Hệ mã hóa đối xứng và ứng dụng trong vấn đề bảo mật tài liệu tại Trung tâm Kỹ thuật tài liệu nghiệp vụ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGUYỄN QUANG TRUNG

HỆ MÃ HÓA ĐỐI XỨNG VÀ ỨNG DỤNG

TRONG VẤN ĐỀ BẢO MẬT TÀI LIỆU

TẠI TRUNG TÂM KỸ THUẬT TÀI LIỆU NGHIỆP VỤ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

THÁI NGUYÊN, 2017

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGUYỄN QUANG TRUNG

HỆ MÃ HÓA ĐỐI XỨNG VÀ ỨNG DỤNG

TRONG VẤN ĐỀ BẢO MẬT TÀI LIỆU

TẠI TRUNG TÂM KỸ THUẬT TÀI LIỆU NGHIỆP VỤ

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60 48 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: TS. VŨ VINH QUANG

THÁI NGUYÊN, 2017

ii

ii

LỜI CAM ĐOAN

Sau quá trình học tập tại Trường Đại học công nghệ thông tin & truyền thông,

với những kiến thức lý thuyết và thực hành đã tích lũy được, với việc vận dụng các kiến

thức vào thực tế, em đã tự nghiên cứu các tài liệu, các công trình nghiên cứu, đồng thời

có sự phân tích, tổng hợp, đúc kết và phát triển để hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình.

Em xin cam đoan luận văn này là công trình do bản thân em tự tìm hiểu, nghiên cứu

và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Vũ Vinh Quang.

Thái Nguyên, tháng 5 năm 2017

Học viên

Nguyễn Quang Trung

iii

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................ii

MỤC LỤC..................................................................................................................... iii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.............................................................v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................................vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.......................................................................................vii

LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................1

CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ AN TOÀN BẢO MẬT THÔNG TIN.2

1.1. Tổng quan về an toàn và bảo mật thông tin .............................................................2

1.1.1. Khái niệm chung ...................................................................................................2

1.1.2. Mục tiêu của an toàn bảo mật thông tin ................................................................3

1.1.3. Các chiến lược an toàn hệ thống ...........................................................................4

1.2. Các kiến thức cơ bản về hệ mật mã..........................................................................5

1.2.1. Khái niệm chung ...................................................................................................5

1.2.2. Các thành phần của một hệ mật mã.......................................................................6

1.2.3. Quy trình mã hóa và giải mã .................................................................................7

1.2.4. Phân loại hệ thống mã hóa ....................................................................................8

1.2.5. Các đặc trưng của hệ thống mã hoá ....................................................................12

1.2.6. Thám mã và tính an toàn của các hệ mã .............................................................13

1.3. Cơ sở toán học về mã hóa ......................................................................................16

1.3.1. Các thuật toán trong Z.........................................................................................17

1.3.2. Thuật toán Euclide...............................................................................................17

1.3.3. Khái niệm về hàm Euler......................................................................................18

1.3.4. Khái niệm về đồng dư thức .................................................................................19

1.3.5. Khái niệm về số nghịch đảo ................................................................................21

1.3.6. Định lý phần dư China CRT (Chinese Remainder Theorem).............................21

1.3.7. Các thuật toán trong Zn .......................................................................................22

1.3.8. Thuật toán............................................................................................................22

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ HỆ MÃ HÓA ĐỐI XỨNG ....................................................23

2.1. Giới thiệu................................................................................................................23

2.2. Quá trình mã hóa và giải mã ..................................................................................25

iv

iv

2.3. Một số hệ mã hóa đối xứng ....................................................................................25

2.3.1. Hệ mã Caesar.......................................................................................................25

2.3.2. Hệ mã mật Hill ....................................................................................................25

2.3.3. Hệ mã Affine .......................................................................................................26

2.3.4. Hệ mã Vigenère...................................................................................................28

2.3.5. Phương pháp mã hóa khối...................................................................................29

2.4. Hệ mã DES.............................................................................................................30

2.4.1. Sơ đồ mã hóa .......................................................................................................30

2.4.2. Thuật toán mã hóa Triple DES............................................................................34

2.4.3. Thuật toán mã hóa AES.......................................................................................36

2.5. Mật mã dòng...........................................................................................................43

CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG.........................................................46

3.1. Vấn đề bảo mật tài liệu tại trung tâm kỹ thuật tài liệu nghiệp vụ ..........................46

3.2. Mô tả dữ liệu thử nghiệm.......................................................................................47

3.3. Môi trường thử nghiệm và một số giao diện..........................................................47

3.3.1. Môi trường thử nghiệm .......................................................................................47

3.4. Kịch bản thử nghiệm và kết quả.............................................................................48

3.4.1. Tốc độ mã hóa theo số lượng dữ liệu ..................................................................48

3.4.2. Tốc độ giải mã theo số lượng dữ liệu..................................................................49

3.4.3. Tốc độ mã hóa theo các chế độ mã hóa...............................................................50

3.4.4. Tốc độ mã hóa theo kích thước khóa ..................................................................51

KẾT LUÂN VÀ HƯ ̣ ỚNG NGHIÊN CỨU...................................................................52

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................53

PHỤ LỤC......................................................................................................................54

v

v

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

STT Viết tắt Đầy đủ Ý nghĩa

1 AES Advanced Encryption

Standard

Chuẩn mã hóa cao cấp

2 BCNN Bội Chung Nhỏ Nhất

CBC Cipher Block

Chaining

Chế độ mã hóa của AES khi mã hóa

sử dụng cả key và kết quả của block

trước làm tham số

3 DES Data Encryption

Standard

Chuẩn mã hóa dữ liệu

ECB Electronic Code

Book

Chế độ mã hóa của AES trong đó các

block được mã hóa riêng rẽ

4 GCD Greatest Common

Divisor

Ước chung lớn nhất

5 MDV Mã Dịch Vòng

6 TDES hoặc

3DES

Triple DES DES bội ba

7 TTP Trusted Third Party Đơn vị thứ ba tin cậy

8 UCLN Ước Chung Lớn Nhất