EdDSA là gì? Thuật toán tạo chữ ký số dựa trên Edwards curve

EdDSA (thuật toán chữ ký số đường cong Edwards) là thuật toán chữ ký số hiện đại, an toàn và hiệu quả. Thuật toán này sử dụng dạng một biến thể đặc biệt của elliptic curve gọi là Edwards-curve, giúp đạt hiệu suất cao mà không ảnh hưởng đến bảo mật. Phiên bản EdDSA phổ biến nhất là Ed25519, được sử dụng rộng rãi trong blockchain, ứng dụng nhắn tin riêng tư và các hệ thống xác thực danh tính. Hãy cùng Block24 tìm hiểu chi tiết hơn thông qua bài viết này nhé.

EdDSA là gì?

EdDSA (Edwards-curve Digital Signature Algorithm) là một thuật toán chữ ký số hiện đại, được thiết kế cải tiến để thay thế cho ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm). Nó dựa trên toán học đường cong elliptic tương tự ECDSA, nhưng sử dụng dạng Edwards-curve (một biến thể đặc biệt của elliptic curve) để đạt hiệu quả tính toán cao hơn và an toàn hơn.

Nguyên lý hoạt động của EdDSA

Có thể hình dung đơn giản, EdDSA giống như việc bạn ký tên vào một văn bản, nhưng thay vì ký bằng bút, bạn sử dụng khóa mật mã để tạo ra chữ ký số. Chữ ký này cho phép người khác kiểm tra và tin rằng thông điệp thực sự đến từ bạn, đồng thời chắc chắn rằng nội dung chưa từng bị thay đổi.

Nguyên lý hoạt động cơ bản:

Tạo khóa

Quá trình bắt đầu với việc mỗi người sở hữu một cặp khóa: Khóa bí mật (private key) và Khóa công khai (public key). Từ private key (giống như cây bút ký riêng mà chỉ bạn mới có), hệ thống sẽ tạo ra một public key (tương tự như chữ ký mẫu) mà mọi người có thể kiểm tra.

Ký thông điệp

Khi muốn ký một thông điệp, bạn sẽ dùng private key của mình để tạo ra chữ ký số. Điểm đặc biệt của EdDSA nằm ở chỗ nó không dựa vào những con số ngẫu nhiên (gọi là “nonce”) dễ phát sinh lỗi như của ECDSA. Thay vào đó, EdDSA tự động sinh ra nonce từ chính private key kết hợp với nội dung của thông điệp.

Cơ chế này giúp đảm bảo rằng mỗi lần bạn ký một thông điệp khác nhau thì nonce cũng thay đổi, khiến kẻ tấn công không thể lợi dụng để tìm ra private key. Kết quả cuối cùng của quá trình ký là một chữ ký số bao gồm 2 thành phần, chúng được ký hiệu là R và S.

Xác minh chữ ký

Khi một người khác nhận được thông điệp cùng với chữ ký số, họ sẽ dùng public key của bạn để kiểm tra. Bằng một phép tính toán học trên đường cong elliptic, có thể xác định được rằng chữ ký có thực sự khớp với thông điệp hay không. Nếu chữ ký hợp lệ, điều đó chứng tỏ rằng thông điệp đúng là do bạn gửi và chưa bị sửa đổi.

Xem thêm >> Public Key & Private Key: Khái niệm, cách hoạt động và sự khác biệt

Ưu nhược điểm của EdDSA

Ưu điểm của EdDSA

• Tốc độ và hiệu quả: Nhờ sử dụng đường cong elliptic ở dạng Edwards, các phép tính trong EdDSA được thực hiện nhanh hơn và có thể tối ưu hóa cho phần cứng, kể cả những thiết bị có hiệu năng thấp. Điều này giúp việc ký và xác minh chữ ký diễn ra nhanh chóng, một yếu tố rất quan trọng trong các hệ thống xử lý khối lượng lớn giao dịch như blockchain.
• Độ an toàn cao: Ở ECDSA, quá trình tạo ra nonce nếu không được triển khai đúng cách có thể dẫn tới lộ private key, gây hậu quả nghiêm trọng. Trong khi đó, EdDSA tạo nonce theo một cách xác định từ private key và thông điệp cần ký, giúp gần như loại bỏ nguy cơ bị lộ khóa.
• Thiết kế gọn gàng, đơn giản: Việc triển khai EdDSA đơn giản hơn so với ECDSA, giảm thiểu khả năng xảy ra lỗi lập trình hoặc lỗi bảo mật. Điều này làm cho EdDSA trở thành một lựa chọn an toàn hơn trong thực tế, đặc biệt đối với các nhà phát triển phần mềm bảo mật và hệ thống tài chính phi tập trung (DeFi).

