PKI là gì? Cấu tạo & Cách hoạt động của PKI

Cơ sở hạ tầng khóa công khai (PKI) là một khuôn khổ toàn diện bao gồm các thành phần phần cứng, phần mềm, chính sách và quy trình được thiết lập để xác thực định danh người dùng, mã hóa dữ liệu và bảo đảm tính toàn vẹn của thông tin liên lạc số. Hệ thống này vận dụng một cặp khóa công khai (public key) và khóa riêng (private key) cùng với chứng chỉ số (digital certificate) nhằm cung cấp các dịch vụ bảo mật thiết yếu như mã hóa dữ liệu, xác thực danh tính, bảo toàn dữ liệu và bảo mật các giao dịch trực tuyến.

Các thành phần cốt lõi của PKI

Để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của PKI, việc nắm vững các thành phần cơ bản là cần thiết:

Cặp khóa

Mỗi cặp khóa bao gồm một khóa công khai, được dùng để mã hóa thông tin hoặc xác minh chữ ký, và một khóa riêng, chỉ được sử dụng để giải mã dữ liệu hoặc tạo chữ ký số. Ví dụ, trong giao dịch ngân hàng trực tuyến tại Việt Nam, khi bạn đăng nhập vào tài khoản của Vietcombank, dữ liệu bạn gửi đi (như mật khẩu) thường được mã hóa bằng khóa công khai của ngân hàng, và chỉ máy chủ của Vietcombank với khóa riêng tương ứng mới có thể giải mã.

Chứng chỉ số (Digital Certificate)

Đây là một tài liệu kỹ thuật số do một tổ chức đáng tin cậy cấp, có chức năng xác nhận danh tính của một cá nhân, thiết bị hoặc dịch vụ. Chứng chỉ số chứa khóa công khai của thực thể được chứng nhận và được “ký” bởi CA để đảm bảo tính xác thực. Khi bạn truy cập website của Viettel hoặc VNPT, trình duyệt của bạn sẽ kiểm tra chứng chỉ số của website đó để xác minh rằng bạn đang kết nối với đúng trang web và thông tin liên lạc được mã hóa.

Nhà cung cấp chứng thực số (Certificate Authority – CA)

CA đóng vai trò là một bên thứ ba độc lập và đáng tin cậy. CA có trách nhiệm cấp phát, quản lý và thu hồi các chứng chỉ số. Tại Việt Nam, một số CA công cộng được cấp phép hoạt động bao gồm VNPT-CA, Viettel-CA, FPT.CA, và BKAV-CA. Những CA này chịu trách nhiệm cấp phát chứng thư số cho các tổ chức, doanh nghiệp và cá nhân, phục vụ các giao dịch điện tử và chữ ký số.

Chính sách và quy trình

Đây là tập hợp các quy định chi tiết về cách thức triển khai, sử dụng và quản lý vòng đời của chứng chỉ số. Các chính sách này đảm bảo rằng việc cấp phát, sử dụng và thu hồi chứng chỉ số được thực hiện một cách an toàn và nhất quán, tuân thủ các tiêu chuẩn bảo mật quốc tế và quy định pháp luật Việt Nam về giao dịch điện tử.

Cơ chế vận hành của PKI

Cơ chế vận hành của PKI tuân theo một quy trình chặt chẽ để đảm bảo an toàn và xác thực thông tin:

1. Hình thành cặp khóa

Mỗi người dùng hoặc thiết bị sẽ phát sinh một cặp khóa công khai và khóa riêng độc đáo. Quá trình này thường diễn ra trên thiết bị của người dùng hoặc máy chủ, đảm bảo rằng khóa riêng luôn nằm dưới sự kiểm soát của chủ sở hữu.

2. Xác thực và phân phối

CA sẽ tiến hành xác thực danh tính của người dùng hoặc thực thể. Sau khi xác thực thành công, CA sẽ cấp phát một chứng chỉ số chứa khóa công khai tương ứng. Chứng chỉ này có thể được công bố rộng rãi hoặc được gửi cho các bên liên quan. Ví dụ, khi một doanh nghiệp đăng ký chữ ký số với Viettel-CA, Viettel-CA sẽ xác minh thông tin doanh nghiệp (giấy phép kinh doanh, mã số thuế) trước khi cấp chứng chỉ.

