TRƯỜNG ĐẠI HỌC – MỎ ĐỊA CHẤT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ******* BÀI TIỂU LUẬN Tên đề tài Tổng quan về hệ mã hóa Ceasar và ứng dụng Họ tên Hoàng Minh Khôi 1921050332 Lương Viết Khởi 1821050039 Lớp DCCTPM[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC – MỎ ĐỊA CHẤT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ******* BÀI TIỂU LUẬN Tên đề tài: Tổng quan hệ mã hóa Ceasar ứng dụng Họ tên: Hồng Minh Khơi - 1921050332 Lương Viết Khởi - 1821050039 Lớp: DCCTPM64B Nhóm mơn học: 02 Giảng viên: Nguyễn Tuấn Anh Năm học: 2021-2022 HÀ NỘI - 2021 Hệ mã hóa Caesar - HUMG MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG - Mã hóa & Giới thiệu mã hóa - - TẠI SAO CHỌN CAESAR - - PHẦN 2: NGUYÊN LÝ VÀ CÁCH HOẠT ĐỘNG CỦA CAESAR -10GIỚI THIỆU VỀ CAESAR -10- 1.1 Tổng quan Caesar -101.2 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM -14- Công thức -12ĐỘ AN TOÀN -13- 3.1 Ưu điểm -14- 3.2 Nhược điểm -15ỨNG DỤNG VÀ MỤC TIÊU -15- PHẦN 3: CÀI ĐẶT CODE MẪU VÀ VÍ DỤ THỰC TẾ -151 Cài đặt code chạy thử -15- Lấy ví dụ thực tế -18- PHẦN 4: KẾT LUẬN -181 Kết -18- Nhận xét đánh giá -19- Tài liệu tham khảo -19- Phụ lục -20- 1|Page Hệ mã hóa Caesar - HUMG LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển nhanh chóng internet tác động đến cơng việc kinh doanh tiêu dùng với hứa hẹn việc thay đổi cách mà người sống làm viẹc Nhưng mối lo ngại lớn đề cập đến việc bảo mật Internet, đặc biệt thơng tin mang tính nhạy cảm gửi mạng xã hội Q trính mã hóa máy tính dựa vào khoa học mật mã (Cyptography) người sử dụng từ lâu đời Trước thời đại số hóa, người sử dụng mật mã nhiều phủ, chủ yếu mục đích quân Hầu hết phương pháp mã hóa dựa vào máy tính , đơn giản mã người sinh dễ bị phá hủy công cụ máy tính Ứng dụng khoa học mật mã khơng đơn mã hóa giả mã thông tin mà bao gồm nhiều vấn đề khác cần nghiên cứu giải chứng thực nguồn gốc nội dung thông tin ( kỹ thuật chữ ký số), chứng nhận xác thực người sở hữu mã hóa ( chứng nhận khóa cơng cộng), quy trình trao đổi thơng tin thực giao dịch điện tử an toàn mạng Khi chọn đề tài này, em mong muốn tìm hiểu kiến thức nâng cao, tổng quan mã hóa đồng thời ưu nhược điểm định mà mang lại em mong muốn thực hành điều , trình bày, phân tích số thuật tốn mã hóa ứng dụng mã hóa vào thực tiễn đời sống để giúp phần chút kiến thức chúng em bảo vệ thơng tin an tồn mạng Bài em làm với tất kiến thức nỗ lực bọn em chắn cịn điều thiếu xót mong thầy góp ý để chúng em có thật hồn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! 2|Page Hệ mã hóa Caesar - HUMG PHẦN 1: TỔNG QUAN CHUNG Mã hóa & Giới thiệu mã hóa 1.1 Giới thiệu Mã hóa cách xáo trộn liệu để hai bên trao đổi thơng tin hiểu Về mặt kỹ thuật, q trình chuyển đổi văn gốc sang mã Nói cách đơn giản hơn, mã hóa lấy liệu đọc thay đổi để liệu khơng giống ban đầu Mã hóa u cầu sử dụng khóa mã hóa: tập hợp giá trị toán học mà người gửi người nhận tin nhắn mã hóa biết Mặc dù liệu mã hóa xuất ngẫu nhiên, mã hóa tiến hành theo cách hợp lý, dự đốn được, để bên nhận sử dụng khóa để mã hóa liệu , biến trở lại thành liệu ban đầu Mã hóa an tồn thực đủ phức tạp để bên thứ ba giải mã brute force- nói cách khác, cách đốn Dữ liệu mã hóa “ở 3|Page Hệ mã hóa Caesar - HUMG trạng thái nghỉ”, lưu trữ “quá cảnh” truyền nơi khác 1.2 Lợi ích đem lại Các doanh nghiệp đầu tư vào hệ thống phát tường lửa bảo mật CNTT chu vi truyền thống tiếp tục tìm kiếm thêm thứ để bảo vệ liệu họ Giữa tin tặc bên nhân viên nội bộ, bảo vệ liệu tất trạng thái nhiệm vụ cao hầu hết giải pháp cũ Để chống lại xu hướng này, doanh nghiệp xem xét việc bảo vệ liệu cụ thể giải pháp mã hóa liệu giải pháp triển khai họ Encryptio n lựa chọn tuyệt vời cho doanh nghiệp chuyển lượng lớn liệu muốn chắn họ giữ an tồn cho thân khỏi bị đánh cắp liệu tiềm ẩn Các vấn đề với giải pháp mã hóa nặng ảnh hưởng tiêu cực đến trải nghiệm người dùng cách tiêu cực khứ 4|Page Hệ mã hóa Caesar - HUMG Vi phạm liệu vấn đề thực doanh nghiệp thuộc quy mô, nhiều doanh nghiệp nhỏ lầm tưởng vấn đề chủ yếu ảnh hưởng đến thương hiệu lớn Có nhiều lợi ích mà mã hóa mang lại cho cơng ty bạn, ngồi lợi ích mà bạn nghi ngờ Nếu bạn xem xét mã hóa cho doanh nghiệp mình, bạn nên tính đến lợi ích trước đưa định Bảo vệ liệu hồn chỉnh Một giải pháp mã hóa hồn chỉnh cung cấp cho doanh nghiệp chủ sở hữu họ an tâm bảo vệ liệu trạng thái - trạng thái nghỉ chuyển Mặc dù giải pháp bảo mật ngoại vi khiến việc truy cập liệu từ bên ngồi trở nên khó khăn hơn, mạng bị xâm phạm, liệu bạn an tồn mã hóa liệu mà bạn sử dụng Với giải pháp mã hóa phù hợp, bạn trải qua ngày biết liệu an tồn khơng có cách hợp lý mà tin tặc có tay liệu thô Tôi không sử dụng chương trình kiểu brute-force đời để giải mã thành cơng tất thơng tin Mặc dù có phương tiện khác mà liệu bị truy cập, thực bước đơn giản để mã hóa giúp làm cho cơng việc trở nên khó khăn tin tặc thường quan tâm đến việc nhắm mục tiêu doanh nghiệp bạn 5|Page Hệ mã hóa Caesar - HUMG Bảo mật nhiều thiết bị Với việc điện thoại thông minh thiết bị di động khác trở nên phổ biến năm gần đây, nhiều công ty phải vật lộn để tìm giải pháp giữ cho liệu lưu trữ truyền qua thiết bị an toàn trước khả bị đánh cắp May mắn thay, phần mềm mã hóa liệu cho phép bạn đảm bảo tất liệu, thiết bị nào, mã hóa hồn toàn với biện pháp bảo vệ tương tự bạn tìm thấy liệu lưu trữ máy tính để bàn Mã hóa liệu giúp xử lý tình căng thẳng, khơng thể tránh khỏi giúp kiểm sốt được, đồng thời mang lại yên tâm