Báo cáo bài tập lớn môn an toàn bảo mật thông tin

Báo cáo bài tập lớn môn an toàn bảo mật thông tin, bài taaji hay dành cho dân công nghệ thông tin Báo cáo bài tập lớn môn an toàn bảo mật thông tin Báo cáo bài tập lớn môn an toàn bảo mật thông tin Báo cáo bài tập lớn môn an toàn bảo mật thông tin

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN AN TOÀN BẢO MẬT THÔNG TIN

I-Giới thiệu:

Trong những năm gần đây,thương mại điện tử đã phát triển một cách nhanh chóng.Vì vậy các kỹ thuật mật mã đóng một vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo tính bí mật và xác thực của thông tin Các kỹ thuật mật

mã hiện đại như mật mã công khai và chữ ký số có thể đáp ứng những yêu cầu trên và hiện nay các kỹ thuật như vậy vẫn đang được sử dụng rộng rãi

Độ an toàn của các mật mã hiện đại đều dựa trên các giả thiết về độ phức tạp của việc tính toán để tìm ra khoá Tuy nhiên, khả năng tính toán và tốc độ xử

lý của các máy tính không ngừng được tăng lên Vì vậy , độ an toàn của các loại mật mã hiện đại ngày càng bị đe doạ và để đảm bảo độ an toàn thì các

hệ mật mã hiện nay sử dụng khoá với độ dài rất lớn Chính vì vậy đã ảnh hưởng đến tốc độ mã hóa và giải mã.Mật mã lượng tử là loại mật mã duy nhất từ trước đến nay không dựa vào độ phức tạp của việc tính toán mà dựa vào qui luật của vật lý lượng tử Vì vậy, trong tương lai mật mã lượng tử có thể được sử dụng thay cho các loại mật mã khác

II-Cơ sở lý thuyết của mật mã lượng tử

Mật mã lượng tử thực hiện việc mã hoá và giải mã dựa trên tính bất

định của các phần tử cực nhỏ như photon Tính bất định có thể được nói

ngắn gọn như sau: Nếu một phần tử có hai tính chất thì một tính chất sẽ bị mất đi khi ta xác định tính chất còn lại Trong mật mã lượng tử, các trạng thái phân cực khác nhau của photon được sử dụng để mã hoá và giải mã

VÍDỤ:

Nếu chúng ta đo phân cực của một photon thông qua hệ đo phân cục theo đường thẳng Thì kết quả của phép đo sẽ chỉ ra rằng photon đó phân cực thẳng đứng hay nằm ngang Cũng tương tự như vậy, khi ta truyền

photon đó qua hệ đo phân cực theo đường tròn

Qui ước các kí hiệu :

+ : Thiết bị đo phân cực theo đường thẳng:

V  phân cực đường thẳng đứng

H  phân cực đường thẳng ngang

o: Thiết bị đo phân cực theo đường tròn:

L phân cực theo đường tròn,hướng trái

R phân cực theo đường tròn,hướng phải

Mật mã lượng tử được dựa vào các trạng thái của photon.Trạng thái của các photon khi đi qua các hệ đo phân cực khác nhau được trình bày như sau:

- Một photon được đo trong hệ đo phân cực theo đường thẳng(+),thì trạng thái phân cực của photon đó có thể là phân cực thẳng hoặc phân cực ngang:

photon 1  +  V

photon 2  +  H

- Một photon được gửi liên tiếp qua các hệ đo phân cực giống nhau luôn luôn cho kết quả giống nhau

photon 1  +  +  +  V

photon 2  +  +  +  H

- Một photon đã được xác định là phân cực thẳng hoặc phân cực ngang nếu được truyền qua một hệ đo phân cực theo đường tròn thì trạng thái phân cực của photon có thể là phân cực tròn theo chiều quay trái,hoặc chiều quay phải

V  o  L

hoặc V  o  R

- Kết quả cũng tương tự như vậy khi truyền một photon đã được xác định trạng thái phân cực bởi thiết bị phân cực tròn qua một thiết bị phân cực theo đường thẳng

III.Giao thức BB84

Sau đây là giao thức BB84(giao thức do Bennett và Brassard giới thiệu)

để xác định khoá chung giữa người gửi và người nhận.Quy ước như sau:Alice là người gửi,Bob là người nhận

- Bước 1:Alice chuẩn bị các photon một cách ngẫu nhiên theo cả hệ đo

phân cực theo đường thẳng và hệ đo phân cực theo đường tròn

- Bước 2:Alice ghi lại các trạng thái của từng photon,rồi gửi cho Bob.

- Bước 3:Bob nhận các photon và đo trạng thái phân cực một cách ngẫu

nhiên theo hệ đo phân cực thẳng hoặc hệ đo phân cực tròn.Bob sẽ ghi lại hệ đo sử dụng để đo phân cực và kết quả của phép đo phân cực (chú ý rằng kết quả của phép đo phân cực gửi bởi Alice có thể không giống khi Bob nhận được nếu Bob không sử dụng hệ đo giống như Alice)

- Bước 4:Bob thông báo cho Alice các hệ đo phân cực đã sử dụng

nhưng không thông báo kết quả của phép đo

1 Hệ do mã

Alice sử

dụng để

đo các

photon

2 Kết quả

các phép

đo của các

photon mà

Alice đã

gửi

3a Các hệ đo

được sử

dụng với

Bob

o

3b Kết quả

phép đo

của Bob V H H H R L R L H L R H

4 Bob thông

báo cho

Alice biết

các hệ do

Bob đã sử

dụng đối

với mỗi

photon

5 Alice

thông báo

cho Bob

biết hệ đo

nào là

đúng

đúng đúng sai đúng đúng đúng đúng sai đúng sai đúng sai

6 Alice và

Bob ghi

lại dữ liệu

twf các

phép đo

đúng và

đổi thành

các bit nhị

phân.

Bảng 1:Minh họa các bước của giao thức BB84

- Bước 5:Alice thông báo cho Bob hệ đo nào là đúng,hệ đo nào là

sai(đúng là khi Bob và Alice sử dụng cùng một hệ đo để phân cực của một photon)

- Bước 6:Alice và Bob sẽ bỏ đi các dữ liệu mà lấy được từ phép đo khi

hệ đo không đúng và đổi các dữ liệu còn lại thành một chuỗi

cácbit,theo quy ước như sau:

+ Đường tròn - hướng trái(L):0

Đường tròn - hướng phải(R):1

+ Đường thẳng - nằm ngang(H):0

Đường thẳng - đứng(V):1

Sau đây là một ví dụ minh hoạ giao thức BB84(Bảng 1),giả thiết Alice

gửi đi 12 photon,và Bob đều nhận được đầy đủ

Cuối cùng,Alice và Bob đã có một chuỗi các bit là:1 0 0 1 0 1 1.Chuỗi các bit này tạo ra khoá mật.Tuy nhiên,trong thực tế thì độ dài của khoá dài hơn rất nhiều

Trong hệ mật mã lượng tử,thông tin mà Bob và Alice trao đổi trên kênh truyền chỉ là các hệ đo mà họ đã sử dụng để đo mỗi photon,chứ hoàn toàn không cho biết kết quả của phép đo.Vì vậy,rất khó có thể biết được

khoá.Và tính an toàn của việc phân phối khoá sử dụng mật mã lượng tử

đó là kẻ tấn công không thể xác định được chính xác trạng thái xủa

photon nếu không làm thay đổi trạng thái của photon đó(tính bất

định).Tuy nhiên,điều đó chỉ có thể được đảm bảo nếu mỗi bit thông tin chỉ được mang bởi một photon(vì nếu mỗi bit thông tin được mang bởi một chùm photon thì kẻ tấn công có thể đón lấy một vài thông tin và để các photon còn lại đến bên người nhận).Vì vậy ,bên gửi phải sử dụng nguồn phát một photon (phòng thí nghiệm tại trường đại học Stanford đã thử nghiệm nguồn phát một photon sử dụng bán dẫn InAs).Và nguồn phát đó đã được sử dụng trong mô hình thử nghiệm mật mã lượng tử của phòng thí nghiệm nghiên cứu của NTT

Mô hình thử nghiệm được trình bày như hình một,nguồn phát đó đã được trình bày như hình 1,nguồn phát 1photon ở bên phát cứ 13ns lại phát ra các photon,các photon này có trạng thái phân cực ngẫu nhiên (một trong 4 trạng

thái H,V,R,L) được điều khiển bởi bộ điều biến phân cực.Bộ điều biến phân

cực được điều khiển bởi bộ phát tín hiệu dữ liệu.Bộ phát tín hiệu dữ liệu này

làm việc ở tốc độ76Mbit /s.Dữ liệu được ghi lại bởi một máy tính,ở bên

thu,các photon thu được được qua bộ chia có hai đầu ra,các đầu ra này có các thiết bị đo trạng thái phân cực.Bởi vì một photon không thể bị phân

chia,nên mỗi photon đi đến một đầu ra.Chính vì vậy,trạng thái phân cực của một photon có thể là một trong bốn trạng thái phân cực.Các trạnh thái phân cực được gửi từ bên phát và các trạng thái phân cực đo được ở bên thu sẽ được so sánh với nhau

THU

PHÁT

Hình 1:Mô hình thử nghiệm mật mã lượng tửtheo giao thức BB84

IV.Kết luận

Bộ phát tín hiệu dữ liệu

Nguồn phát 1

photon Bộ điều biến phân cực

Phân cực tròn Trái/phải

R

PBS

L

Bộ chia Tín hiệu

H

Phân cực Ngang/thẳngđứng

PBS SS

PBS(polarization beam splitter):Bộ

chia phân cực

H: đuờng thẳng – ngang

V: đường thẳng - đứng

R: dường tròn- phải

L: đường tròn- trái

V

Mật mã lượng tử là loại mật mã dựa vào các quy luật của vật lý lượng tử và các lý thuyết

về thong tin.Cho nên mật mã lượng tử là loại mật mã duy nhất từ trước tới nay mà không thể tấn công bằng sức mạnh tính toán.Điều này rất có ý nghĩa khi mà tốc độ và khả năng tính toán của các máy tính điện tử không ngừng được tăng lên.Vì vậy,mật mã lượng tử có thể là một loại mật mã sử dụng nhiều lần trong tương lai.

Tài liệu tham khảo

[1].KYO INOUE_ KAORUSHIMIZU, QUANTUM CYPTOGRAGPHY_Quantum Mechanics Opens up a New Trend in Communication Security,2003.

[2].C.H BENNET,G.BRASSARD,Quantum Cryptography,A.K.Ekert,2002.

[3].KARREN HUNTER,Quantum Cryptography,2002.