Mã hóa là một hình thức bảo mật dữ liệu trong đó thông tin được chuyển đổi thành văn bản mã hóa. Chỉ những người được ủy quyền và có khóa mới có thể giải mã và truy cập thông tin văn bản gốc.

Nói một cách đơn giản hơn, mã hóa là một cách để vô hiệu hóa dữ liệu đối với những người không được ủy quyền. Điều này nhằm ngăn chặn tội phạm mạng, những kẻ có thể đã sử dụng các phương thức khá tinh vi để truy cập vào mạng công ty—chỉ để phát hiện ra rằng dữ liệu không thể đọc được và do đó trở nên vô dụng. 

Mã hóa không chỉ đảm bảo tính bảo mật của dữ liệu hoặc tin nhắn mà còn cung cấp tính xác thực và tính toàn vẹn, chứng minh rằng dữ liệu hoặc tin nhắn cơ bản không bị thay đổi theo bất kỳ cách nào so với trạng thái ban đầu.

Cách thức hoạt động của mã hóa

Thông tin gốc, hay văn bản thuần túy, có thể đơn giản như "Xin chào thế giới!". Dưới dạng văn bản mã hóa, thông tin này có thể xuất hiện dưới dạng một chuỗi ký tự khó hiểu như 7*#0+gvU2x—một chuỗi ký tự có vẻ ngẫu nhiên hoặc không liên quan đến văn bản thuần túy gốc.

Tuy nhiên, mã hóa là một quá trình hợp lý, trong đó bên nhận dữ liệu được mã hóa—nhưng cũng nắm giữ khóa—có thể giải mã dữ liệu và chuyển nó trở lại dạng văn bản thuần túy.

Trong nhiều thập kỷ, kẻ tấn công đã cố gắng dùng vũ lực - về cơ bản là thử đi thử lại - để tìm ra những khóa như vậy. Tội phạm mạng ngày càng có khả năng tiếp cận sức mạnh tính toán mạnh hơn, đến mức đôi khi, khi có lỗ hổng, chúng có thể chiếm được quyền truy cập.

Dữ liệu cần được mã hóa khi ở hai trạng thái khác nhau: "ở trạng thái nghỉ" khi được lưu trữ, chẳng hạn như trong cơ sở dữ liệu; hoặc "đang truyền" khi được truy cập hoặc truyền giữa các bên.

Thuật toán mã hóa là một công thức toán học được sử dụng để chuyển đổi văn bản thuần túy (dữ liệu) thành văn bản mã hóa. Thuật toán sẽ sử dụng khóa để thay đổi dữ liệu theo một cách có thể dự đoán được. Mặc dù dữ liệu được mã hóa có vẻ ngẫu nhiên, nhưng thực tế nó có thể được chuyển trở lại thành văn bản thuần túy bằng cách sử dụng lại khóa. Một số thuật toán mã hóa thường được sử dụng bao gồm Blowfish, Advanced Encryption Standard (AES), Rivest Cipher 4 (RC4), RC5, RC6, Data Encryption Standard (DES) và Twofish.

Mã hóa đã phát triển theo thời gian, từ một giao thức chỉ được chính phủ sử dụng cho các hoạt động tuyệt mật thành một công nghệ bắt buộc phải có hàng ngày đối với các tổ chức để đảm bảo tính bảo mật và riêng tư cho dữ liệu của họ.

Các loại mã hóa

Có nhiều loại mã hóa khác nhau, mỗi loại có lợi ích và trường hợp sử dụng riêng.

Mã hóa đối xứng

Trong phương pháp mã hóa đơn giản này, chỉ có một khóa bí mật được sử dụng cho cả việc mã hóa và giải mã thông tin. Mặc dù là kỹ thuật mã hóa lâu đời nhất và nổi tiếng nhất, nhược điểm chính là cả hai bên đều cần phải có khóa được sử dụng để mã hóa dữ liệu trước khi có thể giải mã. Các thuật toán mã hóa đối xứng bao gồm AES-128, AES-192 và AES-256. Vì ít phức tạp hơn và thực thi nhanh hơn, mã hóa đối xứng là phương pháp được ưa chuộng để truyền dữ liệu số lượng lớn.

Mã hóa bất đối xứng

Còn được gọi là mật mã khóa công khai , mã hóa bất đối xứng là một phương pháp tương đối mới, sử dụng hai khóa khác nhau nhưng có liên quan để mã hóa và giải mã dữ liệu. Một khóa là khóa bí mật và một khóa là khóa công khai. Khóa công khai được sử dụng để mã hóa dữ liệu, và khóa riêng tư được sử dụng để giải mã (và ngược lại). Tính bảo mật của khóa công khai không cần thiết vì nó được công khai và có thể được chia sẻ qua internet. 

