Mã hóa và băm

Hai người lạ đồng ý một bí mật trong nơi công cộng

• Đây là một vấn đề nghe có vẻ như không thể. Bạn và một cửa hàng chưa từng gặp nhau và không chia sẻ gì với nhau. Mọi thứ bạn nói với nhau đều bị mọi người nghe lén. Hãy đồng ý một khóa bí mật.
• Cho đến năm 1976, câu trả lời là bạn không thể: mã hóa đối xứng cần khóa được giao trước đó, qua người đưa thư hoặc trực tiếp, đó là lý do tại sao sách mã thời chiến được in và vận chuyển.
• Sau đó Diffie, Hellman và sau này Rivest, Shamir và Adleman đã chứng minh điều đó có thể thực hiện được, sử dụng một khóa chỉ dùng để khóa và một khóa khác chỉ dùng để mở khóa. Mọi mua hàng trực tuyến của bạn đều dựa vào điều này.
• Bài học này về mã hóa đối xứng và mã hóa bất đối xứng, tại sao các hệ thống thực tế sử dụng cả hai, và hàm một chiều gọi là hashing.

Từ vựng

• Mã hóa biến plaintext (dữ liệu rõ) dễ đọc thành ciphertext (dữ liệu mã hóa) khó đọc sử dụng một khóa; để giải mã là đảo ngược quá trình đó bằng khóa thích hợp.
• Mã hóa bảo vệ tính bí mật: bản sao bị chặn không thể hiểu được. Nó không ngăn chặn dữ liệu bị chặn, trì hoãn hoặc xóa bỏ.
• Độ mạnh nằm ở khóa, không phải ở việc giữ thuật toán bí mật. Các thuật toán được xuất bản và nghiên cứu chính xác để các điểm yếu được phát hiện bởi bạn bè thay vì kẻ thù.

Mã hóa đối xứng

• Mã hóa đối xứng sử dụng cùng một khóa để mã hóa và giải mã. AES là ví dụ tiêu chuẩn.
• Nó nhanh, nên phù hợp với dữ liệu khối: toàn bộ ổ đĩa, dòng video, tệp lớn.
• Điểm yếu của nó là phân phối khóa: khóa phải đến tay bên kia mà không bị chặn, và nếu bị chặn thì toàn bộ hệ thống sẽ bị phá vỡ. Với $n$ người muốn trò chuyện riêng tư theo cặp, số lượng khóa cần thiết tăng theo bình phương của $n$.

Mã hóa bất đối xứng

• Mã hóa bất đối xứng cung cấp cho mỗi người dùng một cặp khóa: một khóa công khai họ công bố cho thế giới, và một khóa riêng tư họ không bao giờ tiết lộ.
• Bất cứ thứ gì được mã hóa bằng khóa công khai chỉ có thể được giải mã duy nhất bằng khóa riêng tư tương ứng. Vì vậy, để gửi Alice một tin nhắn bí mật, bạn mã hóa bằng khóa công khai của Alice, và chỉ có Alice mới có thể đọc nó.
• Không cần trao đổi khóa trước, điều này giải quyết vấn đề mà bài học đã mở ra. Chi phí là nó chậm hơn nhiều, nên không được sử dụng cho lượng dữ liệu lớn.

Một khóa khóa, một khóa mở, và chỉ một trong số chúng là bí mật

Ví dụ làm mẫu: gửi tin nhắn bí mật

Phương pháp lai, là những gì thực sự xảy ra

• Đối xứng nhanh nhưng không thể chia sẻ khóa của nó; bất đối xứng có thể chia sẻ khóa nhưng chậm. Các hệ thống thực tế sử dụng mỗi loại cho những gì nó giỏi.
• Client tạo một khóa phiên ngẫu nhiên, mã hóa khóa nhỏ bé đó bằng khóa công khai của server, và gửi đi. Server giải mã nó bằng khóa riêng tư của mình, và giờ cả hai phía đều có cùng một khóa phiên.
• Mỗi byte của cuộc trò chuyện thực tế sau đó được mã hóa đối xứng bằng khóa phiên đó: nhanh, và bước bất đối xứng chậm chạp chỉ diễn ra một lần, trên vài byte.
• Đây chính xác là cách HTTPS và SSH hoạt động.

Bất đối xứng để đồng ý khóa, đối xứng để mang dữ liệu

Hashing

• Một bảng băm mật mã biến đầu vào có kích thước tùy ý thành digest (bản tóm tắt) có kích thước cố định. Đầu vào giống nhau luôn cho ra digest giống nhau, và một thay đổi nhỏ ở đầu vào làm thay đổi hoàn toàn digest.
• Nó là một chiều: đầu vào không thể được khôi phục từ digest. Đó là mục đích chính, và đó là điều khiến nó khác với mã hóa, vốn được thiết kế để đảo ngược.
• Ứng dụng: lưu trữ mật khẩu, nơi hệ thống chỉ giữ digest và so sánh digests lúc đăng nhập, nên cơ sở dữ liệu bị trộm sẽ không cung cấp mật khẩu; và kiểm tra tính toàn vẹn, nơi digest của tệp được tính lại và so sánh để phát hiện bất kỳ thay đổi nào.

Ví dụ làm mẫu: tại sao hash mật khẩu thay vì mã hóa nó

Điểm số dễ mất

Bạn đã nắm vững