Mật mã bất đối xứng là dạng thứ hai của mật mã học. Được gọi là Mật mã khóa công khai (Public-key cryptography). Có hai khóa khác nhau bao gồm một khóa dùng cho mã hóa và chỉ khóa tương ứng kia nên dùng cho giải mã. Không có khóa nào khác có thể giải mã thông điệp và ngay cả khóa ban đầu dùng cho mã hóa cũng không thể. Phong cách thiết kế là mỗi bên giao tiếp chỉ cần một cặp khóa để giao tiếp với bất kỳ số lượng bên giao tiếp khác nào.
Mật mã bất đối xứng có khả năng mở rộng cho dùng trong môi trường lớn và không ngừng mở rộng nơi dữ liệu thường được trao đổi giữa các đối tác giao tiếp khác nhau. Mật mã bất đối xứng được dùng để trao đổi khóa bí mật để chuẩn bị dùng mật mã đối xứng mã hóa thông tin.
Trong trường hợp trao đổi khóa, một bên tạo khóa bí mật và mã hóa nó với khóa công khai của người nhận. Người nhận có thể giải mã nó với khóa riêng của họ. Giao tiếp còn lại sẽ được hoàn thành với khóa bí mật làm khóa mã hóa. Mã hóa bất đối xứng được dùng trong trao đổi khóa, an ninh email, an ninh Web, và một số hệ thống mã hóa cần trao đổi khóa qua mạng công cộng.
Vấn đề chính cho mật mã khóa bất đối xứng là chứng minh khóa công khai là xác thực, và không bị can thiệp hoặc khôi phục bởi bên thứ ba độc ác. Phương pháp có lợi cho vấn đề này là dùng Cơ sở hạ tầng Khóa công khai (PKI), trong đó một hoặc nhiều bên thứ ba, gọi là cơ quan chứng thực, chứng thực quyền sở hữu cặp khóa. Phương pháp khác, dùng bởi PGP, là phương pháp "web of trust" (mạng lưới niềm tin) để đảm bảo tính xác thực của cặp khóa.
Mật mã khóa bất đối xứng là kỹ thuật mật mã học dùng khóa xác thực khác nhau trong CAD so với khóa chứng minh được thẻ thông minh dùng. Phương pháp này thường được triển khai dùng hàm bẫy một chiều, trong đó thẻ thông minh tạo chữ ký điện tử với khóa bí mật của nó và CAD cần khóa công khai để xác thực chữ ký.
Hệ thống mật mã khóa công khai Rivest-Shamir-Adelman (RSA) là phương pháp xác thực khóa bất đối xứng được triển khai thường xuyên nhất. Nó đặt an ninh của thuật toán vào độ phức tạp của việc phân tích thừa số nguyên tố lớn.
Tiêu chuẩn Chữ ký Số (DSS) do Viện Tiêu chuẩn và Kiểm tra Quốc gia (NIST) phát triển có thể dùng cho xác thực thẻ thông minh. Phương pháp này được phát triển để tạo chữ ký tài liệu cho Chính phủ Mỹ và có thể là lựa chọn ưu tiên cho xác thực ứng dụng chính phủ. Sức mạnh nằm ở độ phức tạp tính logarit rời rạc. Có ưu điểm: một số giá trị trung gian cho xác thực có thể "đánh giá trước" để giảm thời gian xác thực.
Cốt lõi của hệ thống khóa công khai, đặc biệt dùng cho mục đích xác thực, là phân phối khóa. Chứng chỉ cho phép thẻ thông minh cung cấp khóa xác thực cho CAD. Chứng chỉ được tạo khi thẻ được khởi động dùng khóa bí mật toàn hệ thống.