Lý thuyết mã hóa và vấn đề xác minh thông tin

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

---------------------------------------

ĐẶNG THỊ NHƢ TRANG

LÝ THUYẾT MÃ HÓA VÀ VẤN ĐỀ XÁC MINH

THÔNG TIN

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Thái Nguyên - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

2

LỜI CAM ĐOAN

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

thông, với những kiến thức lý thuyết và thực hành đã tích lũy đƣợc, 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 dƣới sự hƣớng dẫn của thầy giáo TS. Vũ Vinh Quang.

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2014

Học viên

Đặng Thị Nhƣ Trang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian hai năm của chƣơng trình đào tạo thạc sĩ, trong đó gần một nửa

thời gian dành cho các môn học, thời gian còn lại dành cho việc lựa chọn đề tài, giáo

viên hƣớng dẫn, tập trung vào nghiên cứu, viết, chỉnh sửa và hoàn thiện luận văn. Với

quỹ thời gian nhƣ vậy và với vị trí công việc đang phải đảm nhận, không riêng bản

thân em mà hầu hết các học viên cao học muốn hoàn thành tốt luận văn của mình trƣớc

hết đều phải có sự sắp xếp thời gian hợp lý, có sự tập trung học tập và nghiên cứu với

tinh thần nghiêm túc, nỗ lực hết mình; tiếp đến cần có sự ủng hộ về tinh thần, sự giúp

đỡ về chuyên môn, một trong những điều kiện không thể thiếu quyết định đến việc

thành công của luận văn.

Để hoàn thành đƣợc luận văn này trƣớc tiên em xin gửi lời cảm ơn đến thầy

giáo hƣớng dẫn TS. Vũ Vinh Quang, ngƣời đã có những định hƣớng cho em về nội

dung và hƣớng phát triển của đề tài, ngƣời đã có những đóng góp quý báu cho em về

những vấn đề chuyên môn của luận văn, giúp em tháo gỡ kịp thời những vƣớng mắc

trong quá trình làm luận văn.

Em cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và

Truyền thông cũng nhƣ bạn bè cùng lớp đã có những ý kiến đóng góp bổ sung cho đề

tài luận văn của em. Xin cảm ơn gia đình, ngƣời thân cũng nhƣ đồng nghiệp luôn quan

tâm, ủng hộ hỗ trợ về mặt tinh thần trong suốt thời gian từ khi nhận đề tài đến khi hoàn

thiện luận văn này.

Em xin hứa sẽ cố gắng hơn nữa, tự trau dồi bản thân, tích cực nâng cao năng lực

chuyên môn của mình để sau khi hoàn thành luận văn này sẽ có hƣớng tập trung

nghiên cứu sâu hơn, không ngừng hoàn thiện hơn nữa luận văn của mình để có những

ứng dụng thực tiễn cao trong thực tế.

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2014

Học viên

Đặng Thị Nhƣ Trang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

4

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................................2

LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................................3

MỤC LỤC ..................................................................................................................................4

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.........................................................................................6

DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................................7

DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................................8

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................................9

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ MÃ.....................................................................................13

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÃ HÓA........................................................................... 13

1.1.1. An toàn và bảo mật thông tin ............................................................................... 13

1.1.2. Mục tiêu của an toàn bảo mật thông tin ................................................................ 14

1.1.3. Các chiến lƣợc an toàn hệ thống ........................................................................... 15

1.1.4. An toàn thông tin bằng mật mã ............................................................................. 16

1.1.5. Vai trò của hệ mật mã............................................................................................ 17

1.1.6. Các thành phần của một hệ mật mã....................................................................... 17

1.1.7. Tiêu chuẩn đánh giá hệ mật mã............................................................................. 18

1.2. CƠ SỞ TOÁN HỌC...................................................................................................... 19

1.2.1. Cơ sở toán học....................................................................................................... 19

1.2.2. Số nguyên tố và phân tích thành thừa số............................................................... 20

1.2.3. Phép mũ hóa và khai căn modul............................................................................ 23

1.3. MẬT MÃ HỌC VÀ MẬT MÃ KHÓA CÔNG KHAI RSA ........................................ 24

1.3.1. Mã hóa dữ liệu....................................................................................................... 24

1.3.2. Ứng dụng của mã hóa............................................................................................ 25

1.3.3. Phân loại mã hóa ................................................................................................... 25

1.3.4. Ƣu khuyết điểm của hai phƣơng pháp................................................................... 28