Trên hết, xác thực thiết bị loại bỏ nguy xâm nhập từ người dùng không mong muốn Di chuyển liệu cách an tồn Một khía cạnh dễ bị công liệu xuất trình vận chuyển Mặc dù SSL / TLS tiêu chuẩn công nghiệp cho liệu chuyển động, có nhiều nhược điểm bảo mật liệu bạn Một giải pháp mã hóa hiệu giúp đảm bảo liệu bảo 6|Page Hệ mã hóa Caesar - HUMG vệ lúc, nơi chuyển động Các tệp chia sẻ tải lên hệ thống đám mây phải đảm bảo tệp an tồn suốt q trình vận chuyển Tính tồn vẹn trì Một lo lắng mà nhiều tổ chức thuộc quy mơ chia sẻ liệu q trình mã hóa có ảnh hưởng đến tính tồn vẹn liệu họ hay không Mặc dù đánh cắp liệu vấn đề phổ biến, cách khác để tin tặc thực hành vi gian lận liệu làm thay đổi liệu có sẵn Mã hóa giữ cho liệu bạn an tồn khơng bị thay đổi người nhận liệu xem liệu có bị giả mạo hay không Thay đổi liệu điều mà doanh nghiệp thường bỏ qua họ tìm cách giữ an tồn cho liệu Bảo vệ liệu hoàn toàn cần thiết cho doanh nghiệp bạn Đối với người muốn thực bước khôi phục sau cố đánh cắp liệu họ, mã hóa phương pháp tốt để đảm bảo liệu bạn an tồn Nó cho phép bạn đạt bảo mật hoàn toàn tất thiết bị, gửi nhận liệu cách an tồn đảm bảo tính tồn vẹn tuyệt đối, tệp truy cập chia sẻ Nếu bạn quan tâm đến việc bảo vệ doanh nghiệp khỏi tác 7|Page Hệ mã hóa Caesar - HUMG động việc vi phạm liệu, phần mềm mã hóa khoản đầu tư tuyệt vời Giải pháp đưa Có hai loại giải pháp mã hóa bản: Giải pháp cho liệu trạng thái nghỉ cho liệu chuyển Dữ liệu trạng thái nghỉ thông tin lưu trữ chẳng hạn máy chủ ổ cứng máy tính Dữ liệu truyền có nghĩa liệu truyền cho dù email thông điệp nội từ hệ thống sang hệ thống có truyền liệu xung quanh mạng bạn hay khơng Các tin nhắn email, chúng tin nhắn nội bộ, từ hệ thống đến hệ thống mang liệu xung quanh mạng bạn Các giải pháp riêng biệt có sẵn cho liệu trạng thái nghỉ so với liệu chuyển Về mặt hệ thống, thứ có tác động riêng Đối với liệu trạng thái nghỉ, bạn phải định cấu hình ứng dụng cần quyền truy cập vào liệu mã hóa với phương tiện để giải mã Có nhiều giải pháp bảo mật liệu cho việc Bitlocker (dành cho Windows) Firevault (dành cho MACos) Đối với liệu chuyển, bạn phải xếp để người gửi người nhận có khả mã hóa / giải mã Loại mã hóa gọi mã hóa đầu cuối E2EE Những yêu cầu tạo 8|Page Hệ mã hóa Caesar - HUMG gánh nặng quản trị thứ nhanh chóng trở nên phức tạp bạn gửi tin nhắn mã hóa bên ngồi tổ chức mình, v.v TẠI SAO CHỌN CAESAR Tính an tồn truyền liệu Gửi liệu cá nhân bạn không gặp rủi ro truyền qua Internet Mặc dù bạn cố gắng hết sức, có khả máy tính bạn bị nhiễm phần mềm độc hại mà phần mềm diệt vi-rút bạn không bắt Nếu vậy, phần mềm độc hại bắt đầu tìm kiếm liệu nhạy cảm máy tính bạn gửi cho tội phạm mạng chạy phần mềm độc hại Vậy nên việc mã hóa ký tự ceasar giúp bảo mật thơng tin cách triệt để Mã hóa Ceasar bảo vệ quyền riêng tư bạn người hệ thống Lập luận phổ biến chống lại việc thực thực hành an ninh mạng tốt "Tơi khơng có liệu đáng bị đánh cắp" Tuy nhiên, tuyên bố không xác tội phạm mạng thường nhắm vào cá nhân để đánh cắp liệu cá nhân Khi nghĩ liệu cá nhân mình, bạn tập trung vào thơng tin thẻ tín dụng ngân hàng, thông tin chủ yếu nhập vào trình duyệt khơng lưu trữ máy Rất nhiều liệu cá nhân trích xuất 9|Page Hệ mã hóa Caesar - HUMG từ tệp mà bạn lưu trữ máy tính mà khơng cần suy nghĩ kỹ chúng Mã hóa Ceasar ngăn chặn Trộm cắp danh tính bạn hệ thống máy tính Xu hướng trộm cắp mạng đánh cắp tất liệu bạn, sau sử dụng để tống tiền bạn trả tiền chuộc Nếu bạn không trả tiền, liệu bạn bị rò rỉ internet, sử dụng cho Trộm cắp danh tính bán cho người trả giá cao Tin tốt là, tệp bạn mã hóa, tội phạm mạng khơng có quyền truy cập vào liệu bạn, thay vào đó, chúng xem liệu xáo trộn vơ ích khơng thể bị địi tiền chuộc Mã hóa Ceasar cho phép bạn chia sẻ tệp cách an tồn Chia sẻ tệp trực tuyến phổ biến hết Bạn làm điều phương tiện truyền thơng xã hội Facebook, ứng dụng nhắn tin, diễn đàn dịch vụ đám mây Một giải pháp mã hóa tệp tốt nên mã hóa thư mục tệp khóa để giảm thiểu nguy tất liệu bạn bị vi phạm khóa bị cơng đánh cắp Ngồi ra, bạn nghi ngờ khóa bị xâm phạm, giải pháp mã hóa Ceasar bạn cho phép bạn thay đổi tất khóa tệp cách dễ dàng PHẦN 2: NGUYÊN LÝ VÀ CÁCH HOẠT ĐỘNG CỦA CAESAR GIỚI THIỆU VỀ CAESAR 1.1 Tổng quan Caesar Mã hóa liệu tiến trình che dấu liệu thật (plaintext), nghĩa chuyển liệu thật thành liệu khơng có ý nghĩa có ý nghĩa khác xa với liệu thật Tiến trình gọi mã hóa (encrytion) Kết tiến trình gọi mã (ciphertext) Từ “encrytion” tạo từ “cryptography” (mật mã) xuất phát từ tiếng Hi Lạp cổ xưa “Kryptos” (Che dấu) từ “graphia” (viết) Tiến trình mã hóa liệu thực cách hoán vị liệu thật 10 | P a g e Hệ mã hóa Caesar - HUMG thay chúng liệu khác Tiến trình ngược với tiến trình mã hóa tức chuyển từ mã thành liệu ban đầu gọi giải mã Mọi công việc hàng ngày thực từ xa với hỗ trợ internet Tất thông tin liên quan đến cơng việc máy vi tính quản lý truyền qua hệ thông mạng Đối với thông tin bình thường khơng ý đến, thơng tin mang tính chất sống cịn số cá nhân hay tố chức vấn đề bảo mật quan trọng, cần phải mã hóa thơng tin để gửi Mã hóa liệu tuyệt vời, bảo mật ngăn chặn việc sau: nghe trộm, xem liệu, giả mạo thông tin, đánh cắp liệu,…Và ta phân loại hai loại hệ mã hóa bản: hệ mã hóa đối xưng hệ mã hóa bất đối xứng Vậy caesar gì? Trong mật mã học, mật mã Caesar (Xê da), gọi mật mã dịch chuyển, thuộc hệ mã hóa đối xứng – hai bên tham gia truyền liệu sử dụng chung khóa để mã hóa giải mã, trước hai bên trao đổi liệu khóa phải chia sẻ dùng chung cho bên 11 | P a g e Hệ mã hóa Caesar - HUMG Là mật mã đơn giản biết đến nhiều Hệ mã Caesar hệ mã hóa thay đơn âm, làm việc bẳng chữ tiếng Anh 26 ký tự Đó dạng mật mã thay thế, ký tự văn thay ký tự cách đoạn bảng chữ để tạo thành mã Đồng thời biết tới lần sử dụng quân thời La Mã vị hồng đế J.Caesar Việc mã hố thực đơn giản thay chữ rõ chữ thứ ba bảng chữ vào lúc 1.2 Công thức Mật mã dạng mật mã thay thế, ký tự văn thay ký tự cách đoạn bảng chữ sau 12 | P a g e Hệ mã hóa Caesar - HUMG dịch chuyển k đơn vị để tạo thành mã Bởi đơn giản nên hệ mã hóa biết đến rộng rãi Tiếp theo ta tìm hiểu cơng thức hệ: Mã hóa Cơng thức mã hóa hệ là: Khi tiến hành mã hóa, người gửi mật mã tra cứu ký tự tin nhắn gốc Sau đọ viết ký tự tương ứng lấy bảng chữ mà ta có bên kết hợp với khóa K tự chọn Ở đây, x số thứ tự chữ rõ y số thứ tự chữ tương ứng mã; k khóa mã Caesar Khóa k số bước tịnh tiến chữ bảng chữ Do có 26 khóa khác Độ dài khóa biểu diễn qua bit 5, số bit cần thiết để biểu diễn 26 giá trị khác Giải mã Công thức giải mã hệ là: Quá trình giải mã người nhận mật mã thực ngược lại, với thao tác dịch sang phải theo khóa K chọn ban đầu Thám mã Caesar việc làm đơn giản, số khóa có Chỉ có 26 khóa có thể, ký tự ánh xạ vào số 26 chữ bảng chữ tiếng Anh: A, B, C,… Các chữ khác xác định số bước tịnh tiến tương ứng Kẻ thám mã thử khóa một, tức sử dụng phương pháp tìm duyệt tổng thể Vì số khóa nên việc tìm duyệt khả thi Cho trước mã, thử 26 cách dịch chuyển khác nhau, ta đốn nhận thơng qua nội dung rõ nhận ĐỘ AN TOÀN 13 | P a g e Hệ mã hóa Caesar - HUMG Hệ mã hóa Caesar hệ mã hóa cũ khơng an tồn khơng gian khóa nhỏ, thám mã theo phương pháp vét cạn Khóa giải mã tính từ khóa mã hóa Do có 26 khóa nên ta thử khóa tìm khóa Hiện hệ mã hóa khơng cịn sử dụng nhiều nữa, chủ yếu cho bạn học nhìn rõ làm quen với khái niệm mật mã học ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM Với hệ mã hóa thế, chúng có ưu nhược điểm riêng Nên tùy trường hợp mà ta chọn hệ mã hóa khác 3.1 Ưu điểm o Dễ học 14 | P a g e Hệ mã hóa Caesar - HUMG o Dễ sử dụng o Tốc độ xử lý nhanh 3.2 Nhược điểm o Độ an toàn o Dễ bị bẻ khóa o Phải giữ bí mật khóa ỨNG DỤNG VÀ MỤC TIÊU Tuy khơng cịn hưu dụng nhiều, hệ mã hóa Caesar tảng cho phát triển Mật mã học nói chung hệ mã hóa đối xứng nói riêng Nhờ Caesar mà người phát triển nhiều hệ mã hóa với độ bảo mật cao Đặc biệt xuất hệ mã hóa cấp cao AES sử dụng rộng rãi ứng dụng nhắn tin an tồn lẫn lưu trữ đám mây, ví dụ điển hình mật mã đối xứng Hoặc mục đích đơn giản caesar nói giúp bạn dễ tiếp cận hiểu Mật mã học từ lúc bắt đầu Để có tảng tốt học tập phát triển tới hệ mã hóa có độ phức tạp tính hữu dụng cao PHẦN 3: CÀI ĐẶT CODE MẪU VÀ VÍ DỤ THỰC TẾ Cài đặt code chạy thử 15 | P a g e Hệ mã hóa Caesar - HUMG Thiết lập ban đầu: ta mặc định chọn k = 3(có thể thay đổi tùy ý) Phần dãy khóa keyENG bảng chữ từ A-Z đánh số tự 0-25: Ban đầu ta lặp qua chữ/ký tự rõ textInput Bên vòng lặp ta tạo biến num tổng số thứ tự chữ qua bảng k = Nếu num > 25 ta tính mod 26 thêm ký tự mã hóa vào biến ketQua, cịn khơng thêm ký tự mã hóa vào biến ketQua Cuối, ta thu mã qua biến ketQua 16 | P a g e Hệ mã hóa Caesar - HUMG Để giải mã tương tự, ta lặp qua chữ/ký tự mã textInput truyền vào Bên vòng lặp ta tạo biến num tổng số thứ tự ký tự qua bảng k = Nếu num < ta tính mod 26 thêm ký tự mã hóa vào biến ketQua, cịn khơng thêm ký tự mã hóa vào biến ketQua Cuối, ta thu rõ qua biến ketQua Sau cài đặt phần code xong ta tiến hành thử nghiệm chạy nó: (và hoạt động ổn theo quan điểm em) Lấy ví dụ thực tế 17 | P a g e Hệ mã hóa Caesar - HUMG Chọn rõ: TOIYEUHUMG Chọn khóa K = Áp dụng cơng thức mã hóa: áp dụng bảng chữ mã chữ keyENG bên ta chuyển từ rõ sang mã sau: T(x=19) 19 + = 22(W) O(x=14) 14 + = 17(R) I(x=8) + = 11(L) … T W U X O R H K I L U X Y B M P E H G J Ta thu mã: WRLBHXKXPJ Để giải mã ta áp dụng cơng thức: ta thu rõ ban đầu là: TOIYEUHUMG PHẦN 4: KẾT LUẬN Kết Sau tìm hiểu sâu mã khóa em tìm hiểu Hệ thống mật mã cổ điển (các loại mật mã phát minh ứng dụng thời kỳ tiền máy tính) có nhiều Nhưng tựu chung lại chia thành dạng lớn: mật mã chuyển vị mật mã thay Mật mã chuyển vị loại mật mã mà kí tự rõ hốn vị theo cách thức để tạo nên mã Ví dụ điển hình cách mã hóa mà người ta dùng mảnh vải dài quấn hình xoắn ốc quanh hình trụ, người tạo mã viết thông tin lên vải theo chiều dọc hình trụ trải mảnh vải đọc theo chiều dài mảnh vải mã Cách mã hóa 18 | P a g e Hệ mã hóa Caesar - HUMG thường xuất trị chơi tìm mật thư nhà trường Hệ thống mã hóa yếu biến thể nên tơi khơng trình bày Mật mã thay loại mật mã mà kí tự rõ thay kí tự mã theo quy tắc định Thể loại có nhiều biến thể, qua số loại mã thay phổ biến nhất: mã Caesar, mã Affine, mã thay đơn giản, mã Vigenere, … Đầu tiên đơn giản mã Caesar Và em hiểu cách sử dụng vận hàng mã khóa ceasar vào thực tiễn đời sống Nhận xét đánh giá Mã hóa Ceasar mã hóa đơn giản dễ bị phá giải Mật mã Caesar dễ bị phá, trường hợp người giải mã có tay mật mã Có hai tình xem xét: Người giải mã biết (hoặc đoán) số dạng mật mã thay đơn giản sử dụng, khơng biết cụ thể mật mã Caesar; Người giải mã biết xác mật mã Caesar sử dụng, giá trị khóa mã Tài liệu tham khảo Sách Caesar Cipher - 2012 - Jesse Russell, Ronald Cohn WikiBook: wikibooks.org/wiki/Cryptography/Caesar_cipher Mật mã an tồn thơng tin – NXB Thông tin Truyền thông Khoa Học Khám Phá - Mật Mã - Từ Cổ Điển Đến Lượng Tử NXB Trẻ 19 | P a g e