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 đặc điểm ứng dụng rộng rãi. Nó có nhiều ưu điểm và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Vui lòng tham khảo bài viết sau để hiểu khái niệm này cũng như các ứng dụng của nó.

Thuật toán AES là gì?

Trong mật mã học, Advanced Encryption Standard cũng được viết tắt là AES. Đây là 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 cường 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 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 các quá trình chuẩn hóa kéo dài 5 năm. Nó thay thế DES (Tiêu chuẩn Mã hóa Dữ liệu) cũ để ứng dụng toàn cầu.

Advanced Encryption Standard là một thuật toán mã hóa đối xứng.

Thuật toán AES là một loại “mã khối”. Ban đầu, thuật toán này được tạo ra bởi hai nhà mật mã học người Bỉ là Joan Daemen và Vincent Rijmen. Từ khi trở thành một chuẩn, thuật toán này đã trở thành 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 của thuật toán AES

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

AES bảo mật thông tin được truyền qua mạng

Giao thức mã hóa nâng cao (AES) thường được sử dụng. Chúng giúp đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của nhiều loại thông tin khác nhau. Chẳng hạn như thông tin cá nhân, dữ liệu tài khoản quan trọng và các dữ liệu quan trọng khác trong khi chúng được truyền qua mạng.

Một ví dụ rõ ràng là giao thức HTTPS. Đây là phương pháp bảo mật phổ biến được sử dụng để truyền dữ liệu an toàn qua Internet. Trong bối cảnh này, nó đảm bảo dữ liệu được mã hóa và giải mã an toàn. Điều này ngăn chặn truy cập trái phép và đảm bảo tính bảo mật hoàn toàn của thông tin được truyền đi. Điều này giúp cải thiện tính bảo mật của thông tin cá nhân. Trên hết, nó 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 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, các hệ thống quản lý tài khoản cũng sử dụng thuật toán này. Đây là nơi mà tính bảo mật thông tin cá nhân và tài chính của khách hàng được ưu tiên 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.

Tóm lại, chúng giúp bảo vệ dữ liệu và thông tin của người dùng trong các ứng dụng. Nó tạo ra một môi trường an toàn và đáng tin cậy, nơi thông tin có thể được trao đổi và lưu trữ. Người dùng sẽ không phải lo lắng về việc thông tin 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 các thiết bị như ổ cứng, ổ 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 bị truy cập hoặc xâm phạm vì mục đích trái phép. Thuật toán này không chỉ tăng cường bảo mật mà còn góp phần duy trì tính toàn vẹn của dữ liệu. Ngay cả khi được lưu trữ trên các thiết bị lưu trữ cục bộ, tính 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 trong khi lưu trữ.

AES bảo vệ dữ liệu trên thiết bị di động

Bảo mật 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. Do đó, AES đóng vai trò chính trong việc đảm bảo tính bảo mật của thông tin được lưu trữ trên đó. Thông qua việc triển khai AES trên các hệ điều hành, tất cả 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 quyền riêng tư cho người dùng. Thông tin cá nhân, ảnh, video và dữ liệu sẽ được hạn chế trong nguy cơ mất mát hoặc truy cập trái phép.

Việc tích hợp AES vào hệ điều hành di động cũng mang lại lợi ích lớn. Người dùng có thể yên tâm sử dụng các tính năng lưu trữ và chia sẻ dữ liệu mà không phải lo lắng về vấn đề bảo mật.

Việc tích hợp AES vào hệ điều hành di động mang lại lợi ích to lớn

AES giúp bảo vệ dữ liệu trên đám mây

Trong thế giới số ngày nay, lưu trữ dữ liệu trên đám mây rất phổ biến. Cách lưu trữ này có nhiều ưu điểm. Nó mang lại sự tiện lợi khi truy cập dữ liệu từ mọi nơi và mọi lúc. Bên cạnh đó, không gian lưu trữ trên các thiết bị cục bộ được tiết kiệm đáng kể. Tuy nhiên, điều này cũng đặt ra những thách thức về bảo mật. Điều này là do dữ liệu được truyền qua mạng có thể bị đánh cắp hoặc tiết lộ.

AES giúp bảo mật dữ liệu khi lưu trữ trên đám mây.

Đây là lúc AES trở nên hữu ích. Khi dữ liệu được truyền qua mạng để lưu trữ trên đám mây, dữ liệu thường được mã hóa. Điều này giúp bảo vệ dữ liệu khỏi những kẻ tấn công mạng. Nó cũng giúp bảo vệ dữ liệu khỏi bị truy cập trái phép. Vì vậy, thuật toán này không chỉ giúp bảo vệ dữ liệu khi được truyền qua mạng mà còn giúp giữ an toàn cho dữ liệu khi được lưu trữ trên đám mây.

