(Luận văn) nghiên cứu một số thuật toán hệ mật mã khoá công khai elgamal và ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG PHẠM THỊ TUYẾT lu an n va KHỐ CƠNG KHAI ELGAMAL VÀ ỨNG DỤNG p ie gh tn to NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN HỆ MẬT MÃ d oa nl w lu ll u nf va an LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH oi m z at nh z m co l gm @ n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu THÁI NGUYÊN - 2015 http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th si ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG PHẠM THỊ TUYẾT lu an NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN HỆ MẬT MÃ va n KHỐ CƠNG KHAI ELGAMAL VÀ ỨNG DỤNG ie gh tn to p Chuyên ngành: Khoa học máy tính d oa nl w Mã số: 60 48 01 01 an lu ll u nf va LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH oi m z at nh Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS NGUYỄN NGỌC CƢƠNG z m co l gm @ http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu THÁI NGUYÊN - 2015 ac th si i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “ Nghiên cứu số thuật toán hệ mật mã khoá cơng khai ElGamal ứng dụng” cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi tìm hiểu, nghiên cứu dƣới hƣớng dẫn TS Nguyễn Ngọc Cƣơng Các kết hoàn toàn trung thực, toàn nội dung nghiên cứu luận văn, vấn đề đƣợc trình bày tìm hiểu nghiên cứu cá nhân tơi đƣợc trích dẫn từ nguồn tài liệu đƣợc trích dẫn thích đầy đủ TÁC GIẢ LUẬN VĂN lu an va n Phạm Thị Tuyết p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si ii LỜI CẢM ƠN Học viên xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô giáo Viện công nghệ thông tin, thầy cô giáo Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin truyền thông - Đại học Thái Nguyên mang lại cho học viên kiến thức vơ q giá bổ ích suốt trình học tập chƣơng trình cao học trƣờng Đặc biệt học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Nguyễn Ngọc Cƣơng Học viện an ninh định hƣớng khoa học đƣa góp ý, gợi ý, chỉnh sửa quý báu, quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi trình nghiên cứu hoàn thành luận văn lu Cuối cùng, học viên xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp, gia an đình ngƣời thân quan tâm, giúp đỡ chia sẻ với học viên suốt va n trình học tập tn to Do thời gian kiến thức có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi ie gh thiếu sót định Học viên mong nhận đƣợc góp ý quý báu p thầy cô bạn w oa nl Thái Nguyên, ngày tháng năm 2015 d HỌC VIÊN an lu ll u nf va Phạm Thị Tuyết oi m z at nh z m co l gm @ an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ MẬT MÃ lu an 1.1 Lý thuyết toán học va 1.1.1 Số nguyên tố, UCLN, BCNN .3 n 1.1.3 Số học Modulo (phép tính đồng dƣ) gh tn to 1.1.2 Nhóm, vành, trƣờng, trƣờng hữu hạn p ie 1.1.4 Không gian rời rạc phép lấy Logarit w 1.1.5 Định lí Fermat định lí Euler oa nl 1.1.6 Hàm phía hàm phía có cửa sập d 1.1.7 Định lí Trung Quốc phần dƣ: lu an 1.2 Mật mã u nf va 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Những yêu cầu hệ mật mã ll oi m 1.2.3 Hệ mã hóa RSA z at nh 1.2.4 Hệ mã hóa Paillier 1.2.5 Hệ mã hóa ElGamal 10 z 1.2.6 Hệ mật đƣờng cong Eliptic 10 @ gm 1.3 Chữ ký điện tử 11 l 1.3.1 Sơ đồ chữ ký điện tử 11 m co 1.3.2 Chữ ký mù RSA 12 an Lu 1.3.3 Chữ ký nhóm (Group Signature) 13 1.4 Khái niệm xác thực điện tử 15 va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si iv 1.5 Hàm băm (Hash Function) 16 CHƢƠNG :HỆ MẬT MÃ ELGAMAL CẢI TIẾN VÀ MÃ HÓA ĐỒNG CẤU 17 2.1 Hệ mã hóa ElGamal cải tiến 17 2.1.1 Thuật toán mật mã ElGamal cổ điển 17 2.1.2 Một số thuật toán ElGamal cải tiến [3] .18 2.1.2.1 Thuật toán thứ .18 2.1.2.2 Thuật toán thứ hai .21 2.1.2.3 Thuật toán thứ ba 23 2.2 Hệ mã hóa đồng cấu 26 2.2.1 Khái niệm mã hóa đồng cấu 26 lu an 2.2.2 Hệ mã hố Elgamal có tính chất đồng cấu 26 n va 2.2.3 Mơ hình hệ mã hóa đồng cấu ElGamal cho mơ hình bỏ phiếu có/khơng 27 2.3.1 Khái niệm chia sẻ bí mật .29 gh tn to 2.3 Sơ đồ chia sẻ bí mật 29 p ie 2.3.2 Giao thức “Chia sẻ bí mật” Shamir 31 w 2.3.2.1 Khái niệm sơ đồ ngƣỡng A(t, m) 31 oa nl 2.3.2.2 Chia sẻ khoá bí mật K 32 d 2.3.2.3 Khơi phục khóa bí mật K từ t thành viên 33 an lu CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG HỆ MẬT MÃ ELGAMAL TRONG BÀI TOÁN BỎ u nf va PHIẾU THĂM DỊ TÍN NHIỆM 37 3.1 Hệ thống bỏ phiếu điện tử [5] 37 ll oi m 3.1.1 Khái niệm bỏ phiếu điện tử 37 z at nh 3.1.2 Yêu cầu hệ thống bỏ phiếu điện tử .38 3.1.3 Những vấn đề cần giải 38 z 3.1.4.Các thành phần hệ thống bỏ phiếu điện tử 39 @ gm 3.1.5 Quy trình tốn bỏ phiếu điện tử 39 l 3.2 Ứng dụng hệ mật ElGamal q trình bỏ phiếu thăm dị tín nhiệm 41 m co 3.2.1 Thiết lập 41 an Lu 3.2.3 Mở phiếu bầu 43 3.3 Xây dựng chƣơng trình thử nghiệm mơ hình bỏ phiếu thăm dị tín nhiệm 44 va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si v 3.3.1 Môi trƣờng cài đặt thử nghiệm 44 3.3.2 Phát biểu toán 44 3.3.3 Các đối tƣợng hệ thống 45 3.3.4 Phân tích thiết kế chƣơng trình bỏ phiếu: 45 3.3.5 Các chức 45 3.3.6 Thứ tự thực chƣơng trình 46 3.3.7 Kết thực nghiệm 47 3.4 Phân tích vấn đề bảo mật cần đạt đƣợc 56 3.5 Các tính chất đạt đƣợc 56 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 57 lu an TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si vi MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ mã hóa giải mã Hình 2.1 Sơ đồ bỏ phiếu đồng ý/ khơng đồng ý 28 Hình 2.2 Sơ đồ ngƣỡng Shamir 32 Hình 3.1 Sơ đồ Quy trình bỏ phiếu điện tử 40 Hình 3.2 Sơ đồ mơ tả bỏ phiếu thăm dị tín nhiệm 41 Hình 3.3 Sơ đồ giai đoạn bỏ phiếu tín nhiệm 42 lu an Hình 3.4 Giao diện chƣơng trình 47 n va Hình 3.5 Ban tổ chức đăng nhập vào hệ thống 48 tn to Hình 3.6 Thơng báo tạo sở liệu cán thành công 48 gh Hình 3.7 Bảng danh sách cán sau đƣợc ban tổ chức tạo sở liệu 49 p ie Hình 3.8 Thơng báo tạo sở liệu ban kiểm phiếu thành công 49 w Hình 3.9 Cán đăng nhập vào hệ thống 49 oa nl Hình 3.10 Quá trình bỏ phiếu 50 d Hình 3.11 Cán cập nhật thông tin 50 lu an Hình 3.12 Thơng báo nhắc nhở lựa chọn cán 51 u nf va Hình 3.13 Thơng báo xác nhận lựa chọn cán 51 Hình 3.14 Ban kiểm phiếu đăng nhập vào hệ thống 52 ll oi m Hình 3.14 Mảnh khóa ban kiểm phiếu 52 z at nh Hình 3.15 Ban kiểm phiếu cập nhật thông tin 53 Hình 3.16 Thơng báo xác nhận q trình gửi mảnh khóa 53 z Hình 3.17 Xác nhận tổng hợp đủ mảnh khóa 54 @ gm Hình 3.18 Thơng báo ghép mảnh khóa thành cơng 54 l Hình 3.19 Kết bỏ phiếu 55 m co Hình 3.20 Cơ sở liệu mơ hình bỏ phiếu tín nhiệm 56 an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si MỞ ĐẦU Tính khoa học cấp thiết đề tài Cùng với phát triển công nghệ thông tin, vấn đề an tồn thơng tin trở nên cần thiết qui mơ tồn cầu Đảm bảo tính bảo mật, khả xác thực nguồn gốc gói tin q trình truyền tải thơng tin qua mơi trƣờng khơng an tồn nhƣ Internet vấn đề nóng nghiên cứu thực tiễn Để đảm bảo tính bảo mật xác thực ngƣời ta cần phải mã hố, có số thuật tốn mã hố cơng khai tiếng: RSA, ElGamal, Tuy nhiên, hệ mật mã có nhƣợc điểm khơng có chế xác thực thơng tin đƣợc bảo mật (nguồn gốc, tính lu an tồn vẹn) chúng khơng có khả chống lại số dạng công giả mạo n va thực tế Chính nay, ngƣời ta [3] đề xuất số cải tiến hệ mật tn to mã ElGamal Ƣu điểm thuật toán đề xuất chỗ cho phép bảo gh mật xác thực thông tin cách đồng thời mà mức độ an tồn thuật tốn p ie đề xuất không nhỏ mức độ an tồn thuật tốn ElGamal xét theo khả w chống thám mã công trực tiếp vào thủ tục mã hóa giải mã oa nl Để góp phần nâng cao hiệu phƣơng pháp mã hóa ElGamal Trong d luận văn này, học viên đặt mục tiêu nghiên cứu, thử nghiệm thuật toán mã hóa an lu Elgamal cải tiến tác giả đƣa ra, so sánh hiệu chúng u nf va kiểm định thuật toán ứng dụng thực tiễn Đây toán lựa chọn khả giải pháp có việc mã hóa xác thực nhƣ ll oi m toán bỏ phiếu điện tử cán tiến hành toán thăm dị tín nhiệm lãnh z at nh đạo đơn vị Những tốn ln địi hỏi tính bí mật, ví dụ bỏ phiếu điện tử (e-voting), việc đảm bảo tính đắn bảo mật bao gồm z việc khơng để lộ danh tính cử tri (ai bỏ phiếu cho ứng viên nào?), tính l gm Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu @ (mỗi cử tri đảm bảo tối đa lần bỏ phiếu) va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu hệ mật mã m co - Đối tƣợng nghiên cứu: Hệ mật khóa cơng khai ElGamal cải tiến ac th si - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cải tiến dựa thuật tốn có xây dựng chƣơng trình ứng dụng tốn thăm dị dƣ luận mức độ tín nhiệm đơn vị (ở tổng công ty xăng dầu Việt Nam) Hƣớng nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu đề xuất số thuật tốn mật mã khóa cơng khai đƣợc phát triển từ hệ mật ElGamal tác giả cơng bố để xây dựng chƣơng trình ứng dụng tốn bỏ phiếu thăm dị dƣ luận mức độ tín nhiệm - Đánh giá ƣu điểm thuật toán tác giả đề xuất mức độ bảo mật xác thực thông tin cách đồng thời Những nội dung nghiên cứu lu an Luận văn đƣợc trình bày chƣơng, có phần mở đầu, phần kết luận, n va phần mục lục, phần tài liệu tham khảo Các nội dung luận văn đƣợc trình tn to bày theo cấu trúc sau: Trong chƣơng tổng trình bày số khái niệm toán học mà p ie gh Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ MẬT MÃ w hệ mã hoá thƣờng sử dụng nhƣ: mod, số nguyên tố, vành Zn, phép toán oa nl cộng, nhân, toán logarrit rời rạc khơng gian Zn Sau đƣa khái d niệm mật mã, thuật toán mã hoá, chữ ký số phục vụ cho việc mã hố thơng tin an lu Chương 2: HỆ MẬT MÃ ELGAMAL CẢI TIẾN VÀ MÃ HÓA ĐỒNG CẤU u nf va Tập trung nghiên cứu số thuật toán mật mã ElGamal cải tiến, tính chất đồng cấu hệ mật ElGamal sơ đồ chia sẻ bí mật theo ngƣỡng Shamir ll z at nh THĂM DỊ TÍN NHIỆM oi m Chương 3: ỨNG DỤNG HỆ MẬT MÃ ELGAMAL TRONG BÀI TOÁN BỎ PHIẾU Cài đặt thử nghiệm thuật toán hệ mật ElGamal cải tiến kỹ thuật chia sẻ z khóa bí mật Shamir m co l gm @ an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si 45 chƣơng trình phải đảm bảo an tồn, trung thực đáp ứng đƣợc tính chất bỏ phiếu tín nhiệm: tính bí mật, tính tồn vẹn, u cầu xác thực phiếu 3.3.3 Các đối tƣợng hệ thống (1) Ban tổ chức: Hệ thống có trách nhiệm tạo, lƣu trữ khóa riêng cơng bố khóa cơng khai Tất bên phải tin tƣởng vào hệ thống (2) Cán bộ: Họ ngƣời có quyền tham gia bỏ phiếu (3) Ban kiểm phiếu: Có trách nhiệm tổng hợp cơng bố kết kết thúc bỏ phiếu lu 3.3.4 Phân tích thiết kế chƣơng trình bỏ phiếu: Phân tích chƣơng trình: an - Nhập danh sách cán tham gia bỏ phiếu thông tin cá nhân cán va n to tn - Cung cấp thẻ cán cho nhân viên đƣợc tham gia bỏ phiếu - Kiểm phiếu niêm yết kết p ie gh - Kiểm tra thẻ trƣớc cán bỏ phiếu nl w Thiết kế chƣơng trình: d gia bỏ phiếu oa - Bảng lƣu giữ thông tin cán bộ: Xác định danh sách cán tham lu va an - Bảng xác định cán tham gia bỏ phiếu hay chƣa, cán đƣợc ll bỏ phiếu u nf bỏ phiếu lần, bảng nhằm xác định cán chƣa bỏ phiếu cán m oi - Bảng lƣu nội dung phiếu cán bộ: Nội dung phiếu đƣợc 3.3.5 Các chức z at nh cán mã hóa đƣợc lƣu bảng z @ - Nhập vào thông tin cán bao gồm thông tin định danh, hệ l gm thống mã hố định danh xác nhận tính hợp lệ cán - Sử dụng hệ mã hóa ElGamal cải tiến để tạo khóa: Là q trình sinh ngẫu m co nhiên khóa cơng khai khóa riêng cho tồn cán Mỗi cán va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu khóa khác ac th si 46 - Sử dụng sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir tạo khóa cho ban kiểm phiếu - Cán đăng nhập bỏ phiếu - Mã hóa nội dung phiếu khóa cán - Giải mã phiếu: Hệ thống nhận đƣợc văn mã, sử dụng khóa riêng để giải mã, sau thu đƣợc văn gốc - Thống kê đƣa kết bỏ phiếu Trên thực tế, để thiết kế đƣợc chƣơng trình hồn chỉnh, ngồi modul mã hóa cịn nhiều modul hỗ trợ khác nhƣ: xác thực quyền bỏ phiếu cán bộ, phân bổ khóa, xác định tính hợp lệ phiếu, Tuy nhiên, giới hạn mặt thời gian nghiên cứu nên luận văn tập trung vào việc sử dụng thuật toán ElGamal cải lu an tiến sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir bỏ phiếu thăm dị mức độ tín nhiệm đối n va với đơn vị gh tn to 3.3.6 Thứ tự thực chƣơng trình Xét bỏ phiếu thăm dị tín nhiệm, có ba phƣơng án đƣợc đƣa ra: Tín p ie nhiệm cao, Tín nhiệm, Tín nhiệm thấp Hệ thống thiết kế thứ tự thực chƣơng w trình nhƣ sau: oa nl (1) Ban tổ chức (Admin) Sau ban tổ chức đăng nhập, hệ thống tự sinh số d nguyên tố trƣờng hữu hạn Fp, với p đƣợc lấy ngẫu nhiên