nghiên cứu và xây dựng một hệ thống gánnhãn thời gian

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Sỹ Tuấn NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MỘT HỆ THỐNG GÁN NHÃN THỜI GIAN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành : Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Sỹ Tuấn NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MỘT HỆ THỐNG GÁN NHÃN THỜI GIAN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành : Công nghệ thông tin Cán bộ hƣớng dẫn: PGS. TS Hồ Sĩ Đàm Cán bộ đồng hƣớng dẫn: TS Lê Đức Phong HÀ NỘI - 2010 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS Hồ Sĩ Đàm và TS Lê Đức Phong, những người đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em hoàn thành khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Mạng và truyền thông máy tính, trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài. Cuối cùng, em xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động viên em hoàn thành khóa luận. Sinh viên Nguyễn Sỹ Tuấn TÓM TẮT KHÓA LUẬN Gán nhãn thời gian cho phép chúng ta chứng minh được sự tồn tại của một tài liệu tại một thời điểm cụ thể nào đó trong quá khứ. Dịch vụ này rất quan trọng trong nhiều ứng dụng: chứng minh tính không thể phủ nhận của chữ ký số, chứng minh sự tồn tại trước hay sau của các phát minh khoa học, xác nhận thời điểm của các giao dịch điện tử, …. Một cách đơn giản cho phép ta xác địch thời điểm tồn tại của tài liệu là thêm 1 dòng ngày tháng vào trong tài liệu điện tử bằng 1 phần mềm xử lý văn bản. Tuy nhiên, phương pháp này không an toàn, chúng ta có thể dễ dàng xóa hay thay đổi ngày tháng này. Khóa luận khảo cứu một giao thức gán nhãn thời gian an toàn cho phép người dùng gán thời gian vào tài liệu đồng thời cho phép chứng minh tính đúng đắn của mốc thời gian đó mà không cần yêu cầu một bên ủy quyền thứ ba. Hệ thống gán nhãn thời gian dựa trên giao thức liên kết đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu nêu trên. Giao thức hoạt động bằng việc liên kết các nhãn thời gian đã được cấp lại với nhau, mỗi nhãn thời gian đều chứa thông tin về các nhãn khác. Điều đó làm giảm việc phải tin tưởng hoàn toàn vào server cấp nhãn như trong các hệ thống đơn giản và như vậy hệ thống sẽ bảo mật hơn. MỤC LỤC MỜ ĐẦU 1 Chƣơng 1. HỆ THỐNG GÁN NHÃN THỜI GIAN 2 1.1 Giới thiệu hệ thống gán nhãn thời gian 2 1.1.1 Gán nhãn thời gian là gì? 2 1.1.2 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống gán nhãn thời gian 2 1.1.3 Phân loại 2 1.1.4 Các công nghệ dùng trong hệ thống 3 1.2 Các công nghệ sử dụng trong hệ thống gán nhãn thời gian 4 1.2.1 Hàm băm mật mã học – cryptographic hash function 4 1.2.1.1 Định nghĩa hàm băm 4 1.2.1.2 Định nghĩa hàm băm mật mã học – cryptographic hash function 4 1.2.1.3 Tính chất hay yêu cầu đối với hàm băm mật mã 4 1.2.1.4 Giới thiệu về các hàm băm chuyên dụng trong lớp MDx 4 1.2.1.5 Giải thuật MD5 5 1.2.1.6 Mô tả giải thuật SHA-1 7 1.2.1.7 So sánh các hàm băm MD5 và SHA-1 trong lớp MDx 9 1.2.2 Từ điển xác thực - Authenticated Dictionary 9 1.2.2.1 Giới thiệu 9 1.2.2.2 Mục tiêu của thiết kế 10 1.2.2.3 Từ điển xác thực sử dụng Merkle tree 10 1.2.2.3.1 Định nghĩa Merkle tree 10 1.2.2.3.2 Đường dẫn xác thực 11 1.2.2.3.3 Giải thuật tạo cây 11 1.2.2.3.4 Sử dụng Merkle tree trong hệ thống gán nhãn 12 1.2.2.4 Từ điển xác thực sử dụng SkipList 14 1.2.2.4.1 SkipList 14 1.2.2.4.2 Sử dụng skiplist trong hệ thống gán nhãn 17 1.2.3 Chữ ký số - Digital signature 17 1.2.3.1 Định nghĩa 17 1.2.3.2 Giải thuật chữ ký số 18 1.2.4 Nguồn thời gian – Time Source 20 Chƣơng 2. MỘT VÀI HỆ THỐNG GÁN NHÃN THỜI GIAN 21 2.1 Hệ thống trên lý thuyết 21 2.1.1 Hệ thống đơn giản 21 2.1.2 Hệ thống dựa trên giao thức liên kết 22 2.1.3 Bảo mật của hệ thống liên kết 26 2.2 Hệ thống trên thực tế 27 2.2.1 Hệ thống Electronic TimeStamping (e-TS) 27 2.2.2 Hệ thống Surety 28 Chƣơng 3. HỆ THỐNG GÁN NHÃN DỰA TRÊN GIAO THỨC LIÊN KẾT 30 3.1 Mô tả hệ thống cài đặt 30 3.1.1 Quá trình gán nhãn 30 3.1.2 Quá trình xác thực 31 3.1.2.1 Khi chưa kết thúc vòng 31 3.1.2.2 Sau khi kết thúc vòng 32 3.1.3 Server thực thi theo vòng 32 3.1.4 Định dạng XML sử dụng trong hệ thống cài đặt 34 3.2. Kết quả đạt được và đánh giá 35 3.2.1 Kết quả đạt được 35 3.2.2 Đánh giá 36 3.2.3 Hướng nghiên cứu 36 KẾT LUẬN 37 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1 Lịch sử của MDx-class 5 Hình 2 Thực thi bước của MD5 6 Hình 3 Thực thi bước của SHA-1 8 Hình 4 Từ điển xác thực 10 Hình 5 Cây merkle với 8 node lá 11 Hình 6 Merkle tree của các tài liệu cùng nhãn thời gian 13 Hình 7 Chuỗi các giá trị băm được kết nối với nhau 13 Hình 8 Cây Merkle tổng hợp giá trị AHV 14 Hình 9 Ví dụ Skiplist 15 Hình 10 Tìm kiếm giá trị 39 trong skiplist 16 Hình 11 Quá trình ký và xác thực chữ ký số 19 Hình 12 Sử dụng chữ ký số trong hệ thống e-timestamp 20 Hình 13 Hoạt động của hệ thống gán nhãn đơn giản 21 Hình 14 Cây Merkle với 7 yêu cầu được gửi 23 Hình 15 Giá trị các vòng được liên kết với nhau 23 Hình 16 Thực thi hệ thống dựa trên giao thức liên kết 24 Hình 17 Hệ thống e-TS 27 Hình 18 Giao diện của client khi gán nhãn 30 Hình 19 Giao diện của client khi xác thực 31 Hình 20 Proof record 32 Hình 21 Cây Merkle và đường dẫn xác thực 33 Hình 22 Witness Record 34 Hình 23 Các giá trị của vòng được công bố 36 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TSA TimeStamping Authority MD5 Message Digest 5 SHA Secure Hash Algorithm 1 MỜ ĐẦU Ngày nay trong thế giới của truyền thông kỹ thuật số, các dạng văn bản, âm thanh, tranh ảnh và tài liệu hình trở nên hết sức phổ biến. Vấn đề nảy sinh là làm thế nào để chứng thực một văn bản được tạo ra hoặc được sửa đổi gần nhất khi nào. Ví dụ như trong vấn đề sở hữu trí tuệ, việc xác thực thời gian của một phát minh lần đầu tiên được công nhận là rất quan trọng, mục đích là để được ưu tiên hơn trong việc cấp bằng sở hữu khi có tranh chấp xảy ra. Thêm một ví dụ nữa về sự cần thiết của việc chứng thực ngày tạo văn bản, đó là việc tạo di chúc, việc lưu di chúc bằng văn bản kỹ thuật số được thực hiện hết sức dễ dàng nhưng để chứng minh thời gian nó được tạo ra lại hết sức khó khăn. Khi có tranh chấp xảy ra, có thể có nhiều bản di chúc khác nhau nhưng việc chứng minh được bản di chúc được tạo ra cuối cùng rất khó khăn. Có khá nhiều vấn đề liên quan đến thời gian tạo tài liệu kỹ thuật số vì các tài liệu này không dễ để gán nhãn, và sự thay đổi của nó không có tín hiệu vật lý nào báo hiệu. Chính vì vậy việc xây dựng một hệ thống gán nhãn thời gian là rất cần thiết, nó giúp cho ta chứng minh được một văn bản tồn tại ở một thời điểm. Có ba thiết kế của các hệ thống gán nhãn được sử dụng phổ biến trên thế giới; đó là hệ thống đơn giản, hệ thống dựa trên giao thức liên kết và hệ thống phân tán. Khóa luận lựa chọn thiết kế hệ thống dựa trên giao thức liên kết do những ưu điểm của nó. Khóa luận này trình bày về hệ thống gán nhãn thời gian một cách chính xác, cụ thể, tổng quan nhất. Dựa trên cơ sở lý thuyết đã tìm hiểu được, tác giả đã đưa ra thiết kế và xây dựng một hệ thống gán nhãn thời gian dựa trên giao thức liên kết. Khóa luận được chia làm ba phần chính. Phần đầu gồm chương 1, 2 giới thiệu về gán nhãn thời gian. Chương 1 giới thiệu tổng quan về gán nhãn thời gian, về các công nghệ sử dụng trong hệ thống gán nhãn, cách thức chúng được sử dụng như thế nào trong các hệ thống. Chương 2 nói về các hệ thống gán nhãn trên lý thuyết và trong thực tế. Phần thứ hai giới thiệu về thiết kế của hệ thống gán nhãn thời gian được xây dựng dựa trên giao thức liên kết. Phần này gồm chương 3, trình bày về việc triển khai hệ thống gán nhãn sử dụng các kỹ thuật được đề cập ở phần đầu, kết quả đạt được, đánh giá cũng như hướng nghiên cứu trong tương lại. Phần thứ ba là kết luận. Cuối cùng là các tài liệu tham khảo. [...]...Chƣơng 1 HỆ THỐNG GÁN NHÃN THỜI GIAN 1.1 Giới thiệu hệ thống gán nhãn thời gian 1.1.1 Gán nhãn thời gian là gì? Là một kỹ thuật mật mã cung cấp bằng chứng chứng minh sự tồn tại của một tài liệu kỹ thuật số tại một thời gian nhất định.[1] 1.1.2 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống gán nhãn thời gian Thông thường nguyên tắc hoạt động của hệ thống gán nhãn chỉ gồm hai phần: - Gán... của hệ thống chống lại các hình thức tấn công Chữ ký số được sử dụng trong hệ thống để ký vào nhãn thời gian cấp phát cho người dùng Việc sử dụng chữ ký số làm tăng tính an toàn, tránh việc làm giả nhãn thời gian 3 Nguồn thời gian dùng để đồng bộ hóa thời gian của các yêu cầu gán nhãn được gửi đến TSA, dùng trong việc liên kết các nhãn thời gian đã được cấp phát theo thứ tự thời gian 1.2 Các công nghệ... client và TSA) tương tác và đồng bộ với nhau Kết quả của hệ thống này là các nhãn thời gian độc lập Thiết kế này khá đơn giản và dễ thực hiện Nhãn thời gian được tạo ra bởi nhiều TSA khác nhau có thể so sánh được sử dụng thời gian và các thông số về độ chính xác Điểm yếu lớn nhất của hệ thống này là việc phải tin tưởng vô điều kiện vào TSA Khi mà TSA đảm bảo tính đúng đắn của thông số thời gian, nó... tuyệt đối và không có gì đảm bảo là TSA sẽ không sản xuất nhãn thời gian giả Chính vì vậy tôi tập trung vào nghiên cứu hệ thống gán nhãn