AES giúp mã hóa email và bảo mật thông tin liên lạc

Trong quá trình mã hóa, AES bảo vệ nội dung của các tin nhắn đang được truyền đi. Do đó, nó được tích hợp vào các ứng dụng email và hệ thống nhắn tin an toàn. Trong hệ thống này, dữ liệu trở nên không thể đọc được. Điều này xảy ra ngay cả khi nó đi qua các kênh trực tuyến. Điều này giúp ngăn chặn mọi sự xâm nhập vào nội dung của tin nhắn. Do đó, thông tin cá nhân, ý kiến ​​và các dữ liệu quan trọng khác được bảo vệ khỏi mọi mối đe dọa tiềm ẩn.

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

AES giúp mã hóa email và bảo mật thông tin liên lạc

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 của thông tin.

Các chế độ hoạt động của AES

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

ECB (Sổ mã điện tử)

Chế độ Electronic Code Book còn được gọi là Electronic Code Book – ECB. Đây là phương pháp độc lập thuật toán AES giữa các khối văn bản thuần túy. Trong quá trình này, mỗi khối văn bản thuần túy được mã hóa riêng lẻ bằng hàm 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 dữ liệu văn bản thuần túy.

Bản chất độc lập của chế độ AES này có nghĩa là mỗi khối dữ liệu văn bản thuần túy được chuyển đổi thành một khối văn bản mã hóa với cùng một đầu ra. Điều này xảy ra mỗi khi một khối dữ liệu xuất hiện trong quá trình mã hóa. Điều này làm tăng tốc độ xử lý. Tuy nhiên, cơ chế AES này có những điểm yếu. Nó dễ bị tấn công trong một số tình huống nhất định. Điều này xảy ra khi cùng một khối dữ liệu văn bản thuần túy xuất hiện nhiều lần. Điều này có thể tạo ra các mẫu duy nhất và làm tổn hại đến tính bảo mật của hệ thống mã hóa.

CBC (Chuỗi khối mã hóa)

Chế độ Cipher Block Chaining (CBC). Đây là 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 điệp thành các khối và 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, Electronic Code Book (ECB), CBC thể hiện sự cải tiến vì nó làm giảm mức độ bảo mật cần thiết.

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

Trong CBC, mỗi khối văn bản mã hóa tiếp theo được tạo ra bằng cách đưa nó vào thuật toán văn bản mã hóa khối trước đó. Thuật toán này được đưa vào sau khi thực hiện các phép toán XOR với khối văn bản thuần túy. Quan trọng là CBC sử dụng một cơ chế liên kết. Việc giải mã mỗi khối phụ thuộc vào tất cả các khối văn bản mã hóa trước đó. Điều này mang lại cho các khối tính hợp lệ toàn cục. Mỗi khối văn bản thuần túy trong CBC được XOR với khối văn bản mã hóa trước đó trước khi được mã hóa.

Điều này mang lại cho cơ chế AES này một lợi thế so với ECB. Ở đây, các mẫu văn bản thuần túy có thể dễ dàng được xác định 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 mã hóa)

Chế độ phản hồi mã hóa (CFB). Cơ chế này của AES giúp mã hóa dữ liệu hiệu quả. Không giống như Sổ mã điện tử (ECB) truyền thống, CFB không áp dụng mã hóa trực tiếp cho từng khối dữ liệu văn bản thuần túy. Thay vào đó, nó hoạt động như một mã hóa cho một luồng dữ liệu ngẫu nhiên.

CFB phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tính đồng bộ và an toàn cao

Quá trình bắt đầu bằng việc sử dụng một Vector khởi tạo (IV). Sau đó, chúng trải qua một quá trình mã hóa để tạo ra một luồng dữ liệu ngẫu nhiên. Điểm độc đáo ở đây là luồng này sau đó được XOR với dữ liệu văn bản thuần túy, tạo ra dữ liệu được mã hóa. Mỗi bước trong quá trình hoạt động như một lớp bảo vệ bổ sung cho quá trình mã hóa. Chúng làm tăng tính bảo mật và tính linh hoạt của hệ thống.

Ở mỗi bước, luồng dữ liệu ngẫu nhiên được dịch chuyển và tái sử dụng cho các bước mã hóa tiếp theo. Điều này tạo ra tính liên tục và liên kết giữa các khối dữ liệu. Quá trình này được lặp lại cho đến khi tất cả dữ liệu văn bản thuần túy được mã hóa. Cơ chế AES này cung cấp một phương pháp tiếp cận động và linh hoạt để truyền dữ liệu trong một luồng. Điều này đặc biệt phù hợp với các ứng dụng yêu cầu đồng bộ hóa và bảo mật cao.

OFB (Phản hồi đầu ra)

OFB, hay Phản hồi đầu ra, là chế độ hoạt động của thuật toán mã hóa AES. Trong 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.

Tính năng đặc biệt của OFB là khả năng chịu lỗi giao tiếp. Điều này có nghĩa là nếu xảy ra lỗi trong quá trình truyền dữ liệu, lỗi chỉ ảnh hưởng đến một khối dữ liệu cụ thể và 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 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 truyền qua mạng. Do đó, cơ chế AES này thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tính bảo mật cao và độ tin cậy cao trong truyền dữ liệu.

Kết luận

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

XEM THÊM: