Mã hóa khóa đối xứng (Symmetric key encryption) có vấn đề chính là cách phân phối khóa một cách an toàn. Nhiều bộ sơ đồ mã hóa đã được tạo ra để giải quyết vấn đề của hai bên ở xa thiết lập liên kết an toàn, ngay cả qua web. Các sơ đồ mã hóa này được gọi là mã hóa khóa công khai.
Với mã hóa khóa công khai, có hai khóa: một khóa mã hóa thông tin, khóa thứ hai giải mã thông tin. Trong sơ đồ này, một khóa được chỉ định là khóa riêng (private key) và khóa kia là khóa công khai (public key).
Khóa riêng được giữ bí mật bởi chủ sở hữu bản ghi và khóa công khai được công bố tự do và rộng rãi cho mọi người trên thế giới. Danh sách khóa công khai có thể được viết ở bất cứ đâu. Việc tìm hiểu khóa công khai của Tổng thống Mỹ là khá dễ dàng. Nếu một cá nhân nắm giữ khóa riêng và đã công bố khóa công khai tương ứng, hai việc sau đây là có thể thực hiện:
Giao tiếp an toàn đến cá nhân (Secure delivery to the individual)
Bất kỳ ai trên thế giới cũng có thể mã hóa tin nhắn bằng khóa công khai của cá nhân đó và gửi cho họ. Vì chỉ có cá nhân đó mới có khóa riêng, tin nhắn không thể được giải mã bởi bất kỳ ai khác ngoại trừ cá nhân đó.
Đảm bảo tính xác thực từ cá nhân (Guaranteed authenticity from the individual)
Nếu cá nhân mã hóa tin nhắn bằng khóa riêng, thì mọi người trên thế giới đều có thể xác minh rằng tin nhắn là duy nhất vì cách duy nhất để giải mã tin nhắn là bằng khóa công khai duy nhất của người đó.
Nếu người dùng cần tải lên số liệu kế hoạch hoặc ngân sách vào kho dữ liệu, sơ đồ này có thể được dùng để đảm bảo rằng các con số thực sự đến từ cá nhân được chỉ định.
Nếu hai cá nhân khác nhau (A và B) có khóa công khai và khóa riêng, họ có thể giao tiếp an toàn:
Giao tiếp an toàn giữa các bên (Secure communications between parties)
Người A mã hóa tin nhắn đi bằng khóa công khai của B. Nhưng bên trong tin nhắn, người A thêm chữ ký này được mã hóa bằng khóa riêng của A. B nhận tin nhắn và giải mã khung tin nhắn bằng khóa riêng của B. B sau đó xác thực chữ ký của A bằng cách giải mã chữ ký bằng khóa công khai của A.
Sơ đồ này là giao tiếp an toàn nhất qua các phương tiện không an toàn như web hoặc đường dây điện thoại công cộng. Vì tốn nhiều tính toán, sơ đồ này thường được dùng để trao đổi an toàn một khóa đối xứng hiệu suất cao hơn mà cả hai bên có thể dùng tạm thời để trao đổi nhanh chóng lượng lớn dữ liệu.
Truy xuất an toàn khóa công khai của cá nhân/công ty (Secure retrieval of a person's or company's public key)
Có thể kết nối đến máy chủ web của CA (Certificate Authority) và yêu cầu khóa công khai cho cá nhân hoặc công ty mong muốn. Có thể nhận phản hồi của CA, được mã hóa bằng khóa riêng của nó. Có thể giải mã tin nhắn bằng khóa công khai của CA, xác minh rằng tin nhắn thực sự đến từ CA.