Tìm hiểu chuẩn mật mã dữ liệu DES (Data Encryption Standard) và đánh giá độ an toàn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGUYỄN THỊ THỦY

TÌM HIỂU CHUẨN MẬT MÃ DỮ LIỆU DES (DATA

ENCRYPTION STANDARD) VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ AN TOÀN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

THÁI NGUYÊN - 2014

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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGUYỄN THỊ THỦY

TÌM HIỂU CHUẨN MẬT MÃ DỮ LIỆU DES (DATA

ENCRYPTION STANDARD) VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ AN TOÀN

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH

Mã số: 60 48 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HỒ VĂN CANH

THÁI NGUYÊN - 2014

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

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi,

không sao chép của ai do tôi tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng hợp và thực

hiện. Nội dung lý thuyết trong trong luận văn tôi có sử dụng một số tài liệu tham

khảo nhƣ đã trình bày trong phần tài liệu tham khảo. Các số liệu, chƣơng trình phần

mềm và những kết quả trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong bất

kỳ một công trình nào khác.

Thái Nguyên, … tháng …. năm 2014

Học viên thực hiện

Nguyễn Thị Thủy

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

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chƣơng trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận

đƣợc sự hƣớng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trƣờng Đại học

Công nghệ thông tin và Truyền Thông Thái Nguyên.

Trƣớc hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô trƣờng Đại học

Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên, đặc biệt là những thầy cô đã

tận tình dạy bảo cho tôi suốt thời gian học tại trƣờng.

Tôi xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo: TS. Hồ Văn Canh đã

dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hƣớng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn

thành luận văn tốt nghiệp.

Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học Công

nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên cùng quý thầy cô trong khoa Khoa

học máy tính và khoa sau đại học đã tạo điều kiện để tôi học tập và hoàn thành

tốt khoá học.

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt

tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất

mong nhận đƣợc những đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn.

Tôi xin thành cảm ơn !

Thái Nguyên, Ngày ……tháng…… năm 2014

Học viên

Nguyễn Thị Thủy

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

i

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC................................................................................................................... i

DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... ii

DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................ iii

MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BẢO MẬT THÔNG TIN ......................................2

1.1 TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN THÔNG TIN DỮ LIỆU......................................2

1.2 KHÁI NIỆM MẬT MÃ VÀ MẬT THÁM...........................................................3

1.3 MỤC TIÊU VÀ NGUYÊN TẮC CHUNG CỦA AN TOÀN BẢO MẬT

THÔNG TIN ...............................................................................................................3

1.4 PHÂN LOẠI CÁC THUẬT TOÁN MẬT MÃ HỌC...........................................4

1.5 CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ BẢN CỦA BẢN TIN RÕ.............................................5

1.5.1 Tần số:................................................................................................................5

1.5.2. Sự trùng lặp .......................................................................................................6

1.6 TIÊU CHUẨN BẢN RÕ ......................................................................................7

1.7 CÁC BƢỚC CƠ BẢN ĐỂ TIẾN HÀNH THÁM MÃ.........................................8

CHƢƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ CHUẨN MẬT MÃ DỮ LIỆU DES VÀ ĐÁNH GIÁ

ĐỘ AN TOÀN ..........................................................................................................13

2.1 HỆ MÃ DES .......................................................................................................13

2.1.1 Mô tả hệ mật.....................................................................................................13

2.1.2 Mã hoá và giải mã DES ...................................................................................20

2.1.3 Một số ví dụ. ....................................................................................................21

2.2 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP THÁM MÃ DES....................................................25

2.2.1 Thám mã vi sai. ................................................................................................25

2.2.1.1. Thám mã hệ DES – 3 vòng ..........................................................................29

2.2.1.2 Thám mã hệ DES 6-vòng..............................................................................34

2.2.1.3 Các thám mã vi sai khác...............................................................................40

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

2.2.2 Thám mã tuyến tính đối với DES. ...................................................................40

2.2.2.1 Nguyên lý chung của phƣơng pháp thám mã tuyến tính đối với hệ DES.....40

2.2.2.2 Xấp xỉ tuyến tính các hộp nén.......................................................................44

2.2.2.3 Xấp xỉ tuyến tính hệ mã DES........................................................................45

2.2.2.4 Tấn công bản rõ đã biết đối với hệ mã DES .................................................49

2.2.3. Thám mã phi tuyến đối với DES.....................................................................50

2.2.3.1 Thiết lập các quan hệ bậc hai của hộp S .......................................................51

2.2.3.2 Áp dụng vào thám mã phi tuyến ...................................................................51

2.3 ĐÁNH GIÁ ĐỘ AN TOÀN CỦA DES .............................................................53

2.3.1 Các đặc trƣng an toàn cơ bản cả một hệ mã khối ............................................53

2.3.2 Đánh giá chung về độ mật của DES ................................................................53

2.3.3 Ƣu điểm của hệ mật mã DES...........................................................................54

2.3.4 Các điểm yếu của DES.....................................................................................54

2.3.4.1 Tính bù: .........................................................................................................54

2.3.4.2 Khóa yếu .......................................................................................................54

2.3.4.3 DES có cấu trúc đại số ..................................................................................55

2.3.4.4 Không gian khóa K ......................................................................................56

2.4 ĐỀ XUẤT MỘT CÁCH KHẮC PHỤC NHƢỢC ĐIỂM ..................................56

CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN DES .....................................................58

3.1 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN....................................................................................58

3.2 PHẠM VI ỨNG DỤNG......................................................................................58

3.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .....................................................................................58

3.3.1 Thiết kế kiến trúc .............................................................................................58

3.3.2 Thiết kế giao diện.............................................................................................59

KẾT LUẬN...............................................................................................................61

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................62

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

ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 : Bảng tần số đơn tiếng Việt không dấu ......................................................6

Bảng 2.1 Bảng chọn bit.............................................................................................16

Bảng 2.2: Các khóa yếu của DES .............................................................................54

Bảng 2.3 : Các khóa nửa yếu của DES .....................................................................55