trên một thiết bị cụ thể, mà không cần chuyển dữ liệu qua các thiết bị trung gian.

Ngược lại, nếu an ninh vượt trội hơn tất cả các yếu tố khác, bao gồm cả tốc độ và khả năng tính toán, thì việc chọn mã hóa không đối xứng là điều cần xem xét. Cần nhớ rằng mã hóa không đối xứng thường đòi hỏi tính toán phức tạp hơn, nhưng đáp lại, nó mang lại độ an toàn cao hơn. Đặc biệt, khi xác minh danh tính trở thành vấn đề quan trọng, mã hóa không đối xứng trở nên quý báu, vì mã hóa đối xứng không đáp ứng được yêu cầu này. Trong bối cảnh này, công nghệ chuỗi khối, dựa trên khả năng xác minh danh tính, đã mở ra cơ hội thực hiện giao dịch một cách an toàn và đáng tin cậy. Điều này đặc biệt hấp dẫn và đánh giá cao từ các nhà đầu tư và người tham gia trong lĩnh vực tiền điện tử, những người đặc biệt quan tâm đến khả năng này hơn bất kỳ khía cạnh nào khác.

Kết luận

Như vậy, qua bài viết này, chúng ta đã cùng nhau khám phá sự khác biệt quan trọng giữa Public Key và Private Key trong hệ thống mã hóa. Public Key được sử dụng để mã hóa thông tin và chia sẻ công khai, trong khi Private Key được bảo mật chặt chẽ để giải mã và ký điện tử. Cả hai khóa này đóng góp một cách quan trọng vào việc đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu trong môi trường số hóa ngày càng phức tạp. Việc hiểu rõ về vai trò của chúng sẽ giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan về cách thức hoạt động của các hệ thống bảo mật và mã hóa, đồng thời nâng cao khả năng áp dụng trong việc bảo vệ thông tin quan trọng. Đừng quên tiếp tục theo dõi trang Diễn Đàn Blockchain để cập nhật nhiều kiến thức hữu ích hơn về lĩnh vực blockchain và kinh nghiệm đầu tư tiền điện tử.