Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu AES là gì và các chế độ hoạt động của AES

AES là thuật toán mã hóa đối xứng có khả năng ứng dụng rộng rãi. Chúng có nhiều ưu điểm và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hãy tham khảo bài viết sau để hiểu rõ hơn về khái niệm này cũng như những ứng dụng của nó.

Thuật toán AES là gì?

Trong lĩnh vực mật mã, Advanced Encryption Standard còn được viết tắt là AES. Nó là một thuật toán mã hóa đối xứng. Điều đó có nghĩa là nó sử dụng một khóa duy nhất để mã hóa và giải mã dữ liệu. AES hoạt động trên các khối dữ liệu 128 bit và cho phép sử dụng các khóa có độ dài khác nhau (128, 192 hoặc 256 bit) để tăng tính bảo mật.

Đây là thuật toán mã hóa khối được chính phủ Hoa Kỳ áp dụng làm tiêu chuẩn mã hóa. Nó đã trải qua một quá trình nghiên cứu kỹ lưỡng. Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST) đã chính thức phê duyệt AES là tiêu chuẩn liên bang sau một loạt quy trình tiêu chuẩn hóa kéo dài 5 năm. Nó thay thế tiêu chuẩn DES (Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu) cũ cho ứng dụng toàn cầu.

Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao là thuật toán mã hóa đối xứng

Thuật toán AES là một loại “mã hóa khối”. Ban đầu nó được tạo ra bởi hai nhà mật mã người Bỉ, Joan Daemen và Vincent Rijmen. Kể từ khi trở thành tiêu chuẩn, thuật toán này là một trong những thuật toán mã hóa phổ biến nhất. Thuật toán này sử dụng khóa đối xứng để thực hiện quá trình mã hóa và giải mã. Tại Việt Nam, thuật toán AES đã được công nhận và tích hợp vào tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7816:2007 về Thuật toán mã hóa dữ liệu từ năm 2007.

Ứng dụng thuật toán AES

AES là một thuật toán mã hóa dữ liệu tiên tiến. Dưới đây là một số cách sử dụng phổ biến của họ.

AES bảo mật thông tin được truyền qua mạng

Thuật toán mã hóa nâng cao (AES) thường xuyên được áp dụng. Chúng giúp đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của tất cả các loại thông tin. Chẳng hạn như thông tin cá nhân, dữ liệu tài khoản quan trọng và dữ liệu quan trọng khác khi chúng được truyền qua mạng.

Một ví dụ rõ ràng là trong giao thức HTTPS. Đây là một phương pháp bảo mật phổ biến được sử dụng để truyền dữ liệu qua Internet một cách an toàn. Trong bối cảnh này, họ đảm bảo rằng dữ liệu được mã hóa và giải mã một cách an toàn. Do đó, nó ngăn chặn việc truy cập trái phép và đảm bảo an ninh toàn diện cho thông tin được truyền đi. Điều này giúp cải thiện tính bảo mật của thông tin cá nhân. Hơn hết, nó còn góp phần xây dựng một môi trường trực tuyến đáng tin cậy và an toàn cho người dùng.

AES giúp đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của mọi loại thông tin được gửi qua mạng

AES bảo vệ dữ liệu trong các ứng dụng

Cụ thể, các ứng dụng ngân hàng trực tuyến thường sử dụng AES. Ngoài ra, hệ thống quản lý tài khoản cũng sử dụng thuật toán này. Đây là nơi việc bảo mật thông tin cá nhân và tài chính của khách hàng được đặt lên hàng đầu. Thuật toán này giúp mã hóa các giao dịch và thông tin tài khoản. Mã hóa đảm bảo rằng chúng không bị tiết lộ cho những người không được phép. Điều này giúp bảo vệ thông tin nhạy cảm khỏi tin tặc. Chỉ những người có quyền phù hợp mới có thể truy cập dữ liệu.

Nói tóm lại, chúng giúp bảo vệ dữ liệu và thông tin người dùng trong các ứng dụng. Nó tạo ra một môi trường an toàn và đáng tin cậy. Đây là nơi thông tin có thể được trao đổi và lưu trữ. Người dùng sẽ không phải lo lắng về việc nó bị đánh cắp hoặc tiết lộ.

AES bảo vệ dữ liệu trong các ứng dụng

AES bảo vệ dữ liệu trong quá trình lưu trữ

AES thường được sử dụng để mã hóa dữ liệu trước khi lưu trữ trên thiết bị. Chẳng hạn như ổ cứng, USB và các phương tiện lưu trữ khác. Điều này giúp tăng cường bảo mật dữ liệu và ngăn chặn truy cập trái phép. Trong trường hợp thiết bị bị mất hoặc bị đánh cắp, thông tin quan trọng không thể dễ dàng truy cập hoặc bị xâm phạm vì các mục đích trái phép. Thuật toán này không chỉ tăng cường bảo mật mà còn góp phần duy trì tính toàn vẹn dữ liệu. Ngay cả khi chúng được lưu trên các thiết bị lưu trữ cục bộ thì độ an toàn vẫn được đảm bảo.

AES không chỉ tăng cường bảo mật mà còn góp phần duy trì tính toàn vẹn của dữ liệu khi lưu trữ

AES bảo vệ dữ liệu trên thiết bị di động

Bảo vệ an toàn dữ liệu trên thiết bị di động là một trong những ứng dụng quan trọng. Nó được tích hợp chặt chẽ vào các hệ điều hành di động như iOS và Android. Từ đó, AES đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo tính bảo mật cho thông tin được lưu trữ trên đó. Thông qua việc triển khai AES trên hệ điều hành, mọi dữ liệu đều được mã hóa mạnh mẽ. Mã hóa ngăn chặn mọi nỗ lực truy cập trái phép từ bên ngoài. Điều này không chỉ đảm bảo sự riêng tư cho người dùng. Thông tin cá nhân, hình ảnh, video và dữ liệu sẽ hạn chế nguy cơ mất mát hoặc truy cập trái phép.

Việc tích hợp AES vào hệ điều hành di động cũng mang lại lợi ích rất lớn. Người dùng có thể sử dụng các tính năng lưu trữ và chia sẻ dữ liệu một cách an toàn mà không cần lo ngại về bảo mật.

Tích hợp AES vào hệ điều hành di động mang lại lợi ích rất lớn

AES giúp bảo vệ dữ liệu trên đám mây

Trong thế giới kỹ thuật số ngày nay, việc lưu trữ dữ liệu đám mây rất phổ biến. Phương pháp lưu trữ này có nhiều ưu điểm. Nó mang lại sự thuận tiện trong việc truy cập dữ liệu từ mọi nơi và mọi lúc. Ngoài ra, không gian lưu trữ trên thiết bị cục bộ được tiết kiệm đáng kể. Tuy nhiên, điều này cũng đặt ra những thách thức về an ninh. Đó là vì dữ liệu được truyền qua mạng có thể bị đánh cắp hoặc tiết lộ.

AES giúp đảm bảo tính bảo mật của dữ liệu khi được lưu trữ trên đám mây

Đây là nơi AES có ích. Khi dữ liệu được truyền qua mạng để lưu trữ đám mây, chúng thường mã hóa dữ liệu. Nhờ đó, AES giúp bảo vệ họ khỏi những kẻ tấn công mạng. Ngoài ra, nó còn giúp bảo vệ dữ liệu khỏi bị truy cập trái phép. Như vậy, thuật toán này không chỉ giúp bảo vệ dữ liệu khi được truyền qua mạng. Chúng cũng giúp đảm bảo tính bảo mật dữ liệu khi nó được lưu trữ trên đám mây.

AES giúp mã hóa email và truyền tải thông tin một cách an toàn

Trong quá trình mã hóa, AES bảo vệ nội dung của tin nhắn được truyền đi. Vì vậy, chúng được tích hợp vào các ứng dụng email và hệ thống liên lạc an toàn. Trong hệ thống này, dữ liệu trở nên không dễ đọc. Điều này xảy ra ngay cả khi họ truy cập thông qua các kênh phát trực tuyến. Điều này giúp ngăn chặn bất kỳ sự xâm phạm nào đến nội dung của tin nhắn. Nhờ đó, thông tin cá nhân, ý kiến ​​và các dữ liệu quan trọng khác được giữ an toàn trước mọi nguy hiểm tiềm ẩn.