Mã hóa bất đối xứng là một lựa chọn mạnh mẽ hơn nhiều để đảm bảo an toàn thông tin được truyền qua internet. Các trang web được bảo mật bằng chứng chỉ Secure Socket Layer (SSL) hoặc Transport Layer Security (TLS). Một truy vấn đến máy chủ web sẽ gửi lại một bản sao của chứng chỉ số, và khóa công khai có thể được trích xuất từ chứng chỉ đó, trong khi khóa riêng tư vẫn được giữ bí mật.

Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu (DES)

DES là một phương pháp mã hóa dữ liệu khóa đối xứng đã lỗi thời. DES hoạt động bằng cách sử dụng cùng một khóa để mã hóa và giải mã thông điệp, do đó cả người gửi và người nhận đều phải có cùng một khóa riêng. DES đã được thay thế bằng thuật toán AES an toàn hơn. Nó đã được chính phủ Hoa Kỳ áp dụng làm tiêu chuẩn chính thức vào năm 1977 để mã hóa dữ liệu máy tính của chính phủ. Có thể nói rằng DES là động lực cho ngành công nghiệp mật mã và mã hóa hiện đại.

Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu ba (3DES)

Tiêu chuẩn Mã hóa Dữ liệu Ba lần bao gồm việc chạy thuật toán DES ba lần, với ba khóa riêng biệt. 3DES phần lớn được xem là một biện pháp tạm thời, vì thuật toán DES đơn lẻ ngày càng bị coi là quá yếu để chống lại các cuộc tấn công vũ phu , và AES mạnh hơn vẫn đang được đánh giá.

RSA

Rivest-Shamir-Adleman (RSA) là một thuật toán và là nền tảng của một hệ thống mật mã—một bộ các thuật toán mật mã được sử dụng cho các dịch vụ hoặc mục đích bảo mật cụ thể. Điều này cho phép mã hóa khóa công khai và thường được sử dụng bởi các trình duyệt để kết nối với các trang web và bởi các mạng riêng ảo (VPN). RSA là thuật toán bất đối xứng, trong đó hai khóa khác nhau được sử dụng để mã hóa: một khóa công khai và một khóa riêng tư. Nếu giải mã được thực hiện bằng khóa công khai, mã hóa được thực hiện bằng khóa riêng tư, hoặc ngược lại.

Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao (AES)

Được Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) phát triển vào năm 1997 như một giải pháp thay thế cho Tiêu chuẩn Mã hóa Dữ liệu, Tiêu chuẩn Mã hóa Nâng cao (AES) là một thuật toán mã hóa được chính phủ Hoa Kỳ lựa chọn để bảo vệ thông tin nhạy cảm. AES có ba độ dài khóa khác nhau để mã hóa và giải mã một khối thông điệp: 128 bit, 192 bit và 256 bit. AES được sử dụng rộng rãi để bảo vệ dữ liệu tĩnh trong các ứng dụng như cơ sở dữ liệu và ổ cứng.

Mã hóa trên đám mây

Mã hóa đám mây là dịch vụ do các nhà cung cấp lưu trữ đám mây cung cấp, trong đó dữ liệu được mã hóa bằng thuật toán trước khi được đẩy lên đám mây lưu trữ. Khách hàng của nhà cung cấp lưu trữ đám mây phải nắm rõ và hiểu rõ mức độ chi tiết của các chính sách và quy trình mã hóa và quản lý khóa mã hóa của nhà cung cấp. 

Do mã hóa tiêu tốn nhiều băng thông hơn, nhiều nhà cung cấp dịch vụ đám mây chỉ cung cấp mã hóa cơ bản trên một vài trường cơ sở dữ liệu, chẳng hạn như mật khẩu và số tài khoản. Điều này thường là không đủ đối với một số tổ chức. Vì vậy, họ dựa vào mô hình Tự Mang Mã Hóa (BYOE), trong đó họ sử dụng phần mềm mã hóa riêng và quản lý khóa mã hóa riêng để đảm bảo mức độ bảo mật điện toán đám mây mà họ cảm thấy thoải mái. 

Ngược lại, Mã hóa dưới dạng Dịch vụ (EaaS) nổi lên như một dịch vụ đơn giản, trả tiền khi sử dụng mà khách hàng có thể mua từ nhà cung cấp dịch vụ đám mây, tự quản lý mã hóa trong môi trường nhiều bên thuê.

