Tài liệu Bài giảng an toàn bảo mật hệ thống thông tin chương 3 - gv. nguyễn minh thành

Chương 3 : BẢO MẬT THÔNG TIN BẰNG MÃ HOÁ Giảng viên : Nguyễn Minh Thành E-mail : [email protected] Mục Lục Tổng quan về mã hoá II. Bảo vệ dữ liệu bằng phương pháp mã hoá III. Một số phương pháp mã hoá cổ điển I. 1. 2. 3. 4. 5. Mã hoá Ceasar Mã hoá Viignere Mã hóa Trithemius Mã hóa Belasco Kỹ thuật chuyển vị IV. Vai trò và các ứng dụng của mật mã trong thời đại hiện nay 2 I. Tổng quan về mã hoá  Mã hóa (Cryptography) là biến đổi dữ liệu thành một dạng không thể đọc được bình thường, cần có chìa khóa (key) và phương pháp mã hóa để có thể giải được mã.  Việc mã hóa đảm bảo  Tính bí mật (Confidentiality)  Tính toàn vẹn (Integrity)  Tính cá nhân (Privacy) 3 I. Tổng quan về mã hoá (tt)  Một hệ mã hoá (cryptosystem) phải bao gồm 5 thành phần (E, D, M, K, C) trong đó : 4  M là tập các bản rõ (plaintext)  C là tập các bản mã (ciphertexts) tương ứng  K là tập các khoá dùng để mã hoá  E là tập các hàm (phương thức) mã hoá  D là tập các hàm (phương thức) giải mã I. Tổng quan về mã hoá (tt)  Khi bảo về dữ liệu bằng mã hoá, người ta giả định rằng  Giải thuật mã hoá và giả mã có thể được biết  Bản mã có thể được biết (bị đọc trộm)  Nhưng khoá và bản rõ sẽ được giữ bí mật  Các tấn công có thể có :  Tấn công vào bản mã để tìm bản rõ.  Tấn công vào bản rõ và bản mã để tìm khoá.  Một hệ mã hoá hoàn hảo là phải chống được các tấn 5 công trên. II. Các Nguyên Tắc Cơ Bản Trong Bảo Mật Dữ Liệu  Nguyên tắc cơ bản cho việc bảo mật dữ liệu chính: chi phí và thời gian.  Alice cần thông tin quan trọng cần truyền cho Bob; Malice là đối thủ cạnh tranh cần biết được nội dung của thông tin giữa Alice và Bob. Malice tìm cách lấy thông tin trong lúc A đang truyền cho B. Nếu A và B không có phương pháp bảo vệ thông tin thì M sẽ lấy được. Nếu A và B có phương pháp bảo mật thì cho dù M có lấy được thông tin cũng 6 không biết được nội dung. II. Các Nguyên Tắc Cơ Bản Trong Bảo Mật Dữ Liệu (tt)  Khi A và B trao đổi thông tin thực hiện phương pháp bảo mật và M vẫn là người muốn có được thông tin. Bằng cách nào đó M đã thu được những gì mà A và B đã trao đổi và tiến hành giải mã. Lúc này giá trị của thuật toán mới thấy được thông qua chi phí và thời gian để thực hiện giải mã. 7 II. Các Nguyên Tắc Cơ Bản Trong Bảo Mật Dữ Liệu (tt)  Nếu trị thông tin: 5 mà chi phí thực hiện bẻ khóa: 10 thì việc bảo mật có thể được xem là đạt yêu cầu.  Thời gian bỏ ra để thực hiện việc giải mã. Trong thông tin A hẹn B là sẽ thực hiện kế hoạch sau khi nhận được thông tin là 1 ngày, trong khi đó thì M phải tốn 2 ngày mới có thể giải mã xong. 8 III. Bảo Vệ Dữ Liệu Bằng Mã Hoá Mã Hoá  9 Sơ đồ một hệ thống mã hoá đơn giản III. Bảo Vệ Dữ Liệu Bằng Mã Hoá Mã Hoá (tt)  Sau đó văn bản mã hóa được truyền trên đường truyền. Ở đầu thu, văn bản mã hóa được biến đổi ngược lại nhờ thuật toán giải mã với các giá trị của từ khóa đã được sử dụng trong thuật toán mã hoá.  Có nhiều phương pháp mã hóa khác nhau: đối xứng, bất đối xứng,.. (sẽ được học ở chương 3). 10 IV. Một Số Phương Pháp Mã Hoá Cổ Điển  Trước khi máy tính ra đời, người ta đã có những thuật toán mã hoá.  Nhữg thuật toán này đơn giản, thường là thuật tóan dựa trên ký tự, những thuật toán này khác nhau ở chỗ thay đổi (substitution) ký tự này bằng ký tự khác hay hoán vị (transposition) ký tự này với ký tự khác.  Thuật toán tốt hơn có thể chứa cả hai loại trên. 11 IV.1 Mã Hoá Ceasar  Mô tả: Julius Ceasar phát hiện ra bộ mã này, bộ mã hóa đầu tiên sử dụng kỹ thuật thay thế đơn giản, xuất hiện cách đây khoảng 2000 năm. Mã Ceasar mã hóa văn bản gốc bằng cách thay thế mỗi ký tự trong văn bản gốc bằng ký tự đứng liền thứ 3 sau nó trong mẫu tự alphabet.  Mẫu tự Alphabet: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ 12 IV.1 Mã Hoá Ceasar  Ví dụ: 13  Văn bản gốc: ‘Hello word’  Văn bản mã hóa: ‘Khoor zrug’ IV.1 Mã Hoá Ceasar  Nếu ta định nghĩa có tính toán học thì thuật toán mã hóa có thể biểu diễn như sau: C= E(p)=(p+3)mod(26)  14 Trong đó:  C: ký tự được mã hóa  E(p): hàm của thuật toán mã hóa  p: ký tự gốc(p=0..25) IV.1 Mã Hoá Ceasar  Phương trình mô tả thuật toán giải mã: C= E(p)=(p-3)mod(26)  Phương trình tổng quát: C= E(p)=(p+k)mod(26)  Phương trình mô tả thuật toán giải mã: D= D(c)=(c-k)mod(26)  Trong đó: k là khóa bí mật 15 IV.2 Mã Hoá Vigenère  Mô tả: Thuật toán này dựa trên ý tưởng của Ceasar được nhà mật mã học người Pháp (Blaise de Vigenère) đưa ra, thay vì mỗi chữ cái sẽ được dịch đi 3 vị trí như trong mã Ceasar thì ở đây việc dịch chuyển của các chữ cái được điều khiển bởi một khóa và chữ cái trong văn bản gốc. Số thứ tự của chữ cái mã bằng tổng số thứ tự của chữ cái trong khóa và chữ cái trong văn bản gốc. 16 IV.2 Mã Hoá Vigenère  Ví dụ: Với khóa ABC thì quá trình mã hóa như sau 17 IV.3 Mã Hoá Trithemius  Mô tả: Kỹ thuật này được mã bằng cách dùng một bảng 26 chữ cái như sau: chữ cái đầu tiên của thông điệp gốc được mã hóa bằng hàng thứ nhất, chữ cái thứ hai được mã hóa thành hàng thứ hai.. và điều này được lặp vòng. 18 IV.3 Mã Hoá Trithemius 19 IV.3 Mã Hoá Trithemius  Ví dụ: 20  Thông điệp gốc là HAPPY  Sẽ được mã hóa thành HBRSC.