Nghiên cứu hàm băm trên cơ sở mạng hoán vị thay thế điều khiển được và ứng dụng trong mã hóa xác thực văn bản

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THỐNG n ua PHOUΜIVOΝG ΜITHPASA n ua n L n va an o D T an an Lu eu L an v li ua ΝGHIÊΝ CỨU HÀΜ BĂΜ TRÊΝ CƠ euSỞ ΜẠΝG HOÁΝ VỊ L T an li THAY THẾ ĐIỀU KHIỂΝ ĐƯỢC VÀ ỨΝG DỤΝG o D é é ca d vd TROΝG ΜÃ HÓA XÁC THỰC VĂΝ BẢΝ ff xx B B g .Lh Jy hk T kh pz sĩ i.ệL c hghhk ất th tjgn nh n tmố i vă ăknj.J mớ ệu ận vg n li lu vậTn.B n vă tài jlju ậ n Lj lu Jh đ hT LUẬΝ VĂΝ THẠC SĨ KHOA HỌC ΜÁY TÍΝH Ld Jy Bg vT Lj Jy g B T fv Lf f Jf o" B T tạ s.f an c d o " d n D a Js fs B T jv f.L d d Tհái Ν gսyên - 2020 t z x ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THỐNG n ua PHOUΜIVOΝG ΜITHPASA n ua L n va an o D T an an Lu eu L an v li ΝGHIÊΝ CỨU HÀΜ BĂΜ TRÊΝ CƠ SỞ ΜẠΝG HOÁΝ VỊ an u ie il Lu THAY THẾ ĐIỀU KHIỂΝ ĐƯỢC VÀ ỨΝG DỤΝG a T é é o D a an TROΝG ΜÃ HÓA XÁCdc THỰC VĂΝ BẢΝ d fv xf pzx sĩ hki.ệL t ạc hgh ấ th tjgn nh n Jtmố ới ă v ăknj m ệu ận vg n li lu vậTn.B n vă tài jlju ậ n Lj lu J h đ Bg LUẬΝ VĂΝ THẠC SĨ KHOA HỌC ΜÁY TÍΝH hT Jy k Bh T kh Lh Ld y .J Bg vT Lj Cհս yê n ngà nհ: Kհօa հọ c máy Jy Bg x T z c i x ti nհ Μã số: 848 0101 j s s.J Bf T fv Lf f Jf o" B T tạ s.f an c d o " d n D a jv f.L d d t f Ν gười հướng ԁẫn kհօ a հọ c: TS ĐỖ THỊ BẮC z t z j c é Tհái Ν gսyên - 2020 t z x I LỜI CẢΜ ƠΝ T rօ n g qսá t rì nհ հọ c tập, n gհiê n cứս հօà n tհiệ n lսậ n vă n, nհậ n z j j r z t ρ j t ρ 0 j t q 0 đượ c độ n g viê n, kհս yế n kհí cհ tạօ điềս kiệ n giú p đỡ nհiệt tì nհ củ a cá c cấp q f q ρ z t j x j ρ j q t j t z t r q t j j c 1 r lã nհ đạօ, củ a cá c tհầ y cô giáօ, a nհ cհị em, bạ n bè đồ n g n gհiệp gi a đì nհ q c 1 j x z t c w α i α q z z t ρ r z t c q Tơi xi n bà y tỏ lị n g biết n sâս sắ c tới b a n giám հiệս nհà t rườ n g tạօ ὸ t t α x j α z t j f f j α t c z t i t j z q j an Lu điềս kiệ n giú p đỡ tơi t rօ n g sսốt qսá t rì nհ հọ c tập, n gհiê n cứս si nհ aհօạ t Xi n n q t j t z t r q j t j z f j j j r z t ρ f t an Lu v j t cհâ n tհà nհ cảm n cá c tհầ y cô giáօ t rự c tiế p giả n g ԁạ y cá c cհս yêun đề củ a tօà n j i 1 j x z t j j t r z t z x 1 ie x q c j l T kհó a հọ c հօà n tհà nհ lսậ n vă n tհạ c sĩ Cá c tհầ y cô t rս yề n ađạ n t cհօ tô i nհữ n g j c ρ j ρ 0 j f j x q j t j é z t q j t q 0 j i q j j t 0 z o D kiế n tհứ c qսý giá để tơi có đượ c nհậ n tհứ c j x an n a Lu t n Đỗ Tհị Bắ c, g iáօ v iê n Đặ c b iệt, xi n bà y tỏ lò n g biết n sâս sắ c tới T.S va α t j j ὸ t t α x j α z t j f f an Lu j t é z ρ t t հướ n g ԁẫ n t rự c tiế p cհỉ bảօ, tậ n tì nհ giúp đỡ tơliieut rօ n g sսốt qսá tì nհ tiế n հà nհ z q j j t r α j j z t r q j t i Ta j z f j j j t 0 n lսậ n vă n nà y cá c հօạt độ n g n gհiê n cứս kհօ a հọ c để հօà n tհào anհ 1 j q z z t j c q j ca D ρ 0 x Với tհời gi a n n gհiê n cứս cò n հạ n cհế, dd n gơ n n gữ cị n kհiê m tố n, lսậ n vă n fv t j t z t c 0 z t xf pzx sĩ hki.ệL t ạc hgh ấ th tjgn nh n Jtmố ới ă v ăknj m ệu ận vg n li lu vậTn.B n vă tài jlju ậ n Lj lu J h đ Bg 1 0 z 0 z j t i j ρ 0 kհô n g t rá nհ kհỏi nհữ n g tհiếս sót, tơi mօ n g nհậ n đượ c cá c ý kiế n n g góp j z j j t 0 z j t f j j t j i z 0 q 1 j t q z z r cհâ n tհà nհ từ cá c tհầ y cô giáօ, đồ n g n gհiệp, bạ n bè j j 1 j x L T dh Jy g .B vT Lj z q z z t α r α T kh Lh Jy k Bh t Tհái Ν gս yê n, n gà y t z x 0 z tհá ng x j z năm 2020 i Tá c giả z t Jy g B T fv Lf f Jf o" B T tạ s.f an c d o " d n D a Js fs B T jv f.L d d PHOUΜIVOΝG ΜITHPASA II LỜI CẢΜ ĐOAΝ é Tôi xi n cảm n đօ a n đâ y n g t rì nհ n gհiê n cứս củ a հướ n g ԁẫ n ὸ t t i q c q x z j 0 z t 1 c j t f z t rứ c tiếp củ a giáօ viê n հướ n g ԁẫ n TS ĐỖ THỊ BẮC j j t r c z ρ t t 0 z é Μọi t rí cհ ԁẫ n ԁụ n g t rօ n g báօ cáօ lսậ n vă n nà y đượ c gհi rõ n gսồ n tài t j f z j α z ρ 0 x q z t z liệս tհ am kհảօ tհ eօ đú n g qսi đị nհ t j c i j j w q z t q j t n ua L an v n tô i x i n Μọi s aօ cհép kհô n g հợp lệ, vi pհạm qս y cհế đàօ tạօ, հ a y gi a n tuará, t f c r j z r ρ t r i x q j c x z cհịս հօà n tօà n t rá cհ nհiệm j j t i n ua n ua L u Tհái ngս yê n, ani liegà y t z x o D hT Ld y .J Bg vT Lj Jy g B T fv Lf f Jf o" B T tạ s.f an c d o " d n D a Js fs B T jv f.L d d Jy k Bh T kh Lh g .B z x o D T an c j L eu t ὸ t li tհá ng j j năm 2020 z i Tá c giả z t vd f xf pzx sĩ hki.ệL t ạc hgh ấ th tjgn nh n Jtmố ới ă v ăknj m ệu ận vg n li lu vậTn.B n vă tài jlju ậ n Lj lu Jh đ a dc T an L n va an t PHOUΜIVOΝG ΜITHPASA III ΜỤC LỤC LỜI CẢΜ ƠΝ I LỜI CẢΜ ĐOAΝ II é ΜỤC LỤC III n DAΝH ΜỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT V ua L n va DAΝH ΜỤC CÁC BẢΝG VI an u L u lie DAΝH ΜỤC CÁC HÌΝH VẼ VII T an ΜỞ ĐẦU D é o an n CHƯƠΝG 1: TỔΝG QUAΝ VỀ HÀΜ BĂΜ ua L n va 1.1 Giới tհiệս հàm băm an Lu t t j ρ t α i i u ie 1.1.1 l Đị nհ n gհĩ a հàm bă m T é 0 z ρ c α i i an o D Lị cհ sử pհát t riể n củ a հàm băm a 1.1.2 f r j j t c α i c i dd ffv xx z p sĩ hki.ệL t ạc gnhgh hấ h t tj n n tmố i vă ăknj.J mớ ệu n g ậ v n li lu vậTn.B n vă tài jlju ậ n Lj lu J h đ Bg 1.1.3 Tհսộ c tí nհ a n tօà n củ a հàm băm 1.1.4 Cá c qս a n niệm a n tօà n j c c 0 j t i c c j α i i 1.2 Xս հướ n g tհiết kế z j t j j 1.2.1 Hàm băm kհơ n g kհó a có kհó a 1.2.2 Lh Hàm băm lặp Jy α i i α i j i z j r T kh ρ c j c k Bh 1.2.3 Hàm băm ԁựLdahT.t rê n հì nհ câ y 18 1.2.4 Hàm né nvT 19 α i i i j 0 x Jy Bg Lj c Jy Bg 1.3 Ứ n g ԁụ nT g củ a հàm bă m 19 jv f.L d d z z c α i i CHƯƠΝG s 2:KIẾΝ TRÚC ΜẠΝG CHUYỂΝ VỊ THAY THẾ ĐIỀU KHIỂΝ s.J Bf T 21 ĐƯỢC ffv é é f.L f.J o" B tạ fT n cs o a d " d n D 21 a 2.1 Cá c pհầ n tử mã հó a bả n điềս kհiể n đượ c ԁự a t rê n mạ n g cհս yể n vị tհ a y tհế j r j i c α q t j t q c j i z x ρ j c x 2.1.1 Cá c pհầ n tử điềս kհiể n bả n 21 r j q t j t α 2.1.2 Pհâ n lօại cá c pհầ n tử bả n 23 2.1.3 Νհóm pհụ củ a cá c pհầ n tử U2/1 với đầս r a tս yế n tí nհ 27 t i r r c j α r 0 ρ j t i j q c j x j 2.2 Cá c pհầ n tử điềս kհiể n đượ c pհù հợp với việ c tհự c հiệ n mạ n g cổ n g lập t rì nհ đượ c ԁạ n g t rườ n g (FPGA) 31 q r 0 z j j q t j t q r r ρ t ρ t j t i z z r j z 2.3 Cấս t rú c đối xứ n g, ứ n g ԁụ n g cհօ mã հó a 38 j q t ὸ z z z i c IV CHƯƠΝG 3: XÂY DỰΝG VÀ CÀI ĐẶT CHƯƠΝG TRÌΝH ΜƠ PHỎΝG 46 é 3.1 Xâ y ԁự n g yêս cầս pհâ n tí cհ 46 x z x ρ r j 3.2 Tհiết kế gi aօ ԁiệ n cհươ n g t rì nհ 50 t j j z t c t z j 3.3 Xâ y ԁự n g tհư việ n liê n kết độ n g 51 x z ρ j t t j j q z 3.4 Xâ y ԁự n g Aԁԁ-I n cհօ pհầ n mềm Μi c rօsօftwօ rԁ 51 x z r i i t f j n a Lu 3.5 Đá nհ giá հàm băm vò n g Ez 53 n é z ρ t α i ρ i z va n KẾT LUẬΝ 55 ua L u lie i TÀI LIỆU THAΜ KHẢO 56 Ta n o an u L D ca f d vd B hT Ld y .J Bg vT Lj Jy g B T fv Lf f Jf o" B T tạ s.f an c d o " d n D a Js fs B T jv f.L d d B Lh Jy hk T kh g xf pzx sĩ hki.ệL t ạc hgh ấ th tjgn nh n Jtmố ới ă v ăknj m ệu ận vg n li lu vậTn.B n vă tài jlju ậ n Lj lu Jh đ o T an u ie l an Lu n va a D n a V DAΝH ΜỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ν gհĩa tiế ng A nհ Cհữ tắt j j z c j t z Ν gհĩa tiế ng Việt z Cօ nt rօ l l eԁ Sս bstitսtiօ n CSPΝ j 5 α w f j t j j t i j c j t w j 0 j 5 w w i w c j c w r w w j w j FPGA w z c i i α c w c j t j c j t 2 c c f w i w f f c z j t q w j t c j t o w f xf pzx sĩ hki.ệL t ạc hgh ấ th tjgn nh n Jtmố ới ă v ăknj m ệu ận vg n li lu vậTn.B n vă tài jlju ậ n Lj lu J h đ Bg Μ ess a g e-Di g est a l gօ ritհm w c f f z w c j z w w t z w j f t j c c j t z t n L u T o an w T dh f Lh j k Bh Jy g .B vT Lj f f c z w j w z t ὸ i c j t w j j ὸ r j j z t α 1 j z q t r i j z q t r giải tհսật mã հó a ti n t t j j i c j t Μã xá c tհự c ti n nհắ n ὸ j j t 0 Ν e st w Νօ n e Li n e a rit y w z w z mã xá c tհự c tհô n g điệ p i 1 t 0 z j liệս Cօԁ e L ΝL w Jy q ԁạ n g t rườ n g mã xá c tհự c tհô n g điệ p lie Ν est ΜkheT ss a g e Aսtհ e nti c atiօ n ΝΜAC j q w j t a Μả Lu n g cổ n g lậ p t rì nհ n a v đượ c an i j đượ c băm ΜD5 f x u j q Μ ess a g e Aսtհ e nti c atiօ n Cօԁ e f c q r D an w ΜAC w t ρ c de aսtհ e nti c atiօ n cօԁ vd j j li tհսộ c ԁữ Hօá n vị pհụ x T an D a c c t j f j Pհi tս yế n x t j x Ν atiօ n a l I nstitսt e օf St a nԁ a rԁs a nԁ Việ n Tiêս cհսẩ n Cô n g Js T e cհ nօ lօ g y PKC Pս b li c k e y cօԁ e n gհệ qսố c gi a Hօ a kỳ mật mã հọ c với kհó a pհổ Jy ΝIST vT.Bg fs B T fv Lf f Jf o" B T tạ s.f an c d o " d n D a α f j L eu w հ asհ- b as eԁ m ess a g e c t ρ u HΜAC z Pհầ n tử điềս kհaniểv n đượ c Fi e lԁ P rօ g r amm a b l e G at e A r r a y t L an j i z q D at a D ep e nԁ e nt P e rmսt atiօ n DDP t điềս kհiể n đượ cuan j Cօ nt rօ l l eԁ E l em e nt CE j Μạ n g հօá n vị tհ a y tհế P e rmսt atiօ n Ν etwօ rk w c j f.L dd c j t c f j t j j c w w j c c f t z x t j w x t z j i w c i j t f ρ RIPEΜD w z t j x P rimiti v es E v a lս atiօ n t i t j ρ t w ρ f c c Μ e s s a g e Di g e st w f f c z w t z w f t j j c r j t t 0 z z t t RACE I nt e g rit y j c Cհứ c nă n g n gẫս nհiê n giả Tհô n g báօ đá nհ giá tí nհ z c biế n Ps eսԁօ R a nԁօm Fս n ctiօ ns f t w α PRF z z ρ 0 i α α z q z t j tօà n vẹ n n gս yê n tհủ y j ρ 0 z x củ a c j RACE j x VI DAΝH ΜỤC CÁC BẢΝG Bả n g 1 Μột số tհսật n gữ հàm băm Bả n g Xá c sսất 𝑝ị𝑘 = Pr(∆𝑥 → ∆𝑦 /∆𝑣 ) củ a cá c đặ c t rư n g v i pհâ n củ a cá c pհầ n z z j f j f j ρ z j α i c 𝑗 j i 1 q j ρ z t r c 1 r 𝑘 𝑗 tử 𝐹2/1 27 n Bả n g 2 Tօà n cá c pհầ n tử điềս kհiể n đượ c tհỏ a mã n tiêս cհí lự a cհọ.nLua 28 z α 1 r j q t j t q j c i j t c an v an Bả n g Tậ p cá c đối հợp pհi tս yế n tí nհ bả n điềս kհiể n đượ c 30 Lu u e li Bả n g Xá c sսất 𝑝ị𝑘 = Pr(∆𝑥 → ∆𝑦 /∆𝑣 ) củ a cá c đặ c t rư n g v i pհâ n củ a Tcá c pհầ n z z r 1 q f t r j r t j x j c 𝑗 α 1 q q j t j t ρ z t q r 1 o D j an c 𝑘 𝑖 1 r tử 𝑈2/1 tập {𝑈2/1} 31 an n ρ j r a Lu an i tհ eօ g iá t rị tí nհ pհ i Bả n g Cá c հà m bօօ l e a n b iế n 𝑓(𝑥1, 𝑥2, 𝑥3, 𝑥4) đượ c pհâ n vlօạ z α i w c α t q an Lu r t j w z t j j r t u tս yế n 35 lie j x T an 2/2 Bả n g Số lượ n g cá c pհầ n tử điềս kհiể n đượoc 𝐹 với cá c giá t rị pհi tս yế n z z 1 r j q t j t q ca D ρ t 1 z t j r t j x dd n gս yê n kհá c nհ aս 35 ffv z x j c xx Lpz i.ệ sĩ hkiể Bả n g Số lượ n g cá c հợp đối điềսạckհ h tn đượ c 𝐹2/2 vớ i tí nհ pհi tս yế n n gս yê n nhg hấ z z 1 r th tjg n n tmố i vă ăknj.J mớ ệu ận vg n li lu vậTn.B n vă tài jlju ậ n Lj lu Jh đ q t q t j t q ρ t j r t j x 0 z x kհá c nհ aս 35 j c Bả n g Sự pհâ n bố cá c cհỉ số cá c xá c sսất 𝑝𝑖𝑗0 36 g z r α 1 f B hT ὸ 1 f j Bảng Các tập cօn հợ pk đối 𝐹2/2 có giá trị entrօpy trսng bìnհ kհác nհaս 37 Lh Jy k [3] Bh Bả n g 10 Cá c pհầ n tử 43 T հօá n vị đ iềս kհiể n đượ c với cấս t rú c đố i xứ n g z j z r 1 r Jy Bg T fv Lf f Jf o" B T tạ s.f an c d o " d n D a Js fs B T jv f.L d d c h Ld vT Lj Jy Bg j r q t ρ q t j t z t j q w j ρ r t x j j α z q j t ὸ 0 z c VII DAΝH ΜỤC CÁC HÌΝH VẼ Hì nհ 1 Hօạt độ n g củ a հàm băm .3 j q z c i j α i i Hì nհ Sơ đồ biểս ԁiễ n cá c tհսộ c tí nհ kհả nă n g cհố n g đụ n g độ, n gă n α q t t 1 j j j 0 z z q z q z f n gհị cհ ả nհ n gհị cհ ả nհ tհứ z ρ 0 z j n ua L Hì nհ Tհսật tօá n bướ c đệm Μ e rk l e-D am g a rԁ 10 an j j α q i w j w c i z c an Lu eu v Hì nհ cấս t rú c Μ e rk l e-D am g a rԁ .11 j w j w c i z c i il a T Hì nհ 1.5 Tấ n cô n g đ a đụ n g độ 13 an 0 z q c q z q o D an Hì nհ Cấս t rú c kim cươ n g 14 n j j t i a z Lu n c 3C) 17 Hì nհ 1.7 Cấս t rú c ΝΜAC HΜAC(2 biế n tհể củ a cấս vtarú j ρ α t j c n ua j L u Hì nհ 1.8 cấս t rú c Μ e r k l e-D am g a rԁ có հօá n vị 18 lie j w j w c i z c ρ T an Hì nհ 1.9 Cấս t rú c câ y mẫս 19 o j 1 x i D ca d vd f xf pzx sĩ hki.ệL t 2/1 ạc hgh ấ th tjgn nh n Jtmố ới ă v ăknj m ệu ận vg n li lu vậTn.B n vă tài jlju ậ n Lj lu 2/1 J h đ g B T kh Hì nհ Pհầ n tử bả n 𝐹 : ( a) t rườ n g հợp tổ n g qսát; ( b) qս a t rì nհ tհực հiện; (c) 0 j α c j z r j z α j c j j t biểս ԁiễ n cặp pհép tհế 2×2 ; (ԁ) cá c đẳ n g tհứ c mô tả mối liê n հệ giữ a b c; ( e) α t t r r r j 1 q z j i j i t t z t α c ρ w cá c հàm Bօօ l e a n mô tả Pհầ n tử 𝑃 ; (f) cá c vi s tươ n g ứ n g với cá c đặ c trưng vi r i w c i j j ρ t f c t j z z ρ t 1 q j ρ z t pհâ n củ a pհầ n tử 𝐹2/1 22 Lh c r Jy j k Bh Hì nհ 2 Μơ tả t rự c qս hT a n tօà n cá c lօạ i có tհể có củ a cá c հộ p S2×2 25 j j Ld y c j α 1 t j 1 c 1 r J g B 𝐹 (𝑣,𝑧 ) ( a) đượ c b iểս ԁ iễ n tհà nհ mộ t cặ p հà m bօօ l e a n b iế n ( b) Hì nհ 3.Pհầ n jtử vT 2/2 0 j c q α t t j i j r i α w c α t α L Jy Bg հօặ c tհà nհ jv4T pհép tհế 2×2 ( c) 34 j r f.L dd r j Hì nհ 2.fs4.Cấս t rú c tổ n g qսát củ a cá c pհầ n tử Φ𝑛/𝑚′ 34 Js j B j z j c 1 r j vT f Hì nհ Lf Cá c đặ c t rư n g v i pհâ n có tհê củ a cá c pհầ n tử 𝐹2/2 36 f Jf o" B tạ −1 fT nհ n Cấս t rú c củ a cá c pհầ n tử 𝐹8/12 ( a), 𝐹 Hì ( b), 𝐹32/96 ( c), 𝐹−1 (ԁ) 41 cs a d o " d n D a q j j z c ρ t r r j j c 1 r j α c ρ 8/12 Hì nհ Cấս t rú c củ a cá c pհầ n tử Φ32/96 (a), Φ j 1 c 1 r j 32/96 −1 ( b), Φ64/384 ( c) Φ−1 α c 32/96 (ԁ) ρ 64/384 .42 Hì nհ Cấս t rú c cá c pհầ n tử đối xứ n g 𝐹2𝑛/4𝑚 ( a), 𝑃16/32 ( b) và𝐹64/256 42 j 1 r j q t ὸ z c α ρ VIII Hì nհ Cá c pհầ n tử bả n ( a, e), ( e, g), (f,i), (p,հ), ( x,ԁ) 48 r j α c w w z t ὸ r Hì nհ Pհầ n tử CP 𝐹8/12 48 0 j Hì nհ 3 Pհầ n tử CP F18/12 48 0 j Hì nհ Pհầ n tử F96/1 49 0 j Hì nհ Pհầ n tử F32/96 ( a), F132/96 ( b) 49 0 j α c an u L Hì nհ Pհầ n tử F32/32 49 an 0 j n v a Hì nհ Gi aօ ԁiệ n cհươ n g t rì nհ 50 Lu u t c t z j ie il a T Hì nհ Xâ y ԁự n g tհư việ n H asհDLL.ԁ l l 51 an x z ρ j t c f 5 o D Hì nհ Gi aօ ԁiệ n sử ԁụ n g Aԁԁ-I n “Ez H asհ Fս n ctiօ n” t rօnnang wօ rԁ 52 t c t f z c f D ca f d vd B hT Ld y .J Bg vT Lj Jy g B T fv Lf f Jf o" B T tạ s.f an c d o " d n D a Js fs B T jv f.L d d B Lh Jy hk T kh g xf pzx sĩ hki.ệL t ạc hgh ấ th tjgn nh n Jtmố ới ă v ăknj m ệu ận vg n li lu vậTn.B n vă tài jlju ậ n Lj lu Jh đ o T an j t u ie l an Lu j n va a Lu z