Trong bối cảnh công nghệ đang phát triển nhanh chóng, việc nhận diện và đối phó với những mối đe dọa mới là điều cần thiết. Một trong những thách thức lớn nhất đang nổi lên chính là sự phát triển của máy tính lượng tử. Những cỗ máy mạnh mẽ này, khai thác sức mạnh của cơ học lượng tử, có khả năng giải quyết các bài toán phức tạp nhanh hơn nhiều so với máy tính truyền thống. Điều này bao gồm khả năng phá vỡ các tiêu chuẩn mã hóa và khóa bảo vệ thế giới dữ liệu của chúng ta. Đây là lúc Mật mã hậu lượng tử (Post-Quantum Cryptography) xuất hiện, và lý do Commvault đã chọn triển khai nó để bảo mật dữ liệu lượng tử cho khách hàng.
Tại Sao Chúng Ta Cần Mật Mã Hậu Lượng Tử (Post-Quantum Cryptography)?
Phần lớn các hệ thống bảo mật hiện nay, từ xác thực HTTPS đến blockchain, đều dựa vào độ khó tính toán của một số bài toán cổ điển:
- Phân tích thừa số nguyên lớn (RSA)
- Bài toán logarit rời rạc (Diffie–Hellman, ECC)
Mặc dù những bài toán này khó để máy tính cổ điển giải quyết nhưng máy tính lượng tử lại có thể giải chúng nhanh hơn đáng kể. Tuy nhiên, thuật toán Shor (1994) đã chứng minh rằng máy tính lượng tử có thể giải chúng trong đa thức thời gian (polynomial time) — điều này đồng nghĩa với việc hầu hết các cơ chế bảo mật khóa công khai hiện nay có thể bị vô hiệu hóa.
Điều này có thể khiến bất kỳ thông tin nhạy cảm nào thường được mã hóa, chẳng hạn như thông tin đăng nhập, email, dữ liệu tài chính và hồ sơ y tế, bị lộ. Bạn có thể nghĩ rằng mối đe dọa từ máy tính lượng tử còn cách 5 đến 10 năm nữa, nhưng bất kỳ ai gần đây tham dự các buổi thuyết trình tại Ignite/Reinvent/Next đều biết rằng các tài nguyên điện toán lượng tử đã có sẵn và công nghệ đang phát triển nhanh chóng. Giờ đây, công nghệ này có sẵn cho bất kỳ ai, bao gồm cả các tác nhân độc hại. Câu hỏi đặt ra là, làm thế nào để bạn bảo vệ tổ chức của mình? Việc chuyển đổi sang Mật mã hậu lượng tử là một phản ứng cần thiết.
Tiếp Cận Đa Diện: Khóa Lớn Hơn, Khóa Tốt Hơn và PQC
Mặc dù các thuật toán PQC chính thức vẫn đang trong quá trình chuẩn hóa trên toàn cầu, chúng ta có thể chuẩn bị ngay từ bây giờ để tăng cường khả năng phòng thủ của mình. Một cách tiếp cận là tăng độ dài khóa mật mã trên các thuật toán đối xứng, để mất nhiều thời gian hơn để phá vỡ mã hóa bằng các cuộc tấn công vét cạn. Nguyên lý này tương tự như việc tăng số chốt trong một ổ khóa dạng tumblers. Càng nhiều chốt, ổ khóa càng khó và tốn thời gian để phá. Khóa càng lớn và phức tạp, càng khó và mất nhiều thời gian để sao chép hoặc đoán. Đây là một phần của chiến lược mã hóa an toàn đa lớp.
Mã Hóa Dữ Liệu An Toàn Hậu Lượng Tử
Mã hóa AES từ lâu đã là thuật toán tiêu chuẩn công nghiệp cho mã hóa đối xứng an toàn, và trong tương lai gần, nó sẽ tiếp tục tương đối đủ để bảo vệ chống lại các cuộc tấn công vét cạn lượng tử, miễn là sử dụng kích thước khóa cao. Commvault đã tiêu chuẩn hóa mã hóa dữ liệu trên Mã hóa AES-256, đây là độ dài khóa cao nhất được hỗ trợ cho AES.
Để dễ hình dung hơn, chúng ta có thể xem xét thuật toán Grover để minh họa mối đe dọa tiềm tàng của các cuộc tấn công vét cạn. Thuật toán Grover là một thuật toán nổi tiếng được sử dụng để giải quyết các bài toán toán học phức tạp. Nó cũng có thể được sử dụng để tăng tốc các cuộc tấn công vét cạn mật khẩu, đặc biệt khi được thực hiện trên máy tính lượng tử.
