Tài liệu Các giải thuật mã hóa dữ liệu đối xứng

CHƯƠNG 03 CÁC GIẢI THUẬT MÃ HÓA DỮ LIỆU ĐỐI XỨNG 9/28/2014 ThS.Nguyễn Duy [email protected] Nội Dung 2 [email protected]      Giới thiệu về mật mã học Lịch sử của mật mã học Giải thuật mã hoá cổ điển Giải thuật mã hoá hiện đại Phá mã một hệ thống mật mã 9/28/2014 Nội Dung 3 [email protected]      Giới thiệu về mật mã học Lịch sử của mật mã học Giải thuật mã hoá cổ điển Giải thuật mã hoá hiện đại Phá mã một hệ thống mật mã 9/28/2014 Giới thiệu về mật mã học Giới thiệu 4 [email protected]   Mật mã hoá được sử dụng kể từ cổ đại cho đến tận ngày nay. Hiện nay, các giao dịch tài chính, chuyển khoản, mua sắm hàng hoá, thư từ, tài liệu… được thực hiện nhiều qua môi trường mạng đòi hỏi dữ liệu phải được bảo mật tốt => phải được mã hoá 9/28/2014 Giới thiệu về mật mã học Giới thiệu - tt 5 [email protected]   Mã hóa là một dạng của mật mã. Mã hóa cách thức xáo trộn hay biến thông tin từ dạng có thể đọc được sang dạng không thể đọc được. Ví dụ :  Xáo trộn dữ liệu : 2 ký tự đứng cạnh nhau thì hoán đổi vị trí cho nhau, những ký tự nào lẻ thì giữ nguyên vị trí ABCDEF  BADCFE Biến đổi thông tin : tăng giá trị mỗi ký tự lên 1 đơn vị ABCDEF BCDEFG 9/28/2014 Giới thiệu về mật mã học Mô hình mã hóa đối xứng 6 [email protected] 9/28/2014 Giới thiệu về mật mã học Mô hình hệ thống mật mã đối xứng 7 [email protected] 9/28/2014 Giới thiệu về mật mã học Cryptographic Systems 8 [email protected]  Phụ thuộc vào 3 yếu tố: The type of operations used for transforming plaintext to ciphertext The number of keys used The way in which the plaintext is processed Substitution Symmetric, single-key, secret-key, conventional encryption Block cipher Transposition Asymmetric, two-key, or public-key encryption Stream cipher 9/28/2014 Giới thiệu về mật mã học Các khái niệm cơ bản 9 [email protected]      Plaintext: dữ liệu trước khi mã hóa Ciphertext: dữ liệu sau khi mã hóa Encryption algorithm: thuật toán mã hóa Decryption algorithm: thuật toán giải mã Secret key: khóa được thuật toán mã hóa và thuật toán giải mã sử dụng để mã hóa và giải mã dữ liệu 9/28/2014 Nội Dung 10 [email protected]      Giới thiệu về mật mã học Lịch sử của mật mã học Giải thuật mã hoá cổ điển Giải thuật mã hoá hiện đại Phá mã một hệ thống mật mã 9/28/2014 Lịch sử của mật mã học 11 [email protected]     Mật mã học là ngành có lịch sử hàng ngàn năm. Mật mã học cổ điển với bút và giấy. Mật mã học hiện đại với điện cơ, điện tử, máy tính. Sự phát triển của mật mã học đi liền với sự phát triển của phá mã (thám mã):    Phát hiện ra bức điện Zimmermann khiến Hoa Kỳ tham gia Thế chiến I Việc phá mã thành công hệ thống mật mã của Đức Quốc xã góp phần đẩy nhanh thời điểm kết thúc thế chiến II. Hai sự kiện khiến cho mật mã học ứng dụng rộng rãi:   Sự xuất hiện của tiêu chuẩn mật mã hóa DES. Sự ra đời của các kỹ thuật mật mã hóa khóa công khai. 9/28/2014 Nội Dung 12 [email protected]      Giới thiệu về mật mã học Lịch sử của mật mã học Giải thuật mã hoá cổ điển Giải thuật mã hoá hiện đại Phá mã một hệ thống mật mã 9/28/2014 Giải thuật mã hoá cổ điển Kĩ thuật Substitution 13 [email protected]   Substistution hay còn gọi là mã hóa “thay thế” Những kí tự trong plaintext sẽ được thay thế bằng những kí tự khác, những con số hoặc những kí hiệu. 9/28/2014 Giải thuật mã hoá cổ điển Thuật toán Caesar Cipher 14 [email protected] 9/28/2014 Giải thuật mã hoá cổ điển Thuật toán Caesar Cipher 15 [email protected]  Can define transformation as: a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C  Mathematically give each letter a number a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25  Algorithm can be expressed as: c = E(3, p) = (p + 3) mod (26)   A shift may be of any amount, so that the general Caesar algorithm is: C = E(k , p ) = (p + k ) mod 26 Where k takes on a value in the range 1 to 25; the decryption algorithm is simply: p = D(k , C ) = (C - k ) mod 26 9/28/2014 16 [email protected] 9/28/2014 Giải thuật mã hoá cổ điển Thuật toán Monoalphabetic Cipher 17 [email protected]    Đối với một số nguyên dương d bất kỳ, chia thông báo m thành từng khối có chiều dài d. Rồi lấy một hoán vị h của 1, 2, …, d và áp dụng h vào mỗi khối. Ví dụ: nếu d=5 và h=(4 1 3 2 5), hoán vị (1 2 3 4 5) sẽ được thay thế bằng hoán vị mới (4 1 3 2 5). Ví dụ: ta có thông báo m = JOHN IS A GOOD ACTOR Qua phép mã hoá này m sẽ trở thành chuỗi mật mã c sau: c = NJHO IO S GAOT DCAOR 9/28/2014 Giải thuật mã hoá cổ điển Thuật toán One-time Pad 18 [email protected] e=000 h=001 l=010 d=011 p=100 n=101 a=110 Encryption: Plaintext  Key = Ciphertext Plaintext: Key: h e l p n e e d e d 001 000 010 100 101 000 000 011 000 011 111 101 110 101 111 100 000 101 110 000 110 101 100 001 010 100 000 110 110 011 a n p h l p e a a d Ciphertext: 9/28/2014 Giải thuật mã hoá cổ điển Thuật toán Affine Cipher 19 [email protected]  Mã tuyến tính là mã thay thế có dạng: e(x) = ax + b (mod 26), với a, b  Z26  Nếu a = 1 ta có mã dịch chuyển. Giải mã: Tìm x? y = ax + b (mod 26) ax = y – b (mod 26) x = a-1(y – b) (mod 26). 9/28/2014 Giải thuật mã hoá cổ điển Thuật toán Affine Cipher - tt 20 [email protected]  Ví dụ: y = E(x) = (5x + 8)   a=5 b=8 9/28/2014