Các giải thuật không đối xứng giải quyết vấn đề chính xảy ra đối xới các hệ thống khóa đối xứng (chỉ sử dụng một khóa). Năm 1975, Whitfield Diffie và Martin Hellman đã phát triển một giải pháp trong đó hai khóa liên quan với nhau được sử dụng: một được sử dụng để mật mã hóa và một kháo khác được sử dụng để giải mật mã. Khóa thứ nhất được gọi là khóa công khai, còn khóa thứ hai còn gọi là khóa riêng. Khóa thứ nhất được phân phối rộng rãi trên các đường không an ninh cho mục đích sử dụng công khai. Khóa thứ hai không bao giờ được truyền trên mạng và nó chỉ được sử dụng bởi phía đối tác cần giải mật mã số liệu. Hai khóa này liên hệ với nhau một cách phức tạp bằng cách sử dụng rất nhiều số nguyên tố và các hàm một chiều. Kỹ thuật này dẫn đến không thể tính toán được khóa riêng dựa trên khóa công khai. Khóa càng dài thì càng khó phá vỡ hệ thống. Các hệ thống khóa 64 bit như DES có thể bị tấn công không suy nghĩ, nghĩa là tìm từng tổ hợp khóa đơn cho đến khi tìm được khóa đụng. Các hệ thống 128 phổ biến hơn (chẳng hạn ECC: Elliptic Curve Cryptography) đã được chứng minh rằng không thể tấn công không suy nghĩ được.
Trong mật mã khóa công khai có hai khóa được sử dụng. Một khóa công khai và một khóa riêng đồng thời được tạo lập bằng cùng một giải thuật (giải thuật thông dụng là RSA). Người sử dụng giữ khóa riêng của mình nhưng đưa ra khóa công khai cho mọi người. Khóa riêng không bao giờ được chia sẻ với một người khác hoặc truyền trên mạng. Có thể sử dụng khóa công khai để mật mã hóa số liệu nhưng biết về khóa này cũng không thể giải mã số liệu này vì cần phải biết khóa riêng. Sở dĩ như vậy vì các phép toán được sử dụng trong kiểu mật mã này không đối xứng. Nếu người sử dụng A muốn gửi số
liệu được bảo vệ đến người sử dụng B, người sử dụng A sử dụng khóa công khai của người sử dụng B để mật mã hóa số liệu và yên tâm rằng chỉ có người sử dụng B là có thể đọc được số liệu này.
Thông thường phương pháp mật mã này chỉ được sử dụng để phân phối một khóa bí mật dùng chung để mật mã phần còn lại của phiên thông tin bằng một hệ thống đối xứng thông thường nhờ DES là một hệ thống cho phép mật mã hóa nhanh hơn đối với các khối số liệu lớn.
Các kỹ thuật mật mã khóa riêng và công khai là các công cụ chính để giải quyết các vấn đề an ninh, tuy nhiên chúng không phải là các giải pháp đầy đủ. Cần nhận thực để chứng minh rằng nhận dạng là của các người sử dụng chân thật. Các phần dưới đây sẽ xét cách có thể sử dụng mật mã để giải quyết một số vấn đề an ninh cơ sở.
Cũng có thể mật mã bản tin bằng khóa riêng và giải mã bằng khóa công khai, nhưng để cho mục địch khác. Cách này có thể sử dụng cho các số liệu không nhạy cảm để chứng minh rằng phía mật mã hóa đã thực sự truy nhập vào khóa riêng.