Khám Phá Chế Độ Vận Hành Mã Hóa Khối: Từ AES đến Galois/Counter Mode

Giới Thiệu

Chào mừng các bạn đến với bài viết mới nhất về mật mã học! Sau thời gian nghỉ ngơi, mình sẽ cùng các bạn tìm hiểu về chế độ vận hành của mã hóa khối, cụ thể là chế độ Galois/Counter Mode (GCM).

Tìm Hiểu Mã Hóa Đối Xứng

Đầu tiên, hãy nhắc đến mã hóa đối xứng. Trong bài viết trước, mình đã trình bày về thuật toán mã hóa AES, một trong những thuật toán mã hóa khối phổ biến nhất hiện nay. AES chia dữ liệu plaintext thành các khối, mỗi khối dài 128 bit. Nhưng khi dữ liệu lớn hơn 128 bit thì sẽ xảy ra chuyện gì? Để mã hóa hiệu quả nhiều khối khác nhau, chúng ta cần một chế độ hoạt động. Đây chính là lúc chế độ vận hành mã hóa khối trở nên quan trọng.

Chế Độ Vận Hành Mã Hóa Khối

Chế độ vận hành mã hóa khối định nghĩa cách các thuật toán, như AES, mã hóa một chuỗi các khối dữ liệu theo cách hiệu quả và an toàn. Dưới đây là sáu chế độ phổ biến:

1. Electronic Codebook (ECB)

Cách Thức: Mỗi khối plaintext được mã hóa riêng lẻ và nối lại với nhau.
Ưu Điểm: Nhanh chóng, hỗ trợ mã hóa và giải mã song song, cho phép truy cập ngẫu nhiên.
Nhược Điểm: Thiếu tính khếch tán, nghĩa là cùng một plaintext sẽ cho ra cùng một ciphertext.

2. Cipher Block Chaining (CBC)

Cách Thức: Mỗi khối plaintext trước khi mã hóa sẽ cộng (XOR) với kết quả của khối trước đó. Khối đầu tiên sẽ cộng với một giá trị khởi tạo ngẫu nhiên.
Ưu Điểm: Tăng cường tính bảo mật và khếch tán.
Nhược Điểm: Việc mã hóa phải thực hiện tuần tự và cần padding cho khối cuối.

3. Counter (CTR)

Cách Thức: Mã hóa một giá trị (nonce || count) và XOR với plaintext để tạo ciphertext.
Ưu Điểm: Nhanh chóng, hỗ trợ mã hóa song song và ngẫu nhiên.

Cơ Chế Xác Thực Dữ Liệu (MAC)

Các chế độ trên chỉ cung cấp tính bí mật cho dữ liệu mà không đảm bảo tính toàn vẹn. Để xác thực dữ liệu, chúng ta có thể sử dụng một Mã Xác Thực Tin Nhắn (MAC). Điều này cho phép kiểm tra tính toàn vẹn của ciphertext. Chúng ta có thể kết hợp giữa chế độ bảo mật và xác thực để tạo ra thuật toán mã hóa xác thực (Authenticated Encryption, AE).

Galois/Counter Mode (GCM)

GCM là một chế độ AE, kết hợp giữa chế độ CTR và phép nhân trong trường Galois. Đầu vào cho GCM là 128 bit, ví dụ là AES.

Encryption: Sử dụng counter để mã hóa và xác thực dữ liệu.
Decryption: Thực hiện ngược lại như quá trình mã hóa và xác thực dữ liệu bằng Tag xác thực.

Kết Luận

Chúng ta đã cùng nhau khám phá chế độ vận hành mã hóa khối, từ những nguyên lý cơ bản đến các chế độ cụ thể như GCM. Hy vọng bài viết này đã giúp bạn có cái nhìn sâu sắc hơn về mã hóa khối và những ứng dụng của nó trong bảo mật thông tin!

Tài Liệu Tham Khảo

Đến đây bài viết đã kết thúc, hẹn gặp lại các bạn trong những bài viết tiếp theo!
source: viblo