3. Giao tiếp an toàn

Mã hóa

Một bên sẽ sử dụng khóa công khai của bên nhận để mã hóa thông tin, đảm bảo chỉ người nhận mới có thể truy cập. Giả sử bạn gửi một email quan trọng qua dịch vụ email có hỗ trợ mã hóa PKI. Email của bạn sẽ được mã hóa bằng khóa công khai của người nhận.

Giải mã

Chỉ bên sở hữu khóa riêng tương ứng mới có khả năng giải mã thông tin đã được mã hóa. Khi người nhận nhận được email, họ sẽ dùng khóa riêng của mình để giải mã nội dung, đảm bảo tính bảo mật của thông tin.

Xác thực và tính toàn vẹn

Chữ ký số, được tạo ra bằng khóa riêng, đóng vai trò thiết yếu trong việc xác minh danh tính của người gửi và đảm bảo rằng dữ liệu không bị sửa đổi trong quá trình truyền tải, giúp ngăn chặn các hành vi giả mạo. Khi bạn ký một hợp đồng điện tử bằng chữ ký số do FPT.CA cấp, hợp đồng đó không chỉ xác minh danh tính của bạn mà còn đảm bảo rằng nội dung hợp đồng không bị thay đổi sau khi ký.

Ứng dụng thực tiễn của PKI

PKI có vai trò không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực của đời sống và kinh doanh hiện đại:

Bảo vệ giao tiếp trực tuyến

Hệ thống này được áp dụng để mã hóa các hình thức giao tiếp số như email, tin nhắn tức thời và các kênh liên lạc khác, giúp bảo mật thông tin cá nhân. Các ứng dụng nhắn tin như Zalo hoặc Viber, dù không trực tiếp sử dụng PKI cho mọi mã hóa đầu cuối, nhưng thường dựa vào các chứng chỉ số để xác thực máy chủ và đảm bảo kết nối an toàn.

Xác thực danh tính

PKI đảm bảo rằng chỉ các thực thể đã được ủy quyền mới có quyền truy cập vào các hệ thống và dữ liệu nhạy cảm, nâng cao mức độ bảo mật tổng thể. Trong các hệ thống ngân hàng trực tuyến tại Việt Nam, việc xác thực người dùng bằng chứng chỉ số cho phép chỉ những chủ tài khoản hợp lệ mới có thể truy cập và thực hiện giao dịch, giảm thiểu rủi ro gian lận.

Bảo mật giao dịch web (SSL/TLS)

PKI là nền tảng cho việc mã hóa thông tin quan trọng như số thẻ tín dụng trong các giao dịch trực tuyến, đảm bảo an toàn cho người dùng khi mua sắm. Khi bạn mua hàng trên Tiki hoặc Shopee, biểu tượng ổ khóa trên thanh địa chỉ trình duyệt cho thấy kết nối được bảo mật bằng SSL/TLS, dựa trên nền tảng PKI. Điều này giúp bảo vệ thông tin thanh toán của bạn khỏi bị đánh cắp.

Chữ ký số

PKI cung cấp phương tiện để đảm bảo tính xác thực và tính toàn vẹn của các văn bản kỹ thuật số, qua đó củng cố độ tin cậy của tài liệu điện tử. Chữ ký số được sử dụng rộng rãi trong các giao dịch hành chính công tại Việt Nam, như nộp thuế điện tử qua cổng của Tổng cục Thuế, ký kết hợp đồng điện tử giữa các doanh nghiệp, hoặc trong các dịch vụ công trực tuyến của các bộ, ngành. Điều này giúp giảm thiểu giấy tờ, tiết kiệm thời gian và chi phí cho cả người dân và doanh nghiệp. Ví dụ, một doanh nghiệp ở TP.HCM có thể ký kết hợp đồng với đối tác ở Hà Nội mà không cần gặp mặt trực tiếp, chỉ thông qua chữ ký số.