Nhược điểm của EdDSA

Nhược điểm duy nhất và cũng là lớn nhất của EdDSA là nó còn khá mới mẻ. So với ECDSA, vốn đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống lâu đời như Bitcoin hoặc các giao thức Internet cũ, mức độ chấp nhận của EdDSA chưa đạt đến quy mô toàn cầu.

Điều này có thể đến từ rào cản về hỗ trợ phần cứng, nhiều thiết bị bảo mật, ví dụ như thẻ thông minh (smart card) hoặc phần cứng HSM (Hardware Security Module), vốn được thiết kế tối ưu cho ECDSA hoặc RSA. Trong khi EdDSA do còn mới nên chưa được tích hợp đầy đủ, khiến cho việc triển khai trong môi trường doanh nghiệp gặp khó khăn hơn.

Ngoài ra, mặc dù EdDSA đơn giản hơn trong thiết kế, nhưng để áp dụng trong những tiêu chuẩn bảo mật quốc tế thì cần thêm nhiều thời gian. Bởi vì các tổ chức và hệ thống lớn đã có sự ổn định lâu dài thường chần chừ trong việc chuyển đổi sang một thuật toán mới.

Ứng dụng thực tế

Một số lĩnh vực ứng dụng nổi bật của EdDSA có thể kể đến như:

• Bảo mật mạng và Internet: Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của EdDSA là trong các giao thức bảo mật mạng. Ed25519 (biến thể phổ biến nhất của EdDSA) hiện đã được tích hợp vào OpenSSH, công cụ kết nối máy chủ từ xa an toàn mà hầu như lập trình viên nào cũng sử dụng. Khi bạn đăng nhập vào máy chủ qua SSH, Ed25519 cho phép xác thực nhanh chóng, ít tốn tài nguyên hơn so với RSA hay ECDSA. Ngoài ra, EdDSA cũng đã được áp dụng trong TLS 1.3, giao thức mã hóa cho các kết nối HTTPS, giúp cải thiện tốc độ và độ an toàn khi duyệt web.
• Blockchain và crypto: Trong lĩnh vực blockchain, EdDSA được nhiều dự án lựa chọn hơn so với ECDSA vì tốc độ và tính bảo mật cao hơn. Chẳng hạn, Solana, Cardano, Algorand và Polkadot đều sử dụng Ed25519 trong cơ chế ký giao dịch.
• Thiết bị di động và IoT: Các thiết bị di động và IoT thường bị giới hạn về hiệu năng và năng lượng. EdDSA, nhờ có khả năng tính toán nhanh và nhẹ, trở thành lựa chọn lý tưởng để bảo mật giao tiếp trên những thiết bị này. Việc ký và xác minh thông điệp bằng EdDSA tiêu tốn ít năng lượng hơn, giúp tăng tuổi thọ pin và giảm độ trễ trong quá trình trao đổi dữ liệu.
• Danh tính số và chữ ký điện tử: EdDSA cũng được sử dụng trong các hệ thống quản lý danh tính số (DID) và chữ ký điện tử. Với khả năng tạo chữ ký an toàn, dễ xác minh và khó bị giả mạo, EdDSA rất phù hợp để bảo đảm tính toàn vẹn cho tài liệu điện tử hoặc giao dịch số.

So sánh ECDSA và EdDSA

Dưới đây là bảng so sánh giữa 2 thuật toán ECDSA và EdDSA:

FAQ

Ed25519 có phải là EdDSA không?

Đúng. Ed25519 là biến thể phổ biến nhất của EdDSA, xây dựng trên đường cong Curve25519.

EdDSA khác ECDSA ở điểm nào?

Khác biệt lớn nhất giữa 2 thuật toàn này là cách sinh nonce. ECDSA cần số ngẫu nhiên mỗi lần ký, dễ bị lỗi nếu tính ngẫu nhiên kém. EdDSA thì sinh nonce theo cách xác định từ thông điệp và private key nên an toàn và ổn định hơn.

EdDSA có thể thay thế hoàn toàn ECDSA không?

Trong dài hạn có khả năng, nhưng hiện tại thì chưa. Vì ECDSA đã được chuẩn hóa, sử dụng lâu đời và hỗ trợ rộng rãi phần cứng, EdDSA cần thêm thời gian để được sử dụng phổ biến.

Tại sao nhiều blockchain mới chọn EdDSA thay vì ECDSA?

Lý do là EdDSA vừa nhanh, vừa an toàn, lại phù hợp cho khối lượng giao dịch lớn. Trong môi trường blockchain, tốc độ xử lý và tính bảo mật cao là cực kỳ quan trọng nên EdDSA trở thành lựa chọn phù hợp hơn.