gồm 10.000 số an lu nguyên tố lớn 1.000.000 sở liệu điểm sinh g Z *p Khóa bí u nf va mật x ban tổ chức đƣợc lấy ngẫu nhiên đoạn [1, p-1], hệ thống đƣa ll khóa cơng khai y Sau tạo sở liệu cho cử tri khóa bí mật đƣợc lƣu oi m nơi an tồn z at nh Tiếp đó, ban tổ chức đƣa phƣơng án lựa chọn khác Cuối cùng, hệ thống sử dụng sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir tạo khóa cho ban z kiểm phiếu: Danh sách sở liệu có ngƣời ban kiểm @ gm phiếu hệ thống tự động chia thành mảnh khóa Ví dụ, danh sách thành viên m co l ban kiểm phiếu có ngƣời hệ thống tự động sinh mảnh khóa, phát cho an Lu (2) Cán bộ: Cán tiến hành đăng nhập vào hệ thống Khi cán login, hệ thống kiểm tra sở liệu xem có tồn tài khoản khơng Nếu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si 47 có, hệ thống chuyển sang giao diện Nếu không, hệ thống báo lỗi đăng nhập Tiếp theo cán lựa chọn phƣơng án mà muốn bỏ phiếu, submit vào hệ thống gửi đến trạm bỏ phiếu (3) Sau kết thúc bỏ phiếu, ban kiểm phiếu đăng nhập họ gửi mảnh khoá mà họ giữ lên hệ thống Khi mảnh khoá đƣợc tổng hợp đủ, hệ thống ghép mảnh khóa lại để khơi phục khóa bí mật, hệ thống sử dụng khố mật để giải mã phiếu cán thống kê kết cuối Tuy nhiên giới hạn luận văn mơ hình bỏ phiếu tín nhiệm mức độ đơn giản nhƣng theo ý lu an 3.3.7 Kết thực nghiệm n va Chƣơng trình bỏ phiếu lấy ý kiến mức độ tín nhiệm tổng cơng ty tn to xăng dầu Việt Nam với chức là: Ban tổ chức tạo sở liệu cho cán gh ban kiểm phiếu, cán bỏ phiếu ban kiểm phiếu thực kiểm phiếu tính p ie kết bỏ phiếu w d oa nl Giao diện chƣơng trình: ll u nf va an lu oi m z at nh z l gm @ Ban tổ đăng nhập vào hệ thống: va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu a, Đối với ban tổ chức m co Hình 3.4 Giao diện chƣơng trình ac th si 48 Hình 3.5 Ban tổ chức đăng nhập vào hệ thống Nếu sai tên đăng nhập mật khẩu, hệ thống báo lỗi Nếu hệ thống lu thông báo đăng nhập thành công an va Ở đây, Ban tổ chức có quyền đƣợc phân chia: sinh khố cho n tồn cán có sở liệu, chia sẻ khoá cho ban kiểm phiếu sửa đổi Khi ban tổ chức chọn nút “Tạo liệu cho cán bộ”, hệ thống tự động sinh ie gh tn to khố cho cán p khóa cho tồn cán có sở liệu, cán tham số d oa nl w khác để tăng tính bảo mật ll u nf va an lu m oi Hình 3.6 Thơng báo tạo sở liệu cán thành công z at nh z m co l gm @ an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si 49 Hình 3.7 Bảng danh sách cán sau đƣợc ban tổ chức tạo sở liệu Khi ban tổ chức chọn nút “Tạo liệu cho ban kiểm phiếu”, hệ thống sử dụng sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir tạo khóa cho ban kiểm phiếu, danh sách sở liệu có ngƣời hệ thống tự động chia thành mảnh khóa Ở ban kiểm phiếu có thành viên, hệ thống chia làm mảnh khóa cấp cho ngƣời mảnh: lu an va n Hình 3.8 Thơng báo tạo sở liệu ban kiểm phiếu thành công Cán đăng nhập vào hệ thống để bỏ phiếu Yêu cầu cán có tài khoản ie gh tn to b) Đối với cán p danh sách cán hệ thống sở liệu trung tâm đƣợc tham gia bỏ d oa nl w phiếu: ll u nf va an lu oi m z at nh z Hình 3.9 Cán đăng nhập vào hệ thống @ l đúng” Nếu “Bạn đăng nhập thành công” gm Nếu tên đăng nhập mật sai hệ thống báo “Bạn chƣa đăng nhập m co Tiếp theo, hệ thống hiển thị giao diện thông tin cán Cửa sổ đƣợc chia bỏ phiếu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu làm hai phần: Phần bên trái chứa thông tin cán bộ, phần bên phải phƣơng án ac th si 50 lu Hình 3.10 Quá trình bỏ phiếu an Khi cán vào chức sửa thơng tin cá nhân mình: n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m Hình 3.11 Cán cập nhật thông tin z at nh Cán chỉnh sửa thơng tin cá nhân có sai sót Sau nhấp chuột vào nút “CẬP NHẬT”, hệ thống tự động cập nhật thông tin mà cán z vừa thay đổi vào sở liệu hệ thống gm @ Cuối cùng, cán lựa chọn phƣơng án mà muốn bỏ phiếu sau ghi m co “Bạn chắn với phương án lựa chọn chưa?” l nhận việc nhấn vào nút “BỎ PHIẾU”, hệ thống đƣa thông báo xác nhận an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si 51 Hình 3.12 Thơng báo nhắc nhở lựa chọn cán Nếu chƣa nhấn vào nút “No” hệ thống đƣa cán giao diện bỏ phiếu Nếu chắn với phƣơng án lựa chọn nhấn vào nút “Yes” hệ thống đƣa lu thông báo xác nhận lại phƣơng án mà cán lựa chọn an n va p ie gh tn to nl w Hình 3.13 Thơng báo xác nhận lựa chọn cán d oa Hệ thống đƣa thông báo bỏ phiếu thành công tự đăng xuất tài khoản an lu cán sau cập nhật phƣơng án lựa chọn vào sở liệu hệ thống va c) Ban kiểm phiếu thực kiểm phiếu tính kết u nf Sau cán hoàn thành việc bỏ phiếu, nhiệm vụ ban kiểm phiếu ll tiến hành giải mã phiếu để kiểm phiếu Việc giải mã phiếu đƣợc thực m oi cách ghép mảnh khóa thành viên ban kiểm phiếu lại sau z at nh thực giải mã phiếu Nếu thiếu mảnh khóa thành viên ban kiểm phiếu việc kiểm phiếu khơng thực đƣợc Vì việc kiểm z hệ thống bỏ phiếu gửi mảnh khóa mà giữ m co Ban kiểm phiếu đăng nhập vào hệ thống bỏ phiếu: l gm @ phiếu đƣợc thực tất thành viên ban kiểm phiếu đăng nhập vào an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si 52 Hình 3.14 Ban kiểm phiếu đăng nhập vào hệ thống Hệ thống thông báo “Bạn chưa đăng nhập đúng” thành viên ban kiểm lu phiếu đăng nhập với TÊN ĐĂNG NHẬP MẬT KHẨU sai, ban kiểm an phiếu phải đăng nhập lại va n Ngƣợc lại, hệ thống thông báo “Bạn đăng nhập thành cơng với vai trị Khi ban kiểm phiếu đăng nhập thành cơng, hình hiển thị khóa mà ie gh tn to ban kiểm phiếu” p ngƣời thuộc ban kiểm phiếu giữ d oa nl w ll u nf va an lu m oi Hình 3.14 Mảnh khóa ban kiểm phiếu Cũng nhƣ cán bộ, ban kiểm phiếu xem sửa đổi thông tin cá nhân z at nh z m co l gm @ an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si 53 lu Hình 3.15 Ban kiểm phiếu cập nhật thông tin an va Ban kiểm phiếu thay đổi mật sau nhấn nút “Cập n nhật” để ghi nhận q trình sửa đổi Hệ thống đƣa thơng báo cập nhật thành công: to gh tn Hoặc khơng muốn thay đổi cán chọn nút “Thốt” để đăng xuất khỏi hệ ie thống p Từng thành viên ban kiểm phiếu phải thực công việc quan trọng nl w gửi mảnh khóa mà giữ tới sở liệu hệ thống cách nhấn d ll u nf va an lu khóa chƣa: oa nút “Gửi khóa”, hệ thống đƣa thông báo xác nhận cán chắn muốn gửi oi m z at nh z Hình 