Ngày nay, khi mà công nghệ có những bước phát triển vượt bậc, việc mã hóa thông tin là đặc biệt cần thiết trong mọi lĩnh vực đời sống, nhằm tăng tính bảo mật và truyền tải dữ liệu cho thông tin. Mã hóa thông tin là gì thì chúng ta đã được tìm hiểu qua trong chương trình tin học 10 và 12. Những bạn có còn nhớ những kiến thức này không? Vì sao phải mã hóa thông tin? Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn giải đáp những thắc mắc này.
Tóm tắt
Mã hóa là gì?
Mã hóa là một phương thức biến đổi thông tin trong ngành mật mã học. Cụ thể là chuyển đổi các dạng phim ảnh, hình ảnh, văn bản từ dạng bình thường sang dạng thông tin mà người khác không thể hiểu được nếu không có phương tiện để giải mã.
Hiểu đơn giản, mã hóa là phương pháp nhằm đưa dạng thông tin đã được mã hóa trở về dạng thông tin ban đầu
Ngày nay, mã hóa đóng vai trò rất quan trọng, đặc biệt trong các giao dịch điện tử như bitcoin. Nó giúp tăng tính bảo mật, đảm bảo thông tin toàn vẹn khi truyền trên mạng.
Mã hóa thông tin là gì?
Mã hoá thông tin là quá trình biến đổi dữ liệu thành một dạng dữ liệu khác có ý nghĩa khác với dữ liệu ban đầu, trước khi bị biến đổi, đưa thông tin đó vào máy tính để lưu trữ, xử lý được thông tin, thông tin phải biến đổi thành dãy bit.
Mục đích của việc mã hóa thông tin là chỉ cho phép một số người nhất định có thể đọc được dữ liệu ban đầu, thông qua quá trình giải mã dữ liệu sau khi biến đổi.
Hay hiểu đơn giản, kỹ thuật mã hóa thông tin là việc biến từ dữ liệu ban đầu A thành dữ liệu B. Để đọc được dữ liệu A sẽ cần phải giải được mã hóa dữ liệu B về A.
Quy trình mã hóa thông tin
Các thuật ngữ cơ bản trong mã hóa thông tin.
- Bản rõ (plaintext) : là thông tin chưa được mã hóa hay thông tin ở dạng ai cũng có thể hiểu được.
- Bản mã (ciphertext hay encrypted text) : là thông tin đã được mã hóa hay thông tin đã bị xáo trộn.
- Mã hóa (Encryption): là hành động xáo trộn bản rõ để chuyển thành bản mã.
- Giải mã (Decryption): là hành động giải xáo trộn bản mã để chuyển thành bản rõ.
- Mã hóa sử dụng thuật toán (Algorithm) để mã hóa thông tin.
- Nếu xét trên khía cạnh Toán học, biến đổi dữ liệu chính là hàm số y = f(x); với x là dữ liệu ban đầu, y là dữ liệu sau khi biến đổi dữ liệu x, còn f là hàm biến đổi.
- Trong mật mã học, dữ liệu ban đầu gọi là Plaintext (kí hiệu là P); dữ liệu sau khi mã hóa gọi là Ciphertext (kí hiệu là C); hàm biến đổi/mã hóa gọi là phương pháp mã hóa và ký hiệu là (Encryption).
- Mã hóa sẽ luôn đi kèm với giải mã. Nếu chỉ “mã hóa thông tin” mà không có cách giải mã thì gọi là “Encryption”. Một trong các kiểu mã hóa không có phương pháp giải mã, phổ biến là các hàm băm (Hash function).
- Có rất nhiều phương pháp mã hóa khác nhau để mã hóa và giải mã, đồng thời, cần thêm một số giá trị nhất định để sử dụng trong quá này. Các giá trị đó được gọi là chìa khóa (Key), ký hiệu là K.
Có những dạng thông tin nào cần mã hóa?
Thông tin bao gồm loại số và phi số. Bao gồm số thực, số nguyên và một số loại dạng phi số như sau:
- Dạng thông tin hình ảnh: Gồm những bức ảnh chụp, bức tranh vẽ, băng hình… Đây là các phương tiện mang các thông tin ở dạng hình ảnh.