Với thuật toán Grover, thời gian để phá vỡ mã hóa Mã hóa AES-256 vẫn không khả thi do kích thước khóa (nó giảm hiệu quả kích thước khóa đi một nửa) và vì thế hệ máy tính lượng tử hiện tại chưa đủ mạnh. Vì vậy, AES-256 vẫn là một thuật toán mã hóa khả thi trong tương lai gần, là một phần quan trọng của bảo mật dữ liệu lượng tử hiện tại.
Giao Tiếp An Toàn Hậu Lượng Tử
Khi nói đến các thuật toán mã hóa bất đối xứng (mật mã khóa công khai) được sử dụng cho giao tiếp an toàn và chữ ký số, mọi thứ có vẻ không mấy khả quan. Đây là một trong những lĩnh vực mật mã có rủi ro cao nhất bị ảnh hưởng bởi máy tính lượng tử vì các thuật toán RSA (Rivest-Shamir-Adleman) và ECC (Mật mã đường cong Elliptic) bị suy yếu nghiêm trọng bởi chúng. Điều này tạo ra một lỗ hổng mật mã đáng kể.
Theo lời kêu gọi hành động công khai để phát triển các Tiêu chuẩn PQC, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) đã điều phối việc đề xuất, đánh giá và lựa chọn các thuật toán ứng cử viên cho PQC bắt đầu từ năm 2016. Tính đến tháng 12 năm 2023, các thuật toán hậu lượng tử cuối cùng đã được chọn, và NIST đã bắt đầu soạn thảo hướng dẫn và các ấn phẩm tiêu chuẩn xung quanh chúng.
Commvault đã thực hiện các bước đầu tiên trong việc tích hợp một số Tiêu chuẩn PQC sắp tới để cải thiện Giao tiếp an toàn hậu lượng tử. Hai thành phần chính cần được cập nhật để cung cấp bảo vệ lượng tử:
- Trao đổi và đóng gói khóa: Thiết lập khóa mã hóa đối xứng trong quá trình thiết lập TLS.
- Tạo và xác minh chữ ký: Tạo chuỗi chứng chỉ và xác thực các bên liên quan trong quá trình thiết lập TLS, ngăn chặn các cuộc tấn công xen giữa (man-in-the-middle).
Thuật toán trao đổi khóa truyền thống, ECDH (Elliptic-curve Diffie-Hellman), dễ bị tấn công với sự ra đời của máy tính lượng tử. CRYSTALS-Kyber, một thuật toán hậu lượng tử được NIST phê duyệt, đóng vai trò thay thế cho ECDH.
Tuy nhiên, một kết nối TLS an toàn yêu cầu nhiều hơn chỉ là trao đổi khóa. Cả ECDH và Kyber đều dễ bị tấn công xen giữa. Điều này đòi hỏi việc sử dụng chuỗi chứng chỉ và các thông báo đã ký/xác minh trong quá trình thiết lập TLS. Mật mã thông thường dựa vào RSA với kích thước khóa riêng/công khai lớn (2048, 3072, v.v.) cho mục đích này. NIST đã đề xuất các lựa chọn thay thế hậu lượng tử cho RSA, bao gồm:
- CRYSTALS-Dilithium3
- Falcon
- Sphincs+
Sự Kết Hợp Tối Ưu Hiện Nay Cho Bảo Mật Dữ Liệu Lượng Tử
Khách hàng có thể ngay lập tức bắt đầu bảo vệ môi trường của họ chống lại các cuộc tấn công dựa trên lượng tử bắt đầu từ bản phát hành phần mềm mới nhất, Commvault Cloud CPR 2024. Nền tảng này sử dụng CRYSTALS-Kyber cho việc đóng gói khóa và CRYSTALS-Dilithium3 hoặc FALCON cho các lược đồ chữ ký số, nhằm cung cấp giao tiếp an toàn hậu lượng tử trong nền tảng Commvault® Cloud.
Sau khi được kích hoạt, giao tiếp dữ liệu trong Commvault sẽ có khả năng chống lại các cuộc tấn công lượng tử, trong khi dữ liệu của bạn được mã hóa tại nguồn bằng thuật toán mã hóa AES-256, giữ cho dữ liệu của bạn an toàn khỏi các mối đe dọa lượng tử hiện đại và tương lai. Với việc không gian lượng tử đang phát triển nhanh chóng, cùng với sự xem xét bổ sung các thuật toán này, Commvault Cloud đã triển khai một khung linh hoạt cho phép lựa chọn các thuật toán và độ dài khóa khác, cho cả trao đổi/đóng gói khóa và tạo/xác minh chữ ký, cung cấp một cách bảo vệ dữ liệu tương lai để duy trì cảnh giác trong không gian luôn thay đổi này.