dựa trên việc kết nối các nhãn thời gian được cấp bởi TSA lại với nhau Đó là hệ thống dựa trên gia thức liên kết 2.1.2 Hệ thống dựa trên giao thức liên kết Thiết kế này được trình bày trong [3], hệ thống được chia ra làm ba phần: bên client, bên server và bên xác... Internet có thể biết với độ chính xác đo được thời điểm hiện tại là mấy giờ Dịch vụ thời gian này được cung cấp trên mạng Internet bởi các trạm làm việc và các router trên khắp thế giới 20 Chƣơng 2 MỘT VÀI HỆ THỐNG GÁN NHÃN THỜI GIAN 2.1 Hệ thống trên lý thuyết 2.1.1 Hệ thống đơn giản Thiết kế này được trình bày trong [4] Giải pháp đơn giản nhất cho hệ thống timestamp là sử dụng bên tin cậy thứ ba,... yêu cầu với ngày và thời gian hiện tại và ký vào kết quả để tạo ra timestamp.Thiết kế này sử dụng hàm băm để nén văn bản gửi tới TSA Việc này cho phép lưu trữ bản gốc dữ liệu một cách bảo mật, làm giảm băng thông và nơi lưu giữ cần thiết, làm tăng hiệu quả Hệ thống này được xây dựng sử dụng hàm băm mật mã và nguồn thời gian đã được giới thiệu ở các chương trước Hình 13 Hoạt động của hệ thống gán nhãn... nhãn thời gian bằng tấn công back-date - Hệ thống liên kết: khó thực hiện hơn so với hệ thống đơn giản, nhưng việc tấn công back-date khó thực hiện hơn Trong trường hợp này, TSA tạo ra các nhãn thời gian mà trong nó chứa các thông tin về các nhãn đã được cấp phát Kết quả là một chuỗi các nhãn thời gian được xây dựng, kết nối tất cả các nhãn thời gian được tạo ra bởi TSA Khi mà kẻ xấu cố gắng thay đổi một. .. gắng thay đổi một nhãn thời gian thì toàn bộ chuỗi kết nối của các nhãn thời gian cũng bị thay đổi theo Đây chính là ưu điểm so với hệ thống đơn giản, nhưng điều đó cũng 2 dẫn đến việc phức tạp trong thủ tục xác minh, khi đó người dùng không thể xác thực được nhãn thời gian mà không có sự giúp đỡ từ TSA - Hệ thống phân tán: hệ thống này bao gồm nhiều TSA thuộc một trong hai hệ thống đã trình bày ở trên,... quan trọng là nhận ra rằng, trong khi tất cả các hệ thống đơn giản giả định TSA là bên thứ ba đáng tin thì hệ thống liên kết và hệ thống phân tán làm cho giả định này là không cần thiết 1.1.4 Các công nghệ dùng trong hệ thống Có bốn kỹ thuật được dùng phổ biến trong các hệ thống gán nhãn là: - Hàm băm mật mã học - Từ điển xác thực - Chữ ký số - Nguồn thời gian Hàm băm mật mã học dùng để băm các tài liệu... hết vòng để đưa ra nhãn thời gian cho các văn bản thuộc vòng này Thời gian lớn nhất cho câu trả lời của TSA và giới hạn thời gian của vòng sẽ được định nghĩa lúc thực hiện Cho phép TSA có 22 độ trễ trong việc đưa ra timestamp, nhưng nó nhất định phải gán nhãn thời gian cho văn bản ở vòng phù hợp với slot time bao gồm thời gian đến của yêu cầu từ client - Server lấy thời gian ở một nguồn đáng tin cậy . Nguồn thời gian – Time Source 20 Chƣơng 2. MỘT VÀI HỆ THỐNG GÁN NHÃN THỜI GIAN 21 2.1 Hệ thống trên lý thuyết 21 2.1.1 Hệ thống đơn giản 21 2.1.2 Hệ thống. các hệ thống đơn giản và như vậy hệ thống sẽ bảo mật hơn. MỤC LỤC MỜ ĐẦU 1 Chƣơng 1. HỆ THỐNG GÁN NHÃN THỜI GIAN 2 1.1 Giới thiệu hệ thống gán nhãn thời