1.3.5. Hệ mã RSA (R.Rivest, A.Shamir, L.Adleman)..................................................... 30

1.3.6. Một số vấn đề về khóa của RSA ........................................................................... 34

1.3.7. Module trong hệ thống RSA.................................................................................. 40

1.3.8. Tốc độ của RSA..................................................................................................... 42

1.3.9. Vấn đề tìm văn bản bằng RSA .............................................................................. 43

1.3.10. Vấn đề sử dụng RSA hiện nay ............................................................................ 43

1.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1.............................................................................................. 44

Chƣơng 2. CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ................................................................................................45

2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................... 45

2.1.1. Vấn đề xác thực ..................................................................................................... 45

2.1.2. Vấn đề chữ ký số ................................................................................................... 46

2.2. HÀM BĂM MẬT MÃ .................................................................................................. 47

2.2.1. Định nghĩa ............................................................................................................. 47

2.2.2. Phân loại ................................................................................................................ 48

2.2.3 Cấu trúc cơ bản của thuật toán băm ....................................................................... 48

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

5

2.2.4. Hàm băm MD5...................................................................................................... 49

2.2.5. Hàm băm SHA-1 ................................................................................................... 50

2.3. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ................................... 50

2.3.1. Khái niệm: ............................................................................................................. 50

2.3.2. Các bƣớc tạo và kiểm tra chữ ký điện tử............................................................... 51

2.3.3. Vị trí, vai trò của chữ ký số ................................................................................... 51

2.3.4. Phân loại chữ ký số................................................................................................ 52

2.3.5. Sơ đồ chữ ký số ..................................................................................................... 53

2.3.6. Sơ đồ chữ ký RSA................................................................................................. 54

2.3.7. Lƣợc đồ chữ ký số ................................................................................................. 55

2.3.8. Yêu cầu chữ ký số ................................................................................................. 56

2.3.9. Đặc điểm của chữ ký số......................................................................................... 56

2.3.10. Tấn công chữ ký số.............................................................................................. 57

2.3.11. So sánh chữ ký thông thƣờng và chữ ký số......................................................... 58

2.3.12. Độ an toàn của chữ ký RSA ................................................................................ 59

2.4. MÔ HÌNH CHỮ KÝ SỐ DỰA TRÊN RSA................................................................. 60

2.4.1. Quá trình ký và gửi các tệp văn bản ...................................................................... 60

2.4.2. Quá trình nhận các tệp văn bản ............................................................................. 61

2.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2.............................................................................................. 62

Chƣơng 3. MỘT SỐ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ .......................63

3.1. MÔ HÌNH BÀI TOÁN THỰC TẾ ............................................................................... 63

3.1.1. Một vài nét về tổ chức của cơ quan....................................................................... 63

3.1.2. Vấn đề ứng dụng công nghệ thông tin hiện nay.................................................... 64

3.1.3. Vấn đề lƣu trữ văn bản .......................................................................................... 66

3.1.4. Vấn đề bảo mật văn bản ........................................................................................ 68

3.2. ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN BẢO MẬT ......................................................................... 73

3.2.1. Các module............................................................................................................ 77

3.2.2. Cấu hình hệ thống.................................................................................................. 78

3.2.3. Quy trình thực hiện ký văn bản khi gửi có xác thực. ............................................ 79

3.3. MỘT SỐ HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH CHỮ KÝ SỐ...................... 79

3.3.1. Giao diện chính...................................................................................................... 79

3.3.2. Giao diện chƣơng trình nhập khóa cho thuật toán RSA........................................ 80

3.3.3. Giao diện chƣơng trình thuật toán RSA ................................................................ 80

3.3.4. Giao diện chƣơng trình chữ ký (phần ký kiểm tra chữ ký) ................................... 82

3.4. MỘT SỐ ĐÁNH GIÁ KHI THỬ NGHIỆM TẠI CƠ SỞ THỰC TẾ .......................... 83

3.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3.............................................................................................. 83

KẾT LUẬN...............................................................................................................................84

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................85

PHỤ LỤC .................................................................................................................................86

Phụ lục 1: Tạo cặp khóa bí mật – công khai.................................................................... 86

Phụ lục 2: Tạo chữ ký số ................................................................................................. 87

Phụ lục 3: Xác thực chữ ký số......................................................................................... 91

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

6

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

RSA R.Rivest A.Shamir L.Adleman

DES Data Encrypt Standar

MAC Media Access Control

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

7

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Các ƣu khuyết điểm của hệ thống khóa bí mật 20

Các ƣu khuyết điểm của hệ thống mã hóa khóa công khai 21

Chiều dài khóa công khai 27

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

8

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Mã hoá với khóa mã và khóa giải giống nhau 10

Hinh 1.2. Quy trình mã hóa dữ liệu 16

Hình 1.3. Sơ đồ mã hóa và giải mã 17

Hình 1.4. Sơ đồ mã hóa và giải mã bằng khóa riêng 19

Hình 1.5. Sơ đồ mã hóa và giải mã bằng khóa công khai 20

Hình 1.6. Kiểm tra khóa 30

Hình 1.7. Hình thức kiểm tra khóa bảo mật 30

Hình 1.8. Bảo mật tại nơi ra và nơi nhận vào của hai ngƣời sử dụng 31

Hình 1.9. Bảo mật tại nơi ra của ngƣời gửi và tại nơi nhận trƣớc khi vào hệ

thống của ngƣời nhận.

31

Hình 1.10. Kết hợp bảo mật tại các máy chủ 32

Hình 2.1. Tổng quan về chữ ký số 38

Hình 2.2. Minh họa chữ ký số của bên gửi cho thông báo M 42

Hình 2.3. Sơ đồ chữ ký số 45

Hình 2.4. Ký văn bản 53

Hình 2.5. Xác thực chữ ký 54

Hình 3.1. Sơ đồ chƣơng trình chữ ký số 70

Hình 3.2. Quy trình thực hiện ký văn bản khi gửi có xác thực 71

Hình 3.3. Giao diện chính 71

Hình 3.4. Giao diện chƣơng trình nhập khóa cho thuật toán RSA 72

Hình 3.5. Giao diện chƣơng trình thuật toán RSA 72

Hình 3.6. Giao diện chƣơng trình chữ ký (phần ký văn bản) 73

Hình 3.7. Giao diện chƣơng trình chữ ký (phần ký kiểm tra chữ ký) 74

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

9

MỞ ĐẦU

1. Lý do lựa chọn đề tài

Văn bản là phƣơng tiện lƣu giữ và truyền đạt thông tin bằng ngôn ngữ hay ký

hiệu nhất định. Ở Việt Nam, Theo thống kê của Bộ Công thƣơng, trong năm 2012 cả

nƣớc có tới 2,9 triệu tấn giấy đã đƣợc tiêu thụ. Điều này cho thấy văn bản, tài liệu bằng

giấy vẫn tiếp tục là một phƣơng tiện quan trọng trong mọi hoạt động kinh doanh và

nghiệp vụ. Tuy nhiên, đây cũng là thách thức về vấn đề lƣu trữ và quản lý, khai thác,

sử dụng thông tin đối với các cơ quan, doanh nghiệp Việt Nam, nhất là trong thời kỳ

bùng nổ công nghệ thông tin.

Trong khi tại Việt Nam, một số giải pháp phần mềm đang đƣợc phát triển và

triển khai liên quan đến công tác văn bản, lƣu trữ tài liệu nhƣ dịch vụ số hóa dữ liệu,

các phần mềm quản lý văn bản, công văn…nhằm giải quyết hiệu quả trong việc số hóa

văn bản giấy, giải toả các tủ hồ sơ lƣu trữ với hàng chồng văn bản có nguy cơ bị hƣ hại

theo thời gian; thì hiện nay trên thế giới đã đƣợc áp dụng rộng rãi tại những nƣớc phát

triển nhƣ Mỹ, Nhật… Chúng đƣợc sử dụng trong nhiều tổ chức Chính Phủ, bao gồm

các chi nhánh của Chính Phủ Mỹ, những tập đoàn chính yếu, những thƣ viện quốc tế

và các trƣờng Đại học. Nhiều nƣớc không chỉ triển khai chữ ký số trên mạng máy tính

mà còn áp dụng trên mạng điện thoại di động để thực hiện các giao dịch điện tử.

Hầu nhƣ các hoạt động, giao dịch đều đƣợc sử dụng qua mạng máy tính và văn

bản không nằm ngoài sự phát triển chung đó. Tuy nhiên, các văn bản khi giao dịch trao

đổi trên mạng có nguy cơ bị thay đổi, sao chép hoặc mất mát dữ liệu trong các ứng

dụng luôn là vấn đề gây bức xúc đƣợc nhiều ngƣời quan tâm.

Trong bối cảnh hiện tại, mọi hệ thống thông tin điện tử đều phải đƣơng đầu với

bài toán đảm bảo an toàn và bảo mật. Trong đó, an toàn thông tin bằng mật mã có vai

trò rất quan trọng và đƣợc ứng dụng rộng khắp. Nắm bắt đƣợc thông tin nhiều khi

mang ý nghĩa quyết định, sống còn đặc biệt trong các lĩnh vực: kinh tế, chính trị, an