Đề tài kỹ thuật mã hóa PKI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG  BÁO CÁO MÔN HỌC AN TOÀN THÔNG TIN MẠNG Đề tài: KỸ THUẬT MÃ HÓA PKI (PUBLIC KEY INFRASTRUCTURE) Sinh viên thực hiện : NGUYỄN HUỲNH THÚY HIỀN LÊ LONG BẢO Lớp : 12TLT.CNTT Cán bộ hướng dẫn : TS NGUYỄN TẤN KHÔI Kỹ Thuật Mã Hóa PKI (Public Key Infrastructure) Đà Nẵng 2014 SVTH: Nguyễn Huỳnh Thúy Hiền – Lê Long Bảo - Lớp 12TLT.CNTT Trang 2 Kỹ Thuật Mã Hóa PKI (Public Key Infrastructure) MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Huỳnh Thúy Hiền – Lê Long Bảo - Lớp 12TLT.CNTT Trang 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay bảo mật thông tin là một trong những vấn đề được đặt lên hàng đầu. Tất cả các hoạt động trực tuyến đều tiềm ẩn nguy cơ về bảo mật thông tin. Việc áp dụng mật mã hóa công khai để đảm bảo an toàn thông tin trong các hoạt động giao dịch là giải pháp an toàn và được sử dụng nhiều nhất. Một trong những giải pháp quan trọng nhất là mã hóa dữ liệu. Việc áp dụng các kỹ thuật mã hóa, thuật toán mã hóa có thể giúp bảo vệ dữ liệu cá nhân một cách an toàn và thuật tiện trong quá trình giao dịch trực tuyến. Với lý do đó nhóm chúng em chọn đề tài sử dụng kỹ thuật mã hóa PKI, để tìm hiểu về cách thức mã hóa cũng như thuật toán để mã hóa. CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT I.1. TỔNG QUAN I.1.1. Tổng quan về mã hóa: Mã hóa là một tiến trình biến đổi thông tin, sử dụng các thuật toán nhằm mục đích không cho người khác có thể