Một trong những tiêu chuẩn mã hóa phổ biến nhất hiện nay là Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao (Advanced Encryption Standard, hay AES). Đây là một biến thể của mật mã khối Rijndael và có ba kích cỡ khóa: 128, 192 và 256 bit.
Vậy mã hóa AES-256 là gì và nó hoạt động như thế nào?
Mã hóa AES-256 là gì?
AES là một tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu được sử dụng trên toàn thế giới. Đó là tiêu chuẩn liên bang được chính phủ Hoa Kỳ sử dụng và nó mang lại sự bảo mật và bảo vệ đáng kể.
AES là một loại mã hóa đối xứng, sử dụng cùng một khóa để mã hóa và giải mã dữ liệu của bạn. Về cơ bản, cả người gửi và người nhận đều yêu cầu cùng một khóa để giải mã dữ liệu. Mã hóa đối xứng nhanh hơn, mặc dù nó kém an toàn hơn một chút so với mã hóa bất đối xứng.
Mật mã khối là gì?
Để hiểu cách AES-256 hoạt động, bạn cần hiểu về mật mã khối (Block Cipher). Khối (block) đơn giản có nghĩa là một đơn vị thông tin được chia trước khi được mã hóa. AES tiêu chuẩn sử dụng kích thước khối 128 bit.
Để hình dung, 16 byte nhân với 8 bit sẽ cho bạn 128 bit trong mỗi khối. Vì vậy, dù khóa có kích thước như thế nào, kích thước của khối vẫn giữ nguyên. AES đã chịu khá nhiều cuộc tấn công nhưng vẫn chưa bị bẻ khóa.
AES-256 là phiên bản an toàn nhất, mặc dù nó đòi hỏi sức mạnh tính toán cao hơn. Trước mối đe dọa tiềm tàng của mật mã hậu lượng tử (post-quantum cryptography), nhiều người cho rằng AES-256 có khả năng kháng lượng tử, có nghĩa là máy tính lượng tử không có khả năng phá được mật mã.
Kích thước khối ảnh hưởng đến bảo mật như thế nào?
Kích thước của khối cũng có ảnh hưởng gián tiếp đến tính bảo mật của mật mã. Về cơ bản, khối càng lớn thì càng có nhiều dữ liệu có thể được mã hóa mà không bị trùng lặp. Tuy nhiên, nếu kích thước khối quá nhỏ, nó có thể ảnh hưởng đến việc sử dụng mật mã một cách an toàn.
Mật mã khối (block cipher) là một hoán vị giả-ngẫu nhiên, có nghĩa là nếu đầu vào khác nhau thì đầu ra cũng sẽ tự động khác nhau. AES chủ yếu sử dụng kích thước khối 128 bit, trong đó dữ liệu được chia thành mảng 4×4 chứa 16 byte.
Tuy nhiên, mặc dù kích thước khối không ảnh hưởng trực tiếp đến bảo mật mật mã (cipher security) nhưng nó lại ảnh hưởng đến bảo mật chế độ (mode security). Tất cả các mật mã khối thường được triển khai ở các chế độ hoạt động khác nhau, do đó tính bảo mật của từng chế độ phụ thuộc vào hai yếu tố: tính bảo mật của chính mật mã khối và tính bảo mật của chế độ khi mật mã khối được thay thế bằng hoán vị giả-ngẫu nhiên.
Về cơ bản, bạn càng xử lý nhiều dữ liệu trong một chế độ hoạt động thì chế độ đó càng hiển thị nhiều vì kích thước khối càng ngắn dẫn đến xác suất thành công trái ngược càng tăng. Theo thời gian, các phần hoán vị bị ẩn sẽ tiếp tục lộ ra, cuối cùng tiết lộ toàn bộ hoán vị.
Vì vậy, nếu bạn có mật mã khối gồm N bit và bạn biết rằng nó không khác gì hoán vị giả ngẫu nhiên của N bit, tính bảo mật của mật mã của bạn sẽ bị ảnh hưởng nếu bạn sử dụng nó trong chế độ hoạt động. Để đảm bảo tính bảo mật của chế độ không bị ảnh hưởng, tốt nhất bạn nên sử dụng kích thước khối lớn hơn.
AES-256 mã hóa dữ liệu như thế nào?
Khái niệm cơ bản của mã hóa là mật mã thay thế từng đơn vị thông tin bằng một đơn vị thông tin khác, tùy thuộc vào khóa bảo mật. Ví dụ: AES-256 hoàn thành 14 vòng mã hóa, khiến nó cực kỳ an toàn.
Các bước bao gồm việc chia dữ liệu thành các khối, thay thế các byte khác nhau, dịch chuyển các hàng và trộn các cột để xáo trộn thông tin hoàn toàn. Đến cuối quá trình, kết quả là một tập hợp ký tự hoàn toàn ngẫu nhiên không có ý nghĩa với bất kỳ ai nếu họ không có khóa giải mã.
AES-256 là mức mã hóa dài nhất và cũng là mức mạnh nhất mà nó cung cấp. Để dễ hình dung hơn, một hacker sẽ cần phải thử 2256 tổ hợp riêng biệt, mỗi tổ hợp có tổng cộng 78 chữ số, để phá vỡ mã hóa.
Về bản chất, con số này còn lớn hơn số lượng ngôi sao trong vũ trụ! Điều này làm cho nó trở thành tiêu chuẩn mã hóa mạnh nhất trên thế giới.
Ứng dụng của AES-256
AES-256 là biến thể mạnh mẽ nhất nên không phải lúc nào nó cũng lý tưởng cho các trường hợp sử dụng đơn giản. Tuy nhiên, AES-256 được các nhà cung cấp VPN sử dụng để bảo mật cơ sở dữ liệu.
Thư viện AES có sẵn cho các ngôn ngữ lập trình phổ biến như C, C++, Java và Python. Nếu bạn sử dụng trình quản lý mật khẩu như 1Pass hoặc LastPass, có thể bạn đã sử dụng AES-256 để mã hóa thông tin nhạy cảm.
Ngay cả các ứng dụng nhắn tin như WhatsApp cũng sử dụng mã hóa AES-256 để xáo trộn tin nhắn. Các máy tính hiện đại sử dụng bộ xử lý Intel hoặc AMD đã tích hợp sẵn hướng dẫn AES và hầu hết tất cả các tổ chức tài chính đều dựa vào mã hóa AES để xáo trộn thông tin nhạy cảm.
Nói tóm lại, AES có mặt ở khắp mọi nơi.
Mã hóa sẽ ngày càng mạnh mẽ hơn
Khi thế giới chuyển dần sang phi tập trung và tin tặc ngày càng sáng tạo hơn, các tiêu chuẩn mã hóa sẽ ngày càng mạnh mẽ hơn. Hiện tại, các tiêu chuẩn mật mã yêu cầu khóa chung và khóa riêng để xác minh giao dịch, vì vậy các tiêu chuẩn bảo mật chắc chắn sẽ còn tốt hơn nữa trong tương lai.
Tìm hiểu ngay chương trình học công nghệ thông tin trực tuyến tại FUNiX ở đây:
Vân Nguyễn
Dịch từ: https://www.makeuseof.com/what-is-aes-256-encryption-how-does-it-work/
Bình luận (0
)