Ngoài việc tạo ra một môi trường giao tiếp an toàn, AES trong mã hóa email còn mang đến tầm nhìn toàn diện về bảo mật. Điều này có nghĩa là cung cấp một cơ sở hạ tầng bảo mật mạnh mẽ. Từ đó mang lại sự an tâm khi sử dụng các dịch vụ liên lạc quan trọng.

AES giúp mã hóa email và truyền tải thông tin một cách an toàn

Trong tất cả các ứng dụng trên, thuật toán này chủ yếu được sử dụng để cung cấp mức độ bảo mật cao cho dữ liệu. Chúng giúp ngăn chặn truy cập trái phép và đảm bảo tính toàn vẹn thông tin.

Chế độ hoạt động AES

Khi áp dụng thuật toán mã hóa AES, chúng ta thường không sử dụng nó ở dạng ban đầu. Thay vào đó, chúng thường được sử dụng trong bốn chế độ cơ bản của mật mã khối n-bit. Thuật toán có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau. Mỗi chế độ đều có những đặc điểm và ưu điểm riêng. Chúng bao gồm: ECB, CBC, CFB và OFB. Dưới đây là mô tả ngắn gọn về bốn chế độ hoạt động chính.

ECB (Sách mã điện tử)

Chế độ sổ mã điện tử hay còn gọi là sổ mã điện tử – ECB. Đây là một phương pháp thuật toán AES độc lập giữa các khối văn bản gốc. Trong quá trình này, mỗi khối văn bản gốc được mã hóa riêng lẻ bằng chức năng mã hóa \(E_k\) với khóa bí mật K. Chúng tạo ra các khối văn bản mã hóa tương ứng \(C_i = E_k(M_i)\) . Quá trình giải mã hoàn toàn độc lập với \(M_i = D_k(C_i)\).

ECB Đây là phương pháp thuật toán AES độc lập giữa các khối văn bản gốc.

Tính chất độc lập của chế độ AES này có nghĩa là mỗi khối dữ liệu rõ ràng sẽ được chuyển đổi thành khối mã có cùng đầu ra. Điều này xảy ra mỗi khi một khối dữ liệu xuất hiện trong quá trình mã hóa. Điều này giúp tăng tốc độ xử lý. Tuy nhiên, cơ chế AES này cũng có điểm yếu. Họ dễ bị tấn công trong một số tình huống nhất định. Điều này dễ dàng xảy ra khi cùng một khối dữ liệu rõ ràng xuất hiện nhiều lần. Nó có thể tạo ra các mẫu đặc trưng và gây rủi ro cho tính bảo mật của hệ thống mã hóa.

CBC (Chuỗi khối mật mã)

Chế độ chuỗi khối mã hay còn gọi là Cipher Block Chaining (CBC). Đây là một phương pháp được thiết kế để cung cấp tính bảo mật và toàn vẹn cho dữ liệu được truyền qua mạng. Phương pháp AES này chia thông báo thành các khối và thực hiện mã hóa từng khối bằng cách kết hợp khối trước đó và một vectơ khởi tạo duy nhất (IV). So với chế độ AES khác, Sách mã điện tử (ECB), CBC thể hiện sự tiến bộ vì nó giảm mức độ yêu cầu bảo mật.

CBC là chế độ hoạt động AES được thiết kế để cung cấp bảo mật cho dữ liệu được truyền qua mạng

Trong CBC, mỗi khối mã hóa tiếp theo được tạo bằng cách cung cấp thuật toán mã hóa khối trước đó. Chúng được đưa ra sau khi XOR khối văn bản gốc. Điều quan trọng là CBC sử dụng cơ chế ràng buộc. Việc giải mã từng khối phụ thuộc vào tất cả các khối mã hóa trước đó. Điều này mang lại giá trị tổng thể cho các khối. Mỗi khối văn bản gốc trong CBC được XOR với khối mật mã ngay trước khi được mã hóa.