Con Đường Phía Trước Để Khả Năng Phục Hồi Không Gian Mạng
Cũng như tất cả các biện pháp bảo mật, PQC là một lớp bổ sung cần được triển khai cùng với các biện pháp kiểm soát bảo mật khác để duy trì khả năng phục hồi không gian mạng của bạn. Chúng tôi khuyến nghị sử dụng Security IQ để có được thông tin chi tiết về tình hình bảo mật của riêng bạn và triển khai các biện pháp kiểm soát để giữ an toàn cho dữ liệu của bạn khỏi các mối đe dọa lượng tử và các vector tấn công khác.
Tương tự như cách sự tin cậy là một quá trình liên tục, sự đầu tư liên tục của Commvault vào khả năng phục hồi không gian mạng và bảo vệ lượng tử sẽ giữ an toàn cho dữ liệu của bạn trước các mối đe dọa không ngừng phát triển. Bạn có thể tìm hiểu thêm về Security IQ tại đây. Việc liên tục cập nhật và thích nghi với các Tiêu chuẩn PQC mới là yếu tố then chốt cho bảo vệ dữ liệu tương lai.
Lưu ý: Để duy trì hiệu quả của các biện pháp bảo mật, hãy xem xét và cập nhật thông tin định kỳ (ví dụ: 6 tháng/1 năm) để đảm bảo tính chính xác, đầy đủ và phù hợp theo thời gian, đặc biệt với các chủ đề thay đổi nhanh hoặc nội dung “evergreen”.
Câu Hỏi Thường Gặp (FAQs) về Mật Mã Hậu Lượng Tử
1. Mật mã hậu lượng tử (PQC) là gì?
Mật mã hậu lượng tử là một lĩnh vực nghiên cứu trong mật mã học tập trung vào việc phát triển các thuật toán có khả năng chống lại các cuộc tấn công từ máy tính lượng tử hiện tại và tương lai. Mục tiêu là đảm bảo mã hóa an toàn trong kỷ nguyên lượng tử.
2. Tại sao máy tính lượng tử lại là mối đe dọa đối với mật mã hiện tại?
Máy tính lượng tử có khả năng phá vỡ các thuật toán mật mã khóa công khai phổ biến như RSA và ECC, vốn là nền tảng của mã hóa an toàn trên Internet hiện nay. Chúng có thể giải quyết các bài toán toán học phức tạp mà mật mã hiện tại dựa vào một cách nhanh chóng hơn nhiều.
3. Các tiêu chuẩn PQC được phát triển như thế nào?
Các Tiêu chuẩn PQC được phát triển thông qua các quy trình toàn cầu, nổi bật là chương trình của NIST (Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ). NIST đã tổ chức các cuộc thi để lựa chọn các thuật toán hậu lượng tử mạnh mẽ nhất, sau đó sẽ ban hành các hướng dẫn tiêu chuẩn cho việc triển khai chúng nhằm đảm bảo bảo mật dữ liệu lượng tử.
4. Mã hóa AES-256 có đủ mạnh để chống lại các cuộc tấn công lượng tử không?
Mã hóa Mã hóa AES-256 được coi là tương đối an toàn trước các cuộc tấn công vét cạn lượng tử trong tương lai gần, chủ yếu nhờ vào kích thước khóa lớn. Tuy nhiên, nó vẫn cần được sử dụng trong một chiến lược bảo mật toàn diện bao gồm cả các giải pháp Mật mã hậu lượng tử cho các thành phần khác.
5. Làm thế nào để doanh nghiệp chuẩn bị cho kỷ nguyên hậu lượng tử?
Để bảo vệ dữ liệu tương lai, các doanh nghiệp nên bắt đầu đánh giá các hệ thống mật mã hiện có, theo dõi sự phát triển của Tiêu chuẩn PQC và xem xét các giải pháp kết hợp như việc Commvault đã triển khai CRYSTALS-Kyber và Dilithium3. Việc này là một phần quan trọng của khả năng phục hồi không gian mạng dài hạn.
Đừng để dữ liệu của bạn dễ bị tổn thương trước các mối đe dọa lượng tử trong tương lai. Tìm hiểu thêm về các giải pháp Mật mã hậu lượng tử của Commvault và cách chúng tôi giúp bạn xây dựng khả năng phục hồi không gian mạng vững chắc. Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để được tư vấn và bảo vệ tương lai dữ liệu của bạn!
