Làm thế nào các kỹ thuật mã hóa như chữ ký số và mã hóa có thể giúp đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu được lưu trữ trên các máy chủ không đáng tin cậy?

/ / Xuất bản năm An ninh mạng, Bảo mật hệ thống máy tính nâng cao EITC/IS/ACSS, Bảo mật lưu trữ, Máy chủ lưu trữ không đáng tin cậy, ôn thi

Kỹ thuật mã hóa là nền tảng trong việc đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu được lưu trữ trên các máy chủ không đáng tin cậy. Các phương pháp chính được sử dụng để đạt được các mục tiêu này bao gồm chữ ký số và mã hóa. Những kỹ thuật này cung cấp các cơ chế mạnh mẽ để bảo vệ dữ liệu khỏi bị truy cập trái phép, giả mạo và đảm bảo rằng dữ liệu không bị thay đổi và xác thực.

Chữ ký số

Chữ ký số là các giao thức mã hóa cung cấp phương tiện để xác minh tính xác thực và tính toàn vẹn của tin nhắn hoặc tài liệu kỹ thuật số. Chúng tương đương với chữ ký viết tay hoặc con dấu kỹ thuật số nhưng an toàn hơn nhiều. Chữ ký số sử dụng mật mã khóa công khai (còn được gọi là mật mã bất đối xứng) để tạo chữ ký duy nhất cho tài liệu kỹ thuật số.

Cách thức hoạt động của Chữ ký kỹ thuật số

1. Thế hệ chìa khóa: Quá trình bắt đầu bằng việc tạo một cặp khóa – khóa riêng và khóa chung. Khóa riêng được chủ sở hữu giữ bí mật, còn khóa chung được phân phối cho người khác.
2. Ký: Khi chủ sở hữu muốn ký một tài liệu, họ sử dụng khóa riêng của mình để tạo chữ ký. Điều này được thực hiện bằng cách áp dụng hàm băm mật mã vào tài liệu để tạo giá trị băm (chuỗi byte có kích thước cố định biểu thị duy nhất dữ liệu). Khóa riêng sau đó được sử dụng để mã hóa giá trị băm này, tạo chữ ký số.
3. Xác minh: Để xác minh chữ ký, người nhận sử dụng khóa chung của người ký. Người nhận giải mã chữ ký bằng khóa chung để lấy giá trị băm. Sau đó, họ tính toán độc lập giá trị băm của tài liệu nhận được và so sánh nó với giá trị băm được giải mã. Nếu hai giá trị băm khớp nhau, chữ ký sẽ được xác minh, cho biết tài liệu không bị thay đổi và là xác thực.

Đảm bảo tính toàn vẹn và xác thực

– TÍNH TOÀN VẸN: Chữ ký số đảm bảo rằng dữ liệu không bị thay đổi kể từ khi được ký. Bất kỳ sửa đổi nào đối với dữ liệu sẽ dẫn đến giá trị băm khác, khiến quá trình xác minh không thành công.
– Tính xác thực: Chữ ký số xác minh danh tính của người ký. Vì chỉ chủ sở hữu khóa riêng mới có thể tạo chữ ký nên người nhận có thể tin tưởng rằng dữ liệu đã được chủ sở hữu hợp pháp ký.

Ví dụ

Hãy xem xét tình huống trong đó một công ty lưu trữ các hợp đồng nhạy cảm trên máy chủ đám mây không đáng tin cậy. Mỗi hợp đồng được ký bằng khóa riêng của công ty. Khi khách hàng lấy được hợp đồng, họ có thể sử dụng khóa chung của công ty để xác minh chữ ký. Nếu chữ ký hợp lệ, khách hàng có thể yên tâm rằng hợp đồng không bị giả mạo và thực sự là của công ty.

Encryption

Mã hóa là quá trình chuyển đổi dữ liệu văn bản gốc sang định dạng không thể đọc được gọi là văn bản mã hóa, sử dụng thuật toán mã hóa và khóa mã hóa. Chỉ những người sở hữu khóa giải mã mới có thể chuyển đổi bản mã trở lại thành bản rõ có thể đọc được. Mã hóa đảm bảo dữ liệu được giữ bí mật, ngay cả khi dữ liệu được lưu trữ trên máy chủ không đáng tin cậy.

Các loại mã hóa

1. Mã hóa đối xứng: Trong mã hóa đối xứng, cùng một khóa được sử dụng cho cả mã hóa và giải mã. Phương pháp này hiệu quả và phù hợp để mã hóa lượng lớn dữ liệu. Tuy nhiên, khóa phải được chia sẻ an toàn giữa người gửi và người nhận.

– Ví dụ: Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao (AES) là thuật toán mã hóa đối xứng được sử dụng rộng rãi. Một công ty có thể sử dụng AES để mã hóa cơ sở dữ liệu của mình trước khi lưu trữ trên máy chủ không đáng tin cậy. Chỉ những người có khóa giải mã mới có thể truy cập dữ liệu.

2. Mã hóa bất đối xứng: Mã hóa bất đối xứng sử dụng một cặp khóa – khóa chung để mã hóa và khóa riêng để giải mã. Phương pháp này an toàn hơn cho việc trao đổi khóa nhưng tốn nhiều công sức tính toán hơn và chậm hơn so với mã hóa đối xứng.

