Mật mã khóa công khai đã trở thành biện pháp thiết yếu cung cấp bảo mật, đặc biệt nhờ giải quyết vấn đề phân phối khóa, nơi người dùng muốn giao tiếp riêng tư trao đổi khóa mã hóa. Nó cũng cung cấp chữ ký số cho phép người dùng ký khóa để xác thực danh tính.
Ý tưởng mật mã khóa công khai xuất phát từ nỗ lực giải quyết hai vấn đề khó nhất của mã hóa đối xứng. Vấn đề đầu tiên là phân phối khóa. Phân phối khóa dưới mã hóa đối xứng yêu cầu:
- Hai bên giao tiếp đã chia sẻ khóa trước đó theo cách nào đó.
- Cần một trung tâm phân phối khóa (Key Distribution Center).
Hệ mật khóa công khai (Public key Cryptosystem): Thuật toán bất đối xứng dùng một khóa mã hóa và một khóa khác liên quan nhưng riêng biệt để giải mã. Các thuật toán này có đặc điểm:
- Không thể tính toán khóa giải mã chỉ từ thông tin thuật toán và khóa mã hóa.
- Hai khóa liên quan: một dùng mã hóa, kia dùng giải mã.
Một lược đồ mã hóa khóa công khai có các thành phần:
- Bản rõ (Plaintext): Tin nhắn đọc được đưa vào thuật toán.
- Thuật toán mã hóa: Thực hiện các biến đổi trên bản rõ.
- Khóa công khai và Khóa riêng: Cặp khóa được chọn sao cho nếu một khóa mã hóa thì khóa kia giải mã.
- Bản mã (Ciphertext): Tin nhắn xáo trộn đầu ra. Phụ thuộc bản rõ và khóa. Với cùng bản rõ, hai khóa khác nhau tạo ra hai bản mã khác nhau.
- Thuật toán giải mã: Nhận bản mã và khóa phù hợp, tạo ra bản rõ gốc.
Khóa trong mật mã khóa công khai rất lớn (512, 1024, 2048 bit...), khó nhớ, nên lưu trong USB token hoặc HSM.
Vấn đề lớn của hệ khóa công khai: kẻ tấn công có thể giả mạo người dùng hợp pháp, thay khóa công khai bằng khóa giả trong thư mục công khai, chặn hoặc sửa đổi khóa.
Mật mã khóa công khai đóng vai trò quan trọng trong thanh toán trực tuyến, thương mại điện tử. Các dịch vụ này chỉ an toàn khi tính xác thực của khóa công khai và chữ ký người dùng được đảm bảo.
Hệ mật bất đối xứng phải cung cấp: bảo mật, xác thực, toàn vẹn, không chối cồi. Khóa công khai hỗ trợ không chối cồi và xác thực. Dịch vụ bảo mật và toàn vẹn được xem là một phần của quá trình mã hóa bằng khóa riêng của người dùng.