Vì sao cần Public Key Encryption?

Ở bài symmetric key, ta đã giải được confidentiality (giữ bí mật dữ liệu khi truyền qua internet).

Nhưng có một điểm nghẽn lớn:

  • với web app public, client rất nhiều và đa phần untrusted,
  • không thể an toàn nếu phải chia sẻ cùng một secret key cho tất cả.

Public Key Encryption (asymmetric encryption) ra đời để xử lý chính bài toán đó.

Public Key Encryption là gì?

Public key encryption còn gọi là:

  • asymmetric key encryption
  • public-private key encryption

Khác biệt cốt lõi với symmetric key:

  • symmetric: 1 key cho cả encrypt + decrypt
  • asymmetric: 2 key khác nhau (public key và private key)
Symmetric:   Plaintext --(K)--> Ciphertext --(K)--> Plaintext
Asymmetric:  Plaintext --(Public Key)--> Ciphertext --(Private Key)--> Plaintext

Public key và private key là một cặp

Hai key này được sinh ra từ cùng một nguồn và đi theo cặp.

Một ví dụ trực quan:

  • giống như 2 mảnh ghép từ cùng một tờ giấy,
  • chỉ đúng cặp mới khớp và dùng được với nhau,
  • mảnh của cặp khác thì không thể mở/ghép đúng.

Lưu ý quan trọng:

  • về bản chất kỹ thuật ban đầu, “không có key nào tự nhiên là public hay private”,
  • khi đã gán vai trò thì:
    • private key: giữ bí mật tuyệt đối,
    • public key: có thể chia sẻ rộng rãi.

Tính chất #1: Mã hóa bằng Public Key → giải mã bằng Private Key

Kịch bản:

  1. Người gửi lấy public key của người nhận.
  2. Mã hóa plaintext thành ciphertext.
  3. Chỉ private key tương ứng mới giải mã được.
Sender:   Plaintext --(Receiver Public Key)--> Ciphertext
Receiver: Ciphertext --(Receiver Private Key)--> Plaintext

Ý nghĩa bảo mật:

  • ai cũng có thể mã hóa để gửi cho bạn (vì public key là public),
  • nhưng chỉ bạn (người giữ private key) mới đọc được.

=> Đảm bảo confidentiality cho đúng người nhận.

Tính chất #2: “Ký” bằng Private Key → kiểm tra bằng Public Key

Khi đảo chiều cách dùng key:

  • dữ liệu được xử lý bằng private key của người gửi,
  • phía nhận dùng public key tương ứng để kiểm tra.
Sender:   Message --(Sender Private Key)--> Signed Data
Receiver: Signed Data --(Sender Public Key)--> Verify OK / Fail

Ý nghĩa bảo mật:

  • chứng minh được đúng người gửi (authentication),
  • dữ liệu không bị sửa trái phép trên đường truyền (integrity),
  • người gửi khó chối bỏ việc đã gửi (non-repudiation).

Trong thực tế, cơ chế này thường triển khai dưới dạng digital signature.

So sánh nhanh: Symmetric vs Asymmetric

  • Symmetric key
    • Ưu điểm: nhanh, hiệu quả
    • Nhược điểm: khó chia sẻ secret key an toàn cho nhiều client
  • Asymmetric key
    • Ưu điểm: public key có thể chia sẻ công khai; giải được bài toán key distribution
    • Nhược điểm: chậm hơn symmetric nếu dùng để mã hóa toàn bộ dữ liệu lớn

3 mục tiêu bảo mật đạt được với Public Key

Khi dùng đúng cách, ta đạt:

  1. Confidentiality — chỉ người nhận hợp lệ đọc được dữ liệu.
  2. Authentication — xác thực danh tính người gửi.
  3. Non-repudiation + Integrity — người gửi khó chối bỏ, dữ liệu không bị tamper.

Trong hệ thống thực tế (HTTPS/TLS)

Public key thường không dùng để mã hóa toàn bộ traffic dài hạn, mà chủ yếu để:

  • xác thực server,
  • trao đổi key an toàn ban đầu,
  • sau đó dùng symmetric session key để truyền dữ liệu nhanh hơn.
TLS Handshake:
  Verify certificate/public key
      ↓
  Securely establish session key
      ↓
  Use symmetric encryption for bulk data

Đây là cách kết hợp điểm mạnh của cả asymmetric và symmetric encryption trong hệ thống production.