- Dạng thông tin âm thanh: Bao gồm những tiếng nhạc, tiếng nói của con người…
- Dạng thông tin văn bản: Đây là dạng thường gặp nhất và quen thuộc nhất trên các phương tiện thông tin như vở ghi, sách, báo chí…
4 phương pháp mã hóa thông dụng
Có rất nhiều loại phương pháp mã hóa khác nhau, mỗi loại sẽ có những ưu và nhược điểm riêng. Thông thường phương pháp mã hóa dữ liệu được chia thành 4 loại chính:
1. Mã hóa cổ điển
Mã hoá cổ điển là phương pháp mã hóa đơn giản nhất, tồn tại lâu nhất trên thế giới mà không cần khóa bảo mật, chỉ cần người gửi và người nhận đều biết về thuật toán này là được.
Tuy nhiên, phương pháp mã hóa này được cho là không an toàn, vì nếu có người thứ ba biết được thuật toán thì coi như thông tin không còn bảo mật nữa. Việc giữ bí mật thuật toán trở nên quan trọng, và không phải ai cũng có thể giữ bí mật đó trọn vẹn. Có khả năng người đó sẽ rò rỉ thông tin, hoặc có ai đó ngồi giải ra thuật toán thì xem phương pháp này vô dụng.
2. Mã hóa một chiều (hash function)
Phương pháp mã hóa này dùng để mã hóa những dạng thông tin không cần dịch lại nguyên bản gốc.
Nhiệm vụ của Mã hóa một chiều là chuyển một chuỗi có độ dài bất kỳ thành chuỗi ký tự có độ dài cố định.
Đặc điểm của hash function là trong cùng 1 điều kiện, dữ liệu đầu vào như nhau thì kết quả tạo ra sẽ y hệt như nhau. Nếu chỉ đổi một chút thôi, có khi chỉ là 1 kí tự nhỏ thì chuỗi kết quả sẽ khác hoàn toàn.
Cũng vì vậy mà người ta dùng Mã hóa một chiều để kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu.
Hiện nay, phương pháp mã hóa này sử dụng 2 thuật toán hash function thông dụng nhất là MD5 và SHA.
3. Mã hóa đối xứng (symmetric key encryption)
Để hiểu được phương pháp mã hóa này, cần hiểu về việc bảo mật có dùng khóa. Khóa ở đây được gọi là “key”, nó là mấu chốt để thuật toán có thể nhìn vào mà biết cách mã hóa và giải mã dữ liệu.
Cũng giống như cánh cửa nhà, nếu bạn có khóa thì bạn có thể nhanh chóng mở cửa đi vào trong, còn không có khóa thì bạn vẫn có thể đục cửa hay gọi thợ sửa khóa, nhưng sẽ tốn thời gian và công sức hơn. Mỗi chìa khóa sử dụng cho một ổ khóa, nó là duy nhất với các đường rãnh không trùng lặp với bất kỳ chìa nào – key mã hóa cũng tương tự như vậy.
Ở phương pháp mã hóa đối xứng, chìa khóa để mã hóa và giải mã là giống nhau nên người ta mới gọi là đối xứng. Phương pháp mã hóa đối xứng là giải pháp được sử dụng nhất phổ biến hiện nay.
Để mã hóa một tập tin phương pháp mã hóa đối xứng thì cần trải qua quy trình như sau:
- B1: Sử dụng một thuật toán mã hóa, cộng với khóa của mình để mã hóa file
- B2: Bằng cách nào đó, giao cho người cần nhận tập tin một khóa giống với của bạn, có thể là giao trước hoặc sau khi mã hóa tập tin đều được.
- B3: Khi người đó nhận tập tin, họ sẽ dùng khóa này để giải mã ra tập tin gốc có thể đọc được.
Vấn đề cần lưu ý ở đây là phải làm sao để chuyển khóa cho người khác một cách an toàn. Nếu khóa này bị lộ ra thì bất kì ai cũng có thể dùng thuật toán để giải mã tập tin, như vậy thì không còn tính bảo mật sẽ nữa.
Ngày nay người ta thường dùng password như là khóa mã hóa, và bằng cách này bạn có thể nhanh chóng gửi cho người nhận cùng đoạn password đó để dùng làm khóa giải mã.
Các thuật toán mã hóa thường sử dụng bây giờ là DES và AES. Trong đó, AES phổ biến trong thế giới hiện đại hơn và được dùng để thay thế cho DES vốn đã xuất hiện từ năm 1977. Hiện nay, nhiều cơ quan chính phủ trên thế giới quy định tài liệu khi được gửi qua mạng phải mã hóa AES.
4. Mã hóa bất đối xứng (public key encryption)
Nếu như các phương pháp trên, khóa mã hóa và khóa giải mã đều giống nhau thì với phương pháp mã hóa bất đối xứng, 2 khóa này hoàn toàn khác nhau. Để phân biệt giữa 2 khóa thì người ta gọi khóa mã hóa là public key, còn khóa giải mã là private key.
Public mang tính “công cộng” và có thể sử dụng để mã hóa dữ liệu bởi bất kỳ ai. Tuy nhiên, chỉ người nào nắm trong tay private key mới có khả năng giải mã dữ liệu để xem.
Quy trình thực hiện Phương pháp mã hóa bất đối xứng như sau:
- B1: Bên nhận sẽ tạo ra một cặp public + private key. Người này sẽ giữ lại private key cho riêng mình và cất cẩn thận, còn public key thì chuyển cho bên gửi (dưới hình thức email, copy qua USB,…) hoặc post đâu đó lên mạng.
- B2: Bên gửi sử dụng public key để mã hóa dữ liệu, sau đó gửi file đã được mã hóa cho bên nhận.
- B3: Bên nhận lúc này sẽ dùng private key đã lưu khi nãy để giải mã dữ liệu và sử dụng.
Nhược điểm của phương pháp mã hóa bất đối xứng là tốc độ giải mã chậm hơn so với phương pháp mã hóa đối xứng, chúng ta phải tốn nhiều thời gian xử lý dẫn đến “chi phí” cao hơn. Khoảng thời gian lâu hơn là bao nhiêu còn tùy vào thuật toán mã hóa, cách thức mã hóa và key.
Thuật toán mã hóa thường được sử dụng là RSA.
Vai trò của mã hóa thông tin trong cuộc sống
Ngày nay, mã hóa thông tin dữ liệu được sử dụng phổ biến trong thời đại công nghệ số phát triển, nhằm tăng độ bảo mật thông tin.
Xem thêm:
Cụ thể, việc mã hóa thông tin có nhiệm vụ để bảo vệ dữ liệu số khi nó được lưu trữ trên các hệ thống của máy tính; lan truyền qua Internet hay bất cứ mạng máy tính nào. Các vai trò của mã hóa thông tin đó là:
- Các thuật toán mã hóa cung cấp các yếu tố bảo mật then chốt như xác thực, tính toàn vẹn và không thể thu hồi. Vì thế, bước xác thực sẽ cho phép xác minh nguồn gốc của dữ liệu, tính toàn vẹn và chứng minh rằng nội dung của dữ liệu không bị thay đổi khi nó vừa được gửi đi. Nó cũng không thể thu hồi được nhằm đảm bảo người đó không thể hủy việc gửi dữ liệu.
- Quá trình mã hóa sẽ biến các nội dung gốc sang một dạng mới nên sẽ gia tăng lớp bảo mật cho dữ liệu. Vì thế, dù dữ liệu có bị đánh cắp thì việc giải mã dữ liệu này cũng là điều vô cùng khó khăn, gần như không thể. Nó không chỉ tốn nhiều nguồn lực để tính toán mã còn cần rất nhiều thời gian.
- Với các giao dịch điện tử thì mã hóa đóng vai trò cực kỳ quan trọng, nó bảo mật và đảm bảo tính toàn vẹn thông tin người dùng. Đồng thời, mã hóa cũng chính là nền tảng của kỹ thuật chữ ký điện tử và hệ thống PKI.
- Đối với những công ty, tổ chức có quy mô lớn thì việc sử dụng mã hóa thông tin – dữ liệu sẽ giúp tránh được các thiệt hại lớn khi thông tin bảo mật vô tình bị lộ ra ngoài; đồng thời nếu có lộ thì cũng khó lòng mà giải mã được ngay.
Hy vọng bài viết này của chúng tôi đã giúp bạn đọc hiểu được mã hóa thông tin là gì. Trong thời đại công nghệ số, không riêng những người làm trong ngành công nghệ thông tin mà mỗi chúng ta đều nên dành thời gian để tìm hiểu kiến thức về mã hóa thông tin. Phương pháp mã hóa thông tin này thực sự quan trọng trong bảo mật dữ liệu, tránh được những mối nguy hiểm do hacker hay sự cố mất mát ngoài ý muốn.
