(Luận văn) một hệ mật xây dựng trên sơ đồfeistel không cân bằng và khả năng ứng dụng trên hàm băng

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - ĐÀO MINH THÀNH MỘT HỆ MẬT XÂY DỰNG TRÊN SƠ ĐỒ FEISTEL KHÔNG CÂN BẰNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG HÀM BĂM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI - 2017 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - ĐÀO MINH THÀNH MỘT HỆ MẬT XÂY DỰNG TRÊN SƠ ĐỒ FEISTEL KHÔNG CÂN BẰNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG HÀM BĂM Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGÔ ĐỨC THIỆN HÀ NỘI - 2017 i LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật đƣợc thực Học viện Công nghệ Bƣu Viễn thơng Học viên xin tỏ lịng biết ơn đến thầy giáo TS Ngô Đức Thiện trực tiếp định hƣớng, tạo điều kiện suốt trình nghiên cứu Học viên xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Học viện Cơng nghệ Bƣu Viễn thơng tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bảo vệ luận án thời gian nghiên cứu Học viên xin cảm ơn khoa Quốc tế Đào tạo sau đại học, nhƣ đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành đƣợc đề tài nghiên cứu Cuối biết ơn tới gia đình, bạn bè thơng cảm, động viên giúp đỡ cho học viên có đủ nghị lực để hoàn thành luận án Hà Nội, tháng 12 năm 2016 ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .vi PHẦN MỞ ĐẦU 1 MỞ ĐẦU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẬT MÃ HỌC .4 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.2 CÁC HỆ MẬT MÃ KHĨA BÍ MẬT 1.2.1 Sơ đồ khối chức hệ mật mã khóa bí mật 1.2.2 Các hệ mật thay 1.2.3 Các hệ mật hoán vị (MHV) 1.2.4 Chuẩn mã liệu DES 10 1.2.5 Ƣu nhƣợc điểm mật mã khóa bí mật 13 1.3 HỆ MẬT KHĨA CƠNG KHAI 14 1.3.1 Sơ đồ chức 14 1.3.2 Một số toán xây dựng hệ mật khóa cơng khai 15 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 17 iii CHƢƠNG HỆ MẬT MÃ KHỐI THEO SƠ ĐỒ FEISTEL KHÔNG CÂN BẰNG 18 2.1 NHÓM NHÂN CYCLIC TRÊN VÀNH ĐA THỨC 18 2.1.1 Định nghĩa nhóm nhân cyclic vành đa thức .18 2.1.2 Các loại nhóm nhân cyclic vành đa thức 20 2.2 CẤP SỐ NHÂN CYCLIC TRÊN VÀNH ĐA THỨC 21 2.2.1 Khái niệm cấp số nhân cyclic vành đa thức 21 2.2.2 Phân hoạch vành đa thức 23 2.3 HỆ MẬT XÂY DỰNG TRÊN CÁC CẤP SỐ NHÂN CYCLIC .27 2.3.1 Mô tả hệ mật 27 2.3.2 Đánh giá tính khuếch tán hệ mật 30 2.4 KẾT LUẬNCHƢƠNG 33 CHƢƠNG ỨNG DỤNG HỆ MẬT VÀO HÀM BĂM MDC 34 3.1 CƠ BẢN VỀ HÀM BĂM 34 3.1.1 Mở đầu 34 3.1.2 Các định nghĩa tính chất 35 3.2 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG HÀM BĂM .37 3.2.1 Các hàm băm khố (MDC) 37 3.2.2 Các hàm băm có khố (MAC) 40 3.2.3 Một số hàm băm xây dựng theo thuật toán riêng biệt .41 3.3 CÁC LOẠI TẤN CÔNG HÀM BĂM CƠ BẢN 48 3.4 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TOÀN VẸN DỮ LIỆU VÀ XÁC THỰC THÔNG BÁO 50 3.5 ÁP DỤNG HỆ MẬT VÀO XÂY DỰNG HÀM BĂM KHƠNG KHĨA 51 3.6 KẾT LUẬNCHƢƠNG 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT AES AdvancedEncryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến CGP CyclicGeometicProgressions Cấp số nhân cyclic CMG CyclicMultiplicateGroup CyclicRedundancyCheck Nhóm nhân cyclic Mã kiểm soát lỗi CollisionResistantHashFunction Hàm băm chống va chạm CS Chu trình d0 d0 Khoảng cách Hamming deg DEA Degree DataEncryptionAlgorithm Bậc đa thức Mã hóa liệu DES DataEncryption Standard Chuẩn mã liệu e ( x) e ( x) Đa thức lũy đẳng Field Trƣờng Group Nhóm CRC CRHF C S G GF(p) Trƣờng đặc số p h Hash Hàm băm I MAC Ideal MessageAuthenticationCode Mã xác thực thông điệp MDC ManipulationDetectionCode Mã phát sửa đổi ord Order Cấp đa thức R RSA Ring RivestShamirAdleman Vành Hệ mật RSA SHA SecureHashAlgorithm Thuật giải hàm băm an toàn v DANH MỤC CÁC BẢNG -1 12 Bảng 1.1 Bảng IP IP Bảng 2.1 Một vài khoảng cách Hamming mã thay đổi bit Bảng 2.2 Một vài khoảng cách 31 Hamming cặp mã thay đổi khóa 32 Bảng 3.1 Thông số hàm băm họ MD4 43 Bảng 3.2 Ký hiệu thông số biến 44 Bảng 3.3: Các phiên SHA 44 Bảng 3.4 Mộtvài khoảng cách Hamming ) thay đổi bit rõ ( 53 đầu vào Bảng 3.5 Một vài khoảng cách Hamming ( ) thay đổi khóa 55 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối chức hệ mật khóa bí mật Hình 1.2 Sơ đồ mã hóa DES 11 Hình 1.3 Mơ tả hàm f DES 12 Hình 1.4 Các bƣớc tạo khóa cho vịng mã hóa DES 13 Hình 1.5 Sơ đồ khối chức hệ mật khóa cơng khai 14 Hình 2.1 Sơ đồ mã hóa hệ mật 27 Hình 2.2 Mạch mã hóa hàm f 29 31 Hình 2.3 Mạch mã hóa tƣơng ứng ki = + x + x (0.3.31) 29 Hình 3.1 Phân loại hàm băm 36 Hình 3.2 Các sơ đồ hàm băm b) Davies-Mayer c) Miyaguchi – Preneel đơn a) Matyas-Mayer–Oseas; 37 Hình 3.3 Thuật tốn MDC-2 39 Hình 3.4 Thuật toán MDC-4 40 Hình 3.5 Sơ đồ Miyaguchi – Preneel 41 Hình 3.6 Tƣơng tác mở rộng thông báo thao tác bƣớc 41 Hình 3.7 Quá trình nhồi thêm bit vào thông điệp ban đầu SHA-1 45 Hình 3.8 Cấu trúc khối liệu giải thuật SHA-1 46 Hình 3.9 Hàm nén SHA-1 bƣớc 47 Hình 3.10: SHA xử lý khối liệu 512 bit 48 Hình 3.11.Tồn vẹn liệu dùng MAC 51 vii Hình 3.12.Tồn vẹn liệu dùng MDC mã hóa 51 Hình 3.13.Toàn vẹn liệu dùng MDC kênh tin cậy 51 Hình 3.14 Sơ đồ hàm băm 52 PHẦN MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU Trong phát triển xã hội loài ngƣời, kể từ có trao đổi thơng tin, an tồn thơng tin trở thành nhu cầu gắn liền với nó, từ thủa sơ khai an tồn thơng tin đƣợc hiểu đơn giản giữ bí mật Với phát triển khoa học kỹ thuật công nghệ, với nhu cầu đặc biệt có liên quan tới an tồn thơng tin ngày cần có yêu cầu kỹ thuật đặc biệt việc đảm bảo an tồn thơng tin, kỹ thuật bao gồm: Kỹ thuật mật mã (Cryptography); kỹ thuật ngụy trang (Steganography); kỹ thuật tạo bóng mờ (Watermarking – hay thủy vân) Ngày nay, với phát triển mạng thông tin truyền thông kéo theo gia tăng số lƣợng tội phạm lợi dụng kẽ hở bảo mật mạng để công, ăn cắp, làm giả thơng tin gây thiệt hại to lớn Vì thế, nhu cầu an tồn bảo mật thơng tin ngày trở nên cấp thiết, hàng năm giới nƣớc nhiều tiền cho công nghiên cứu chống lại nguy cơng từ kẽ hở bảo mật Nói chung, để bảo vệ thông tin khỏi truy cập trái phép cần phải kiểm sốt đƣợc vấn đề nhƣ: thơng tin tạo ra, lưu trữ truy nhập nào, đâu, vào thời điểm Để giải vấn đề trên, kỹ thuật mật mã đại phải đảm bảo dịch vụ an tồn bản: bí mật (Confidential); đảm bảo tính tồn vẹn (Integrity); xác thực (Authentication) Nhận thấy tính thiết thực toán đƣợc gợi ý giảng viên hƣớng dẫn, chọn đề tài: “Một hệ mật xây dựng sơ đồ Feistel không cân khả ứng dụng hàm băm” để làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Hệ thống khố bí mật (hay mật mã cổ điển) phƣơng pháp mã hoá đơn giản xuất lịch sử ngành mã hoá Phƣơng pháp sử dụng thuật tốn đơn giản, dễ hiểu nhƣng khó khăn việc quản lý lƣu trữ thiết lập phân phối khoá, với hệ mật nhƣ: DES, AES, Từ năm 1976 mật mã đại