– Ví dụ: RSA (Rivest-Shamir-Adleman) là một thuật toán mã hóa bất đối xứng phổ biến. Người dùng có thể mã hóa các email nhạy cảm bằng khóa chung của người nhận, đảm bảo rằng chỉ người nhận mới có thể giải mã email bằng khóa riêng của họ.

Đảm bảo bí mật

– Dữ liệu ở phần còn lại: Mã hóa đảm bảo rằng dữ liệu được lưu trữ trên máy chủ không đáng tin cậy được giữ bí mật. Ngay cả khi một bên trái phép có quyền truy cập vào bộ lưu trữ, họ không thể đọc dữ liệu được mã hóa nếu không có khóa giải mã.
– Dữ liệu trong quá trình vận chuyển: Mã hóa cũng bảo vệ dữ liệu khi nó được truyền qua mạng. Bảo mật lớp vận chuyển (TLS) là một ví dụ về giao thức sử dụng mã hóa để bảo mật dữ liệu trong quá trình truyền, đảm bảo dữ liệu không thể bị chặn và đọc bởi các bên trái phép.

Kết hợp chữ ký số và mã hóa

Để bảo mật tối đa, chữ ký số và mã hóa thường được sử dụng cùng nhau. Sự kết hợp này đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu.

1. Mã hóa dữ liệu: Đầu tiên, dữ liệu được mã hóa bằng mã hóa đối xứng hoặc bất đối xứng. Bước này đảm bảo rằng dữ liệu được giữ bí mật và các bên không có thẩm quyền không thể đọc được.
2. Ký dữ liệu được mã hóa: Dữ liệu được mã hóa sau đó được ký bằng chữ ký số. Bước này đảm bảo rằng dữ liệu được mã hóa không bị giả mạo và xác minh danh tính của người gửi.

Quy trình làm việc mẫu

1. Chuẩn bị: Một công ty muốn lưu trữ hồ sơ tài chính nhạy cảm trên máy chủ đám mây không đáng tin cậy.
2. Encryption: Các hồ sơ được mã hóa bằng AES (mã hóa đối xứng) để đảm bảo tính bảo mật.
3. Ký: Các hồ sơ được mã hóa sau đó được ký bằng khóa riêng của công ty để đảm bảo tính toàn vẹn và xác thực.
4. Kho lưu trữ : Các bản ghi đã ký và mã hóa được lưu trữ trên máy chủ đám mây.
5. Truy xuất và xác minh: Khi truy xuất hồ sơ, trước tiên người nhận sẽ xác minh chữ ký số bằng khóa chung của công ty. Nếu chữ ký hợp lệ thì người nhận sẽ giải mã các bản ghi bằng khóa giải mã.

Quy trình công việc này đảm bảo rằng ngay cả khi một bên không được phép có quyền truy cập vào máy chủ đám mây, họ cũng không thể đọc hoặc thay đổi bản ghi. Chỉ những bên được ủy quyền có khóa giải mã và khóa chung thích hợp mới có thể truy cập và xác minh hồ sơ.

Cân nhắc thực tế

– Quản lý khóa: Quản lý khóa hiệu quả rất quan trọng đối với tính bảo mật của hệ thống mật mã. Khóa phải được tạo, phân phối, lưu trữ và thu hồi một cách an toàn khi cần thiết. Việc xâm phạm khóa có thể dẫn đến sự cố bảo mật.
– Lựa chọn thuật toán: Việc lựa chọn thuật toán mã hóa và kích thước khóa phải dựa trên các tiêu chuẩn và thực tiễn tốt nhất hiện hành. Các thuật toán được coi là an toàn ngày nay có thể trở nên dễ bị tấn công trong tương lai do những tiến bộ về sức mạnh tính toán và phân tích mật mã.
– HIỆU QUẢ: Các hoạt động mã hóa có thể đòi hỏi nhiều tính toán. Cần xem xét tác động đến hiệu suất, đặc biệt đối với các hệ thống quy mô lớn hoặc hệ thống có yêu cầu thời gian thực.

Kết luận

Các kỹ thuật mã hóa như chữ ký số và mã hóa là những công cụ thiết yếu để đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu được lưu trữ trên các máy chủ không đáng tin cậy. Chữ ký số cung cấp phương tiện để xác minh tính xác thực và tính toàn vẹn của dữ liệu, đảm bảo dữ liệu không bị thay đổi và đến từ nguồn hợp pháp. Mã hóa đảm bảo dữ liệu được giữ bí mật và các bên không có thẩm quyền không thể đọc được, ngay cả khi họ có quyền truy cập vào bộ lưu trữ. Bằng cách kết hợp các kỹ thuật này, các tổ chức có thể bảo vệ dữ liệu của mình khỏi bị truy cập trái phép và giả mạo, ngay cả khi sử dụng các máy chủ lưu trữ không đáng tin cậy.

Các câu hỏi và câu trả lời gần đây khác liên quan đến Bảo mật hệ thống máy tính nâng cao EITC/IS/ACSS:

Xem thêm câu hỏi và câu trả lời trong EITC/IS/ACSS Advanced Computer Systems Security

Thêm câu hỏi và câu trả lời:

Gắn thẻ theo: , , , , ,