Mã hóa đầu cuối

Mã hóa đầu cuối (E2EE) đảm bảo rằng chỉ hai người dùng đang giao tiếp với nhau mới có thể đọc được tin nhắn. Ngay cả bên trung gian, chẳng hạn như nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hoặc internet, cũng không thể giải mã tin nhắn. E2EE thường được coi là cách an toàn nhất để giao tiếp trực tuyến riêng tư và bảo mật. Ví dụ về E2EE đang được sử dụng bao gồm dịch vụ nhắn tin WhatsApp , vốn nổi tiếng với tuyên bố rằng tin nhắn của người dùng được bảo mật bằng "khóa".

Lợi ích của mã hóa

Quyền riêng tư và bảo mật

Mã hóa có thể ngăn chặn vi phạm dữ liệu . Ngay cả khi kẻ tấn công cố ý truy cập vào mạng, nếu thiết bị được mã hóa, thiết bị vẫn sẽ được bảo mật, khiến mọi nỗ lực đánh cắp dữ liệu của kẻ tấn công trở nên vô ích. Mã hóa đảm bảo không ai có thể đọc được thông tin liên lạc hoặc dữ liệu ngoại trừ người nhận hoặc chủ sở hữu dữ liệu. Điều này ngăn chặn kẻ tấn công chặn và truy cập dữ liệu nhạy cảm.

Quy định

Mã hóa dữ liệu cho phép các tổ chức bảo vệ dữ liệu và duy trì quyền riêng tư theo quy định của ngành và chính sách của chính phủ. Nhiều ngành, đặc biệt là các ngành dịch vụ tài chính và chăm sóc sức khỏe, có các quy định rõ ràng về bảo vệ dữ liệu. Ví dụ, Đạo luật Gramm-Leach-Bliley yêu cầu các tổ chức tài chính phải cho khách hàng biết dữ liệu của họ đang được chia sẻ như thế nào và dữ liệu của họ được bảo vệ như thế nào. Mã hóa giúp các tổ chức tài chính tuân thủ đạo luật này.

Duyệt internet an toàn

Mã hóa cũng giúp người dùng an toàn khi duyệt Internet. Trước đây, trong lịch sử Internet, kẻ tấn công đã tìm ra cách đánh cắp thông tin không được mã hóa được gửi giữa người dùng và các dịch vụ web qua Giao thức Truyền tải Siêu văn bản (HTTP). Tiêu chuẩn mã hóa nội dung web bằng cách chạy HTTP trên giao thức Lớp Cổng Bảo mật (SSL) đã xuất hiện, và sẽ sớm được thay thế bằng giao thức Bảo mật Lớp Truyền tải (Transport Layer Security), cho phép các doanh nghiệp, nhà xuất bản và nhà cung cấp thương mại điện tử mang đến trải nghiệm an toàn cho người dùng. 

Với mã hóa, người dùng cảm thấy an toàn hơn khi nhập thông tin cá nhân vào các trang web và thực hiện các giao dịch tài chính hoặc thương mại điện tử.

Mã hóa giữ an toàn cho dữ liệu nhạy cảm

Mã hóa sẽ tiếp tục là tính năng bảo mật cốt lõi trong mọi thứ, từ trò chuyện video đến thương mại điện tử và mạng xã hội. Về cơ bản, nếu dữ liệu có thể được chia sẻ hoặc lưu trữ, nó sẽ được mã hóa. Cả tổ chức và người dùng cá nhân đều sẽ được hưởng lợi từ việc duy trì các tiêu chuẩn mã hóa để đảm bảo dữ liệu cá nhân và chuyên nghiệp của họ được an toàn, tránh bị lạm dụng hoặc xâm phạm. 

Thách thức mã hóa

Kẻ tấn công vẫn sẽ tấn công ngay cả khi chúng biết dữ liệu hoặc thiết bị đã được mã hóa. Chúng nghĩ rằng chỉ cần một chút nỗ lực, chúng có thể vượt qua. Trong nhiều năm, mật khẩu yếu đã trở thành động lực cho kẻ tấn công tiếp tục thử, vì một số phần mềm tinh vi sớm muộn gì cũng có thể tìm ra mật khẩu.

Các cuộc tấn công brute force như vậy đã trở nên tinh vi hơn, vì kẻ tấn công hy vọng rằng bằng cách đưa ra hàng nghìn, thậm chí hàng triệu lần đoán, chúng sẽ tìm ra khóa giải mã. Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp mã hóa hiện đại, kết hợp với xác thực đa yếu tố (MFA), đang giúp các tổ chức trở nên chống chịu tốt hơn với các cuộc tấn công brute force.