3.16 Thơng báo xác nhận q trình gửi mảnh khóa gm @ Nếu khơng đồng ý gửi mảnh khóa nhấn nút “No”, ngƣợc lại m co thơng báo “Đã submit khóa thành cơng” l chắn với phƣơng án lựa chọn nhấn nút “Yes”, hệ thống hiển thị an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si 54 Tất thành viên ban kiểm phiếu đồng ý gửi mảnh khóa mà giữ tiến hành kiểm phiếu cách nháy chuột vào nút “Kiểm phiếu”, hệ thống đƣa thông báo “Đã tổng hợp đủ mảnh khóa nhấn OK để ghép mảnh khóa”, lu Hình 3.17 Xác nhận tổng hợp đủ mảnh khóa an Tiếp tục nhấn “OK” hệ thống đƣa thông báo xác nhận “Các mảnh khóa va n khớp nhấn OK để kiểm phiếu”, lúc hệ thống tự động ghép mảnh khóa tn to lại thành khóa bí mật để giải mã Nhƣ vậy, nhờ áp dụng giao thức chia sẻ bí ie gh mật Shamir hệ thống bỏ phiếu phòng tránh đƣợc tốn “Thành viên ban kiểm p phiếu thơng gian sửa đổi nội dung phiếu” d oa nl w ll u nf va an lu oi m Hình 3.18 Thơng báo ghép mảnh khóa thành cơng z at nh Sau nhấn “OK” hệ thống đƣa kết bỏ phiếu nhƣ sau: z m co l gm @ an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si 55 lu an va n Hình 3.19 Kết bỏ phiếu tn to Ban kiểm phiếu công bố tất phiếu kín đƣợc chấp nhận Mỗi cán ie gh phải kiểm tra xem phiếu đƣợc cơng bố chƣa p Bất kì kiểm tra tính hợp lý phiếu kín xem tổng số phiếu kín có tổng số đăng kí hay khơng để ngăn chặn ban kiểm phiếu bỏ thêm w oa nl phiếu kín vào d Trên sở liệu: bảng CanBo đƣợc công khai, có hiển thị lựa lu an chọn cán cột “Chon” nhiên nhìn vào cán khơng thể chứng minh u nf va cho ngƣời khác biết đƣợc lựa chọn phƣơng án lựa chọn bị mã ll hóa thuật tốn ElGamal cải tiến Nhƣ giải đƣợc toán chống oi m mua bán phiếu z at nh z m co l gm @ an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si 56 Hình 3.20 Cơ sở liệu mơ hình bỏ phiếu tín nhiệm Kết thực nghiệm chƣơng trình thu đƣợc: Bảng thống kê đƣa đƣợc số phiếu bầu cho phƣơng án phƣơng án đƣợc lựa chọn nhiều Và hết kết bỏ phiếu đảm bảo đƣợc tính chất: tính bí mật phiếu, tính tồn vẹn phiếu yêu cầu xác thực phiếu 3.4 Phân tích vấn đề bảo mật cần đạt đƣợc An ninh: An ninh yêu cầu hàng đầu thiết kế hệ thống, phải đƣợc trọng toàn diện từ an ninh hệ thống hoàn chỉnh an ninh phiếu việc lƣu trữ phiếu sở liệu Độ tin cậy: Ứng dụng phải có chế xác minh phiếu lu an chúng đƣợc “bỏ” phải đảm bảo khơng có can thiệp hay thay đổi n va xảy phiếu bỏ tn to Tính linh hoạt thực tiễn cao: Hệ thống phải có khả làm việc nhiều gh ngày suốt kỳ bỏ phiếu p ie 3.5 Các tính chất đạt đƣợc w Tính tồn vẹn: Khi bảng thông báo đƣợc đƣa công khai, khơng thể có oa nl phiếu đƣợc mã hóa mà bị xóa khỏi bảng, ngƣời có d thể chứng minh đƣợc tính hợp lệ phiếu Vì khơng có phiếu đƣợc an lu mã hóa hợp lệ mà bị xử lý sai u nf va Tính bí mật: Bảo đảm tính bí mật phiếu riêng lẻ đƣợc đảm bảo an tồn hệ thống chia sẻ bí mật Bất kỳ nhóm t ngƣời kiểm phiếu khơng ll oi m giải mã đƣợc phiếu z at nh Tính hợp pháp: Mỗi cán có đƣợc định danh Định danh không hợp lý trùng bị loại Lá phiếu không hợp lệ khơng đƣợc tính z Tính xác minh phổ thơng: ngƣời kiểm tra phần @ gm chứng minh tính hợp lệ phiếu, tính tích phiếu hợp lệ xác minh tính m co chức l đắn việc giải mã cách kiểm việc sử dụng khóa bí mật ban tổ an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si 57 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Các kết đạt đƣợc a Nghiên cứu tài liệu để trình bày vấn đề sau: - Trình bày tổng quan hệ mật mã - Giới thiệu số thuật tốn mã hóa ElGamal cải tiến, mã hóa đồng cấu, chia sẻ bí mật, … b Thử nghiệm mơ hình bỏ phiếu tín nhiệm tổng công ty xăng dầu Việt Nam sử dụng thuật tốn ElGamal cải tiến sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir: Cài đặt chƣơng trình thuật tốn mã hóa phiếu sử dụng hệ mật mã lu an ElGamal cải tiến thứ khóa cán Mỗi cán khóa khác va n tn to Những hƣớng nghiên cứu tiếp theo: gh Nghiên cứu mơ hình bỏ phiếu, kiểm thử ứng dụng phạm vi p ie địa phƣơng cải thiện chất lƣợng công cụ d oa nl w Tối ƣu hóa hệ thống, cải thiện tốc độ xử lý liệu mơ hình ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phan Đình Diệu (2011), “Lý thuyết mật mã An tồn thông tin”, NXB Đại học quốc gia Hà Nội [2] PGS.TS Trịnh Nhật Tiến (2008), Giáo trình An tồn liệu, NXB Đại học Quốc Gia [3] Lƣu Hồng Dũng, Ngô Đăng Tiến, Trần Trung Dũng, Vũ Tất Thắng (2012), Phát triển số thuật tốn mật mã khóa cơng khai, Hội thảo @ lần thứ XV, trang 367-373 [4] Trịnh Nhật Tiến, Trƣơng Thị Thu Hiền (2010), Mã hóa đồng cấu ứng dụng, lu an Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên Công nghệ 26, trang 44- 48 n va [5] PGS.TS Trịnh Nhật Tiến, ThS Trƣơng Thị Thu Hiền, Về quy trình bỏ tn to phiếu từ xa, Trƣờng Đại học công nghệ - ĐHQGHN gh Tiếng Anh p ie [6] Andrea Huszti, “A homomorphic encryption-based secure electronic voting w scheme”, 2011 oa nl [7] Basso, A., F Bergadano, I Coradazzi and P D Checco (2004), “Lightweight d security for internet polls”, in: EGCDMAS lu an [8 Cyber Vote, Report on Review of Cryptographic Protocols and Security u nf va Techniques for Electronic Voting, 2002 [9] Craig Gentry and Shai Halevi (2011), “Implementing Gentry’s fully- ll oi m homomorphic encryption scheme”, In EUROCRYPT Hall/CRC z at nh [10] D.Stinson (2002), Cryptography Theory and Practice 2nd ed Chapman & z [11] Kristin Lauter, Michael Naehrig, and Vinod Vaikuntanathan, “Can @ gm Homomorphic Encryption be Practical?”, ACM, 2011 l [12] R.L Rivest, A Shamir, and L.M Adleman (1978), “A Method for Obtaining Digital Signatures and Public key Cryptosystems”/ Communication an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN m co ACM, Vol 21, No.2, pp 120-126 of the ac th si 59 [13] T ElGamal (1985), A public key cryptosystem and a signature scheme based on discrete logarithms IEEE Transactions on Information Theory, Vol IT-31, No pp 469–472 [ ] Zuzana Rjaskova ( 0 ) , E l e c t r o n i c V o t i n g S c h e m e s Department of Computer ScienceFaculty of Mathematics, Physics and Informatics Comenius University, Bratislava lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu va http://www.lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si