Mật mã khóa công khai được coi là mật mã an toàn nhất để tạo chữ ký số và thực hiện mã hóa. Quản lý chữ ký số sẽ được coi là dịch vụ an toàn nhất trong tương lai cho truyền thông trực tuyến. Do đó, để thực hiện truyền thông trực tuyến an toàn, mật mã khóa công khai đóng vai trò thiết yếu.
Có nhiều ứng dụng mật mã khóa công khai:
Chữ ký số (Digital signatures) - Thông điệp tạo bởi khóa riêng người dùng dùng làm tính xác thực. Chữ ký số tạo bởi khóa riêng người dùng và thuật toán băm. Thông điệp mã hóa bằng khóa riêng, sau đó áp dụng thuật toán băm tạo chữ ký.
Mã hóa (Encryption) - Chuyển bản rõ thành dạng không đọc được, dùng truyền thông điệp an toàn đến người nhận. Mã hóa xáo trộn thông tin bảo vệ khỏi đọc bởi bất kỳ ai trừ người nhận dự định. Thiết bị mã hóa mã hóa thông tin trước khi đưa lên mạng. Thiết bị giải mã giải mã trước khi chuyển cho ứng dụng.
Bộ định tuyến, máy chủ, hệ thống cuối, hoặc công cụ chuyên dụng làm thiết bị mã hóa/giải mã. Dữ liệu mã hóa gọi dữ liệu đã mật mã. Dữ liệu không mã hóa gọi văn bản rõ.
Xác thực (Authentication) - Chứng thực thông điệp/người dùng hợp pháp. Xác thực nghĩa là người dùng là người họ tuyên bố. Tính sẵn sàng nghĩa là tài nguyên truy cập được bởi bên được ủy quyền (tấn công "từ chối dịch vụ" là vấn đề nhạy cảm an toàn quốc gia, tấn công vào tính sẵn sàng).
Không phối từ chối (Non-repudiation) - Người gửi không phủ nhận chữ ký sau truyền thông. Non-repudiation: người gửi không phủ nhận đã gửi, người nhận không phủ nhận đã nhận. Bên cạnh yếu tố kỹ thuật, phạm vi khái niệm an toàn thông tin rộng và đa dạng.
Toàn vẹn (Integrity) - Chữ ký cung cấp thông điệp nhận không bị sửa đổi. Toàn vẹn: thông tin bảo vệ khỏi thay đổi trái phép không phân biệt được bởi người được ủy quyền; một số sự cố xâm nhập làm tổn thương toàn vẹn cơ sở dữ liệu và tài nguyên.
Bảo mật (Confidentiality) - Thông điệp truyền mã hóa bằng khóa công khai người nhận để chỉ khóa riêng người dùng dự định giải mã.
Tạo khóa (Key generation) - Mỗi người tạo 2 khóa: khóa công khai và khóa riêng. Khóa riêng giữ phía người dùng, khóa công khai công khai trên mạng.
Ký (Signing) - Mỗi người dùng thực hiện ký dùng khóa riêng.
Xác minh (Verification) - Chữ ký đã ký được xác minh bằng khóa công khai người liên quan.