(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Chữ Ký Số Ngưỡng Và Khả Năng Ứng Dụng Trong Công Nghệ Blockchain

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Lê Trọng Quý NGHIÊN CỨU CHỮ KÝ SỐ NGƯỠNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI - 2022 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Lê Trọng Quý NGHIÊN CỨU CHỮ KÝ SỐ NGƯỠNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 8.48.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐẶNG MINH TUẤN HÀ NỘI - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu chữ ký số ngưỡng khả ứng dụng công nghệ Blockchain” hướng dẫn thầy giáo - TS Đặng Minh Tuấn cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nghiên cứu luận văn trung thực, tài liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Hà Nội, ngày 12 tháng 05 năm 2022 Học viên Lê Trọng Quý ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Học viện cơng nghệ Bưu Viễn thơng nói chung Thầy/Cơ giảng dạy tơi nói riêng, Thầy/Cơ truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt q trình tơi học tập Học viện Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy giáo - TS Đặng Minh Tuấn, người dìu dắt hướng dẫn tơi suốt q trình thực luận văn Sự bảo định hướng thầy giúp nghiên cứu giải vấn đề cách khoa học đắn Tiếp theo, xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, bạn gái anh chị em đồng nghiệp động viên, giúp đỡ vượt qua khó khăn học tập, cơng việc sống Trong trình thực luận văn, dù cố gắng tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận đóng góp ý kiến từ Thầy/Cô bạn để luận văn tơi hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng 05 năm 2022 Học viên Lê Trọng Quý iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT .iv DANH SÁCH HÌNH VẼ v PHẦN MỞ ĐẦU vi Lý chọn đề tài 2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu PHẦN NỘI DUNG .4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHỮ KÝ SỐ VÀ CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN .4 1.1 Tổng quan chữ ký số .4 1.1.1 Chữ ký số loại chữ ký số 1.1.2 Chữ ký số tập thể .8 1.1.3 Chữ ký số ngưỡng .9 1.1.4 Đa chữ ký 12 1.2 Công nghệ Blockchain .15 1.2.1 Những đặc điểm Blockchain 15 1.2.2 Cấu trúc chế hoạt động 16 1.2.3 Ứng dụng Blockchain thương mại điện tử 17 1.3 Một số thuật toán đồng thuận công nghệ Blockchain 19 1.3.1 Thuật tốn đồng thuận .19 1.3.2 Các loại thuật toán đồng thuận 20 iv 1.4 Ứng dụng chữ ký số ngưỡng vào công nghệ Blockchain giao dịch tài 22 1.4.1 Ví ngưỡng 23 1.4.2 Hợp đồng thông minh .24 1.5 Kết luận chương 24 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH CHỮ KÝ SỐ NGƯỠNG TRÊN CƠ SỞ HỆ MẬT TRÊN ĐƯỜNG CONG EDWARDS 26 2.1 Hệ mật đường cong Edwards 26 2.1.1 Đường cong Elliptic 26 2.1.2 Hệ mật đường cong Edwards (EdDSA) 30 2.2 Xây dựng mơ hình chữ ký số ngưỡng đường cong Edwards .32 2.3 Phân tích tính hiệu mơ hình 35 2.4 Kết luận chương 37 CHƯƠNG ỨNG DỤNG CHỮ KÝ SỐ NGƯỠNG TRONG CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN 38 3.1 Triển khai thử nghiệm mơ hình 38 3.2 Phân tích đánh giá ưu nhược điểm mơ hình 45 3.3 Kết luận chương 46 PHẦN KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt EdDSA ECDSA CA TSS Tiếng Anh Tiếng Việt Edwards-curve Digital Thuật toán sinh chữ ký số dựa đường Signature Algorithm cong Edwards Elliptic Curve Digital Thuật toán sinh chữ ký số dựa đường Signature Algorithm cong Elliptic Certificate Authority Nhà cung cấp chứng thực số Threshold Signature Scheme Lược đồ chữ ký ngưỡng PKC Public Key Cryptography Khố mã hố cơng khai MPC Multi-party Computation Tính tốn nhiều bên an tồn DKG Multisig DLT DSA Distributed Key Generation Tạo khóa phân tá Multi-Signature Distributed Ledger Technology Đa chữ ký Sổ phân tán Digital Signature Algorithm Giải thuật ký số vi DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1 Minh họa đường cong Elliptic 28 Hình 2.2 Mơ tả phép