Nghiên cứu về mã hóa tốc độ cao ứng dụng cho các mạng cảm biến không dây

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KEOTHAVIXAY SOMNEUK

NGHIÊN CỨU VỀ MÃ HÓA TỐC ĐỘ CAO ỨNG DỤNG

CHO CÁC MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH

THÁI NGUYÊN - 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KEOTHAVIXAY SOMNEUK

NGHIÊN CỨU VỀ MÃ HÓA TỐC ĐỘ CAO ỨNG DỤNG

CHO CÁC MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH

Mã số: 84 80 101

Người hướng dẫn khoa học: TS. Đỗ Thị Bắc

THÁI NGUYÊN - 2020

I

LỜI CÁM ƠN

Trước tiên tôi bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô giáo đã giảng

dạy, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu hoàn thành

luận văn này.

Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo TS. Đỗ Thị Bắc đã tận

tình hướng dẫn, giúp đỡ và đóng góp cho tôi nhiều ý kiến quý báu để hoàn thành

luận văn này.

Xin trân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trường đại học công nghệ thông

tin và truyền thông, đặc biệt là các thầy cô trong khoa công nghệ thông tin đã

giảng dạy, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập tại

trường.

Cuối cùng, xin trân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, quan

tâm, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa học và luận văn.

Thái Nguyên, Năm 2020

Học viên

KEOTHAVIXAY Somneuk

II

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan luận văn này là do bản thân tự nghiên cứu và thực

hiện theo sự hướng dẫn khoa học của TS. Đỗ Thị Bắc

Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính pháp lý quá trình nghiên

cứu khoa học của luận văn này.

Thái Nguyên, Năm 2020

Học viên

KEOTHAVIXAY Somneuk

III

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................I

LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................II

MỤC LỤC ...................................................................................................................III

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU............................................................................... VI

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................................VII

MỞ ĐẦU................................................................................................................. VIII

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẬT MÃ VÀ MÃ KHỐI......................................1

1.1 Giới thiệu...............................................................................................................1

1.2 Bảo vệ thông tin trong quá trình truyền trên mạng...............................................1

1.2.1. Các loại hình tấn công ..................................................................................1

1.2.2 Yêu cầu của một hệ truyền thông tin an toàn và bảo mật..............................4

1.3 Vai trò của mật mã trong việc bảo mật thông tin trên mạng.................................5

1.4 Mã khối .................................................................................................................6

1.4.1 Khái niệm.......................................................................................................6

1.4.2 Phương pháp thiết kế mật mã khối ................................................................6

1.4.3 Tấn công mật mã khối .................................................................................11

1.4.4 Các phương thức hoạt động của mật mã khối. ............................................12

1.5 Tiểu luận chương 1 .............................................................................................17

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ MÃ KHỐI TRÊN CSPN ........................18

2.1. Nguyên lý thiết kế CSPN ...................................................................................18

2.1.1. Lớp phần tử nguyên thủy mật mã điều khiển được ....................................18

2.1.2. Cấu trúc CSPN............................................................................................22

2.2. Nguyên lý thiết kế thuật toán mật mã trên FPGA..............................................24

2.2.1 Chiến lược thiết kế.......................................................................................24

2.2.2. Cấu trúc thiết kế..........................................................................................24

2.2.3. Các thông số và mô hình đánh giá..............................................................25

2.3. Nguyên lý đánh giá độ an toàn của các thuật toán.............................................27

2.3.1. Đánh giá đặc trưng thống kê theo tiêu chuẩn NESSIE...............................27

2.3.2. Đánh giá độ an toàn theo đặc trưng vi sai ..................................................30

2.4 Nguyên lý đánh giá hiệu quả tích hợp trên FPGA..............................................31

IV

2.4.1 Lưu lượng thông tin .....................................................................................31

2.4.2. Diện tích (Area) ..........................................................................................31

2.4.3 Lưu lượng/diện tích .....................................................................................32

2.5. Tiểu luận chương 2 ............................................................................................32

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

KẾT QUẢ.....................................................................................................................33

3.1 Mạng cảm biến không dây ..................................................................................33

3.1.1 Định nghĩa của mạng cảm biến không dây..................................................33

3.1.2 Cấu trúc của mạng cảm biến không dây......................................................33

3.1.3 Đặc điểm của mạng cảm biến không dây ....................................................34

3.2 Mô tả thuật toán mô phỏng .................................................................................35

3.2.1 Cấu trúc của các phần từ điều khiển được sử dụng .....................................36

3.2.2 Thuật toán mã khối BM-64..........................................................................39

3.3 Đánh giá độ an toàn của BM-64 .........................................................................42

3.3.1 Đánh giá về đặc trưng thống kê của BM-64 theo chuẩn NESSIE...............42

3.3.2 Đánh giá về thám mã vi sai..........................................................................43

3.4. Cài đặt mô phỏng và đánh giá hiệu quả tích hợp của thuật toán .......................46

3.4.1 Công cụ cài đặt mô phỏng ...........................................................................46

3.4.2 Kết quả đánh giá và so sánh hiệu suất trên FPGA.......................................48

3.4.2.1 Minh họa một số giao diện mô phỏng trền FPGA: .................................48

3.4.2.2 Kết quả đánh giá......................................................................................53

KẾT LUẬN ..................................................................................................................54

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................55