Mã hóa hoạt động như thế nào?

Mã hóa nghe có vẻ trừu tượng, nhưng ý tưởng cơ bản rất đơn giản. Ảnh hoặc video ban đầu là dữ liệu có thể đọc. Mã hóa dùng một khóa bí mật để biến dữ liệu đó thành thứ trông vô nghĩa. Sau này, đúng khóa có thể biến nó trở lại thành tệp gốc.

Điều này quan trọng với nội dung riêng tư vì bản sao lưu vẫn là một bản sao cuộc sống của bạn. Nó có thể chứa ảnh gia đình, tài liệu cá nhân, bằng chứng dự án, hóa đơn, hình ảnh y tế, ảnh chụp màn hình và video bạn không muốn để lộ. Mã hóa giúp bản sao lưu hữu ích với bạn mà không trở nên đọc được đối với mọi người có thể tiếp cận hệ thống lưu trữ.

Hình trên là mô hình đơn giản hóa. Ảnh của bạn được bảo vệ bằng mã hóa mạnh trước khi trở thành bản sao lưu đã mã hóa. Các khóa quyết định ai có thể mở dữ liệu. Một số khóa có thể công khai hoặc chia sẻ trong phạm vi giới hạn, nhưng vật liệu khóa riêng tư và mật khẩu mã hóa phải được giữ riêng tư.

Bắt đầu từ dữ liệu chưa mã hóa

Mọi ảnh và video đều được tạo thành từ dữ liệu. Tệp ảnh chứa điểm ảnh, siêu dữ liệu, dấu thời gian, ảnh thu nhỏ và thông tin khác mà phần mềm có thể đọc. Nếu được lưu mà không mã hóa, bất kỳ ai có quyền truy cập phù hợp vào tệp đều có khả năng mở nó.

Mã hóa thay đổi tệp trước khi lưu trữ hoặc truyền đi. Thay vì đưa ảnh có thể đọc vào kho sao lưu, ứng dụng lưu dữ liệu đã mã hóa. Phiên bản mã hóa vẫn là một tệp nhưng không còn hoạt động như ảnh gốc. Trình xem ảnh thông thường không thể hiểu nó. Người xem dữ liệu được lưu không nên có khả năng biết ảnh chứa gì.

Đó là lý do mã hóa khác với đăng nhập thông thường. Đăng nhập kiểm soát ai được vào tài khoản. Mã hóa bảo vệ chính dữ liệu, nên bản sao lưu vẫn được bảo vệ ngay cả khi có người xem một lớp của hệ thống mà họ không nên tiếp cận.

Khóa là yếu tố giúp mã hóa hoạt động

Mã hóa phụ thuộc vào các khóa. Khóa thường không phải vật có hình chìa khóa kim loại, dù đó là hình ảnh dễ nhớ nhất. Trong mật mã học, khóa là một giá trị rất cụ thể mà thuật toán dùng để khóa hoặc mở dữ liệu.

Nếu khóa đúng, tệp mã hóa có thể được giải mã trở lại thành ảnh hoặc video gốc. Nếu khóa sai, kết quả vô dụng. Vì vậy, những khác biệt nhỏ trong mật khẩu rất quan trọng. Một ký tự khác, một dấu cách bị thiếu hoặc viết hoa sai có thể tạo ra khóa hoàn toàn khác.

Safety Photo+Video dùng mật khẩu mã hóa trong mô hình bảo vệ này. Mật khẩu được dùng trên thiết bị của bạn để dẫn xuất các khóa mã hóa mạnh. Nhờ đó, ứng dụng làm việc với khóa mật mã còn bạn chỉ cần giữ một mật khẩu hoặc cụm mật khẩu.

Vì sao ảnh và video dùng AES-256

AES là viết tắt của Advanced Encryption Standard, tức Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao. Đây là thuật toán mã hóa đối xứng: cùng một khóa bí mật được dùng để mã hóa và giải mã dữ liệu. Mã hóa đối xứng nhanh, đáng tin cậy và phù hợp với tệp lớn như ảnh, video.

Safety Photo+Video dùng AES-256-GCM để mã hóa tệp. Phần 256 nghĩa là khóa dài 256 bit. Đây là không gian khóa cực lớn, vượt xa khả năng dò tìm bằng cách đoán khi các khóa được tạo và bảo vệ đúng cách.

Phần GCM cũng quan trọng. AES-GCM là chế độ mã hóa có xác thực, nghĩa là thực hiện hai việc cùng lúc:

• Giữ nội dung tệp riêng tư.
• Giúp phát hiện dữ liệu mã hóa bị thay đổi hoặc can thiệp trái phép.

Hãy hình dung AES-256-GCM là một hộp chứa an toàn cho mỗi tệp được bảo vệ. Ảnh hoặc video đi vào ở dạng đọc được, đi ra ở dạng đã xáo trộn và chỉ có thể khôi phục khi có đúng khóa.

Mật khẩu mã hóa trở thành khóa như thế nào

Con người lưu mật khẩu dễ hơn lưu các khóa mật mã thô. Máy tính cần vật liệu khóa chính xác. Hàm dẫn xuất khóa kết nối hai thế giới đó.

Trong Safety Photo+Video, mật khẩu mã hóa được dùng với PBKDF2-SHA256 để dẫn xuất khóa chính 256 bit. Nói đơn giản, ứng dụng lấy mật khẩu và xử lý theo cách có chủ đích, có thể lặp lại để tạo ra vật liệu phù hợp cho mã hóa.

Điều này quan trọng vì hai lý do. Thứ nhất, ứng dụng có thể dùng khóa mạnh mà không bắt bạn ghi nhớ một chuỗi byte ngẫu nhiên dài. Thứ hai, mật khẩu vẫn là yếu tố cốt lõi để khôi phục. Nếu sau này nhập lại đúng cùng mật khẩu mã hóa, ứng dụng có thể dẫn xuất lại vật liệu khóa phù hợp. Nếu mật khẩu bị mất hoặc nhập sai, thư viện mã hóa không thể được mở an toàn.

Vì thế mật khẩu mã hóa không chỉ là một mật khẩu tài khoản khác. Nó gắn với khả năng đọc các tệp được bảo vệ của bạn.

Khóa công khai và khóa riêng tư

Khóa công khai và khóa riêng tư thuộc mã hóa bất đối xứng. Thay vì một khóa bí mật dùng chung, mã hóa bất đối xứng dùng một cặp khóa có liên hệ:

• Khóa công khai có thể được chia sẻ rộng rãi hơn.
• Khóa riêng tư phải được giữ bí mật.

Một cách hình dung phổ biến là hộp thư. Ai biết vị trí đều có thể bỏ thư vào, nhưng chỉ người có khóa riêng tư mới mở hộp và đọc nội dung bên trong.

Điều này khác với AES. AES thường dùng cho nội dung thực tế của tệp vì xử lý nhanh dữ liệu lớn. Mật mã khóa công khai và riêng tư thường dùng cho thông tin nhỏ hơn, kiểm tra danh tính, trao đổi khóa an toàn hoặc bảo vệ các khóa mở dữ liệu mã hóa lớn hơn.

Trong thực tế, AES bảo vệ lượng dữ liệu ảnh và video lớn, còn các khóa dẫn xuất từ mật khẩu và vật liệu khóa riêng tư quyết định ai có thể mở khóa hoặc khôi phục quyền truy cập. Phía khóa công khai có thể an toàn để dùng cho việc khóa hoặc xác minh trong một số trường hợp, nhưng phía khóa riêng tư phải được bảo vệ cẩn thận.

Zero-knowledge có nghĩa là gì

Zero-knowledge nghĩa là dịch vụ không cần biết nội dung thư viện để lưu trữ nó. Máy chủ có thể giữ bản sao lưu đã mã hóa, trạng thái đồng bộ, hồ sơ tài khoản và dữ liệu vận hành khác mà không mở được ảnh và video riêng tư của bạn.

Trong thiết kế zero-knowledge, mật khẩu mã hóa không rời thiết bị và dịch vụ không lưu các khóa cần để giải mã thư viện. Điều đó tạo ra ranh giới quyền riêng tư vững chắc. Ngay cả khi dữ liệu sao lưu mã hóa nằm trên máy chủ, nó vẫn phải không đọc được nếu thiếu đúng mật khẩu và vật liệu khóa.

Đổi lại là trách nhiệm khôi phục. Nếu dịch vụ không thấy mật khẩu, nó cũng không thể khôi phục mật khẩu cho bạn. Điều này tốt cho quyền riêng tư, nhưng khiến thói quen lưu mật khẩu trở nên rất quan trọng.

Điều gì xảy ra khi sao lưu

Giao diện có thể trông đơn giản, nhưng có nhiều bước bảo mật phía sau:

• Ứng dụng chuẩn bị ảnh hoặc video để sao lưu.
• Các khóa mã hóa được dẫn xuất hoặc chọn trên thiết bị của bạn.
• Tệp được mã hóa bằng AES-256-GCM.
• Phiên bản mã hóa được tải lên hoặc lưu trữ.
• Dịch vụ sao lưu không nhận bản gốc có thể đọc.

Từ góc nhìn của bạn, sao lưu có thể giống tải lên bình thường. Từ góc nhìn hệ thống lưu trữ, tệp được bảo vệ phải trông như dữ liệu mã hóa. Đó chính là mục đích. Bản sao lưu vẫn có thể được lưu, đồng bộ và khôi phục, nhưng không nên đọc được nếu không có khóa của bạn.

Điều gì xảy ra khi khôi phục

Khôi phục chạy quá trình theo chiều ngược lại. Ứng dụng tải xuống hoặc tìm dữ liệu sao lưu đã mã hóa. Sau đó, nó cần mật khẩu mã hóa và vật liệu khóa đúng để giải mã tệp. Khi tệp đã được giải mã, ứng dụng có thể hiển thị lại ảnh hoặc video.

Vì vậy, chuẩn bị khôi phục rất quan trọng. Tài khoản giúp ứng dụng tìm bản sao lưu. Thiết bị và mạng giúp lấy dữ liệu. Mật khẩu mã hóa giúp mở khóa. Thiếu bất kỳ thành phần nào có thể khiến việc khôi phục chậm hơn, khó hiểu hoặc không thể thực hiện.

Nếu bộ phận hỗ trợ giúp bạn xử lý sự cố, họ có thể dùng thông tin tài khoản, phiên bản ứng dụng, mẫu thiết bị, thông báo lỗi và trạng thái sao lưu. Họ không nên cần mật khẩu mã hóa. Giữ mật khẩu riêng tư giúp duy trì mô hình bảo vệ.

Một cách dễ nhớ

Dễ hiểu nhất là coi mã hóa như một chuỗi:

• Ảnh hoặc video bắt đầu là dữ liệu đọc được.
• AES-256-GCM biến nó thành dữ liệu mã hóa.
• Mật khẩu mã hóa giúp dẫn xuất các khóa cần để mở dữ liệu.
• Khóa công khai có thể giúp khóa hoặc xác minh trong một số hệ thống.
• Khóa riêng tư và khóa dẫn xuất từ mật khẩu phải được giữ bí mật.
• Khôi phục chỉ hoạt động khi đúng tài khoản, bản sao lưu, thiết bị và vật liệu khóa cùng được tập hợp lại.

Mục tiêu không phải làm sao lưu trở nên phức tạp. Mục tiêu là khiến sao lưu riêng tư đáng tin cậy. Khi mã hóa hoạt động tốt, tệp có thể được chuyển đến kho sao lưu mà vẫn không đọc được đối với bất kỳ ai không có đúng khóa.