cộng tiến hành đường cong Elliptic 28 Hình 2.3 Mơ tả phép nhân tiến hành đường cong Elliptic 29 Hình 2.4 Đường cong Edwards 30 Hình 2.5 So sánh đồ thị biểu diễn Edwads Elliptic .32 Hình 2.6 So sánh hiệu Edwads Elliptic 32 Hình 2.7.a) Luồng EdDSA b) Luồng ECDSA 33 Hình 2.8 So sánh tốc độ thuật tốn băm 33 Hình 2.9 Quy trình chữ ký số Edwards với BLAKE2 .34 Hình 2.10 Hàm ký sử dụng thuật toán BLAKE2 .34 Hình 2.11 Xác minh chữ ký .35 Hình 2.12 So sánh thời gian ký xác minh giao dịch 36 Hình 2.13 So sánh thời gian luồng xử lý dung lượng cache giao dịch .36 Hình 3.1 Cấu hình số lượng node ngưỡng chữ ký giao dịch .38 Hình 3.2 Cấu trúc EdDSA key 39 Hình 3.3 Cấu hình ký giao dịch EdDSA 40 Hình 3.4 Tạo ví qua api Zilliqa 40 Hình 3.5 Thơng tin ví vừa tạo lưu client_db 41 Hình 3.6 Nạp ZIK token vào ví 42 Hình 3.7 Kiểm tra thơng tin ví qua Dev Wallet .42 Hình 3.8 Kiểm tra thơng tin địa số dư qua api Zilliqa 42 Hình 3.9 Start demo server .43 Hình 3.10 Mã code tạo giao dịch chuyển token .43 Hình 3.11 Tạo giao dịch gửi 1000 ZIL đến ví khác 44 Hình 3.12 Giao dịch pass qua ngưỡng chữ ký 45 Hình 3.13 Kiểm tra giao dịch viewblock qua mã transactionId .45 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Blockchain xu công nghệ thời đại, áp dụng nhiều ngành nghề lĩnh vực khác Có quốc gia hay doanh nghiệp lớn bỏ nhiều tiền thời gian để đầu tư nghiên cứu cơng nghệ Blockchain tính ứng dụng cao độ bảo mật tuyệt vời Trong giao dịch tài chính, người thực quan sát trạng thái chuyển giao Blockchain theo thời gian thực, thay khơng biết tình trạng giao dịch giao dịch kết thúc, vấn đề thường xảy hệ thống hành Tính minh bạch khơng đổi áp dụng với giá trị ghi Blockchain Chữ ký số chế mật mã hóa sử dụng để kiểm tra độ chân thực tính tồn vẹn liệu số, xem phiên kỹ thuật số chữ ký tay thông thường, với mức độ phức tạp bảo mật cao Lược đồ Chữ ký Ngưỡng (Threshold Signature Scheme - TSS) thuật toán mã hóa, sử dụng để tạo khóa phân tán chữ ký Sử dụng TSS máy người dùng (máy khách) Blockchain mơ hình mang đến nhiều lợi ích, đặc biệt lĩnh vực bảo mật Chữ ký ngưỡng nâng cao khả bảo mật hệ thống trì tính phân tán Blockchain Vì xin chọn đề tài “Nghiên cứu chữ ký số ngưỡng khả ứng dụng công nghệ Blockchain” làm luận văn tốt nghiệp trình độ Thạc sĩ Tổng quan vấn đề nghiên cứu Thuật toán đồng thuận giúp bảo vệ Blockchain chứng minh hiệu Tuy nhiên với phát triển cơng nghệ, có số dạng cơng tiềm thực để nhắm vào mạng Blockchain Với việc ứng dụng chữ ký số ngưỡng vào, có tập hợp bên tham gia vào q trình tính tốn khóa cơng khai, bên nắm giữ phần bí mật khóa cá nhân (các phần thơng tin bí mật giữ kín với bên cịn lại) Từ khóa cơng khai, lấy địa công khai theo cách thức giống hệ thống truyền thống, khiến cho Blockchain biết địa tạo Cơ chế có ưu điểm khóa cá nhân khơng cịn điểm lỗi nữa, bên nắm giữ phần Vì tăng tính an tồn cho bên tham gia Mục đích nghiên cứu Blockchain cơng nghệ lưu trữ truyền tải thông tin liệu khối (block) liên kết với mở rộng theo thời gian Từng khối chứa đựng thông tin thời gian khởi tạo liên kết với khối trước Bản chất Blockchain tính phi tập trung ý tưởng chia sẻ tin tưởng bên tham gia hệ thống Lược đồ chữ ký ngưỡng giải pháp cho vấn đề nói Mục tiêu nghiên cứu cụ thể trình bày luận văn sau: - Nghiên cứu chữ ký số ngưỡng, công nghệ Blockchain - Ứng dụng chữ ký số ngưỡng vào công nghệ Blockchain giao dịch tài - Đánh giá tính khả thi Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Chữ ký số ngưỡng công nghệ Blockchain Phạm vi nghiên cứu luận văn: Cơ sở lý thuyết liên quan tới chữ ký số, chữ ký số ngưỡng, công nghệ Blockchain ứng dụng chữ ký số ngưỡng công nghệ Blockchain Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu chữ ký số, chữ ký số ngưỡng cơng nghệ Blockchain Một số thuật tốn đồng thuận ứng dụng Blockchain ưu điểm, nhược điểm chúng Sử dụng báo, tạp chí khoa học công bố công nhận hội đồng khoa học