Nhờ đó, cơ chế AES này có lợi thế hơn ECB. Ở đây, các mẫu văn bản gốc có thể dễ dàng được nhận dạng thông qua quá trình mã hóa. Điều này làm cho CBC trở thành chế độ AES mạnh mẽ và phổ biến trong lĩnh vực mật mã.

CFB (Phản hồi mật mã)

Chế độ code backlink hay còn gọi là Cipher Phản hồi (CFB). Cơ chế này của AES giúp mã hóa dữ liệu hiệu quả. Ngược lại với Sách mã điện tử (ECB) truyền thống, CFB không áp dụng mã hóa trực tiếp cho từng khối văn bản gốc. Thay vào đó, nó hoạt động như một bộ mã hóa cho luồng dữ liệu ngẫu nhiên.

CFB phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tính đồng bộ và an toàn cao

Quá trình bắt đầu bằng việc sử dụng vectơ khởi tạo (Vector khởi tạo – IV). Sau đó, họ trải qua quá trình mã hóa để tạo ra một luồng dữ liệu ngẫu nhiên. Điều độc đáo ở đây là luồng này sau đó được XOR với dữ liệu văn bản gốc, tạo ra dữ liệu được mã hóa. Mỗi bước trong quy trình hoạt động như một lớp bảo vệ được thêm vào quy trình mã hóa. Chúng làm tăng tính an toàn và linh hoạt của hệ thống.

Mỗi lần tiến lên, luồng dữ liệu ngẫu nhiên sẽ được dịch chuyển và sử dụng lại cho các bước mã hóa tiếp theo. Nhờ đó mà một quá trình, kết nối liên tục giữa các khối dữ liệu được hình thành. Quá trình này được lặp lại cho đến khi tất cả bản rõ được mã hóa. Cơ chế AES này cung cấp một cách tiếp cận năng động và linh hoạt để truyền dữ liệu. Điều này đặc biệt phù hợp với những ứng dụng yêu cầu tính đồng bộ và bảo mật cao.

OFB (Phản hồi đầu ra)

Chế độ mã hóa backlink OFB hay còn gọi là Output Phản hồi là cơ chế hoạt động của thuật toán mã hóa AES. Ở chế độ này, một luồng giả ngẫu nhiên được tạo ra. Dữ liệu đầu vào được XOR với luồng này để tạo ra dữ liệu đầu ra được mã hóa.

Điểm đặc biệt của OFB là khả năng chống lại các lỗi truyền thông. Điều này có nghĩa là, nếu xảy ra lỗi trong quá trình truyền dữ liệu thì lỗi đó chỉ ảnh hưởng đến một khối dữ liệu cụ thể mà không ảnh hưởng đến các khối dữ liệu khác. Điều này giúp đảm bảo rằng, ngay cả khi xảy ra lỗi, dữ liệu vẫn có thể được giải mã chính xác mà không bị ảnh hưởng bởi lỗi.

Cơ chế OFB thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tính bảo mật cao

OFB cung cấp mức độ bảo mật cao cho dữ liệu. Nó cũng giúp đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu khi nó được truyền qua mạng. Vì vậy, cơ chế AES này thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tính bảo mật và độ tin cậy cao trong việc truyền tải dữ liệu.

Kết luận

Từ bốn chế độ hoạt động cơ bản trên, nhiều chế độ khác đã được phát triển. Trong tương lai, có thể ISO/IEC sẽ công bố một số chế độ vận hành AES mới cho mật mã khối. Hy vọng những thông tin trên về AES sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về thuật toán này. Nếu bạn muốn khám phá những thông tin liên quan khác hãy tham khảo các bài viết dưới đây.

XEM THÊM:

• TikTok thay đổi thuật toán để tránh gia tăng cảm xúc tiêu cực ở người xem
• Chính phủ Hoa Kỳ không thể thu giữ dữ liệu của bạn – nhưng họ có thể mua dữ liệu đó