Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 12213:2018 (hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC 10116:2017) về Công nghệ thông tin - Các kỹ thuật an toàn - Chế độ hoạt động của mã khối n-bit được công bố năm 2018, quy định các phương thức vận hành thuật toán mã hóa khối nhằm bảo mật và bảo vệ an toàn dữ liệu số.

Phạm vi và đối tượng áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng đối với các tổ chức, cá nhân thiết kế, phát triển, thử nghiệm hoặc vận hành các hệ thống mật mã, dịch vụ an toàn thông tin có sử dụng thuật toán mã hóa khối n-bit. Tiêu chuẩn xác định các chế độ hoạt động cụ thể để chuyển đổi bản rõ thành bản mã và ngược lại, đảm bảo tính bí mật và toàn vẹn của dữ liệu trong quá trình lưu trữ hoặc truyền tải.

- Phạm vi áp dụng (Điều 1)

• Quy định năm chế độ hoạt động cơ bản cho mã khối n-bit bao gồm: Chế độ Sách mã điện tử (ECB), Chế độ Xích khối mã (CBC), Chế độ Phản hồi mã (CFB), Chế độ Phản hồi đầu ra (OFB), và Chế độ Bộ đếm (CTR).
• Các chế độ này được thiết kế để cung cấp các tính năng bảo mật khác nhau, phù hợp với nhiều loại ứng dụng và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống thông tin.
• Tiêu chuẩn không chỉ định cụ thể một thuật toán mã khối n-bit nào, mà chỉ đưa ra các phương thức vận hành chung áp dụng cho bất kỳ thuật toán mã khối n-bit hợp lệ nào.

- Tài liệu viện dẫn (Điều 2)

• Việc áp dụng tiêu chuẩn này cần được kết hợp chặt chẽ với các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế liên quan đến kỹ thuật mật mã, quản lý khóa và an toàn thông tin để đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả bảo mật cao nhất.

- Thuật ngữ và định nghĩa (Điều 3)

• Mã khối n-bit (n-bit block cipher): Thuật toán mật mã khóa đối xứng thiết lập ánh xạ một-một từ các khối dữ liệu đầu vào có độ dài n-bit thành các khối dữ liệu đầu ra có độ dài n-bit dưới sự kiểm soát của một khóa mật mã.
• Bản rõ (Plaintext): Dữ liệu gốc chưa được mã hóa, cần được bảo vệ tính bí mật.
• Bản mã (Ciphertext): Dữ liệu đã được biến đổi thông qua thuật toán mã hóa để người không có thẩm quyền không thể đọc hiểu.
• Khóa (Key): Chuỗi ký tự hoặc bit kiểm soát toàn bộ quá trình mã hóa và giải mã dữ liệu.
• Véc-tơ khởi tạo (Initialization Vector - IV): Khối dữ liệu đầu vào được sử dụng để khởi động quá trình mã hóa trong một số chế độ hoạt động, giúp tạo ra sự ngẫu nhiên hóa và ngăn chặn các cuộc tấn công phân tích mẫu.

- Ký hiệu và thuật ngữ viết tắt (Điều 4)

• Định nghĩa các ký hiệu toán học, các phép toán logic cơ bản được sử dụng xuyên suốt tiêu chuẩn như phép toán XOR (cộng loại trừ), phép dịch bit, phép nối chuỗi dữ liệu và các phép toán số học trên trường hữu hạn.
• Các ký hiệu viết tắt tiêu chuẩn cho các chế độ hoạt động bao gồm: ECB (Electronic Codebook), CBC (Cipher Block Chaining), CFB (Cipher Feedback), OFB (Output Feedback), và CTR (Counter).

- Các chế độ hoạt động cốt lõi của mã khối n-bit

• Chế độ Sách mã điện tử (ECB): Mỗi khối bản rõ được mã hóa một cách độc lập bằng cùng một khóa để tạo ra khối bản mã tương ứng. Chế độ này đơn giản nhưng dễ bị tấn công phân tích tần suất nếu dữ liệu đầu vào có tính lặp lại cao.
• Chế độ Xích khối mã (CBC): Mỗi khối bản rõ trước khi mã hóa sẽ được thực hiện phép toán XOR với khối bản mã của bước ngay trước đó. Khối đầu tiên sử dụng véc-tơ khởi tạo (IV). Phương thức này giúp che giấu hiệu quả các mẫu lặp lại trong bản rõ.
• Chế độ Phản hồi mã (CFB): Chuyển đổi mã khối thành một bộ mã hóa dòng tự đồng bộ. Bản mã của bước trước được đưa vào bộ đệm để mã hóa, sau đó kết quả được XOR với bản rõ để tạo ra bản mã mới.
• Chế độ Phản hồi đầu ra (OFB): Tương tự như CFB nhưng giá trị phản hồi là đầu ra của bộ mã khối trước khi thực hiện phép XOR với bản rõ, giúp ngăn ngừa sự lan truyền lỗi truyền tin trên đường truyền.
• Chế độ Bộ đếm (CTR): Sử dụng một bộ đếm (counter) tăng dần cho mỗi khối dữ liệu. Bộ đếm này được mã hóa và kết quả được XOR với bản rõ để tạo ra bản mã, cho phép xử lý song song hóa tối đa để tăng tốc độ xử lý dữ liệu lớn.

Hiệu lực thi hành

TCVN 12213:2018 có hiệu lực áp dụng kể từ ngày ban hành, đóng vai trò là cơ sở kỹ thuật quan trọng cho việc chuẩn hóa các giải pháp bảo mật thông tin và mật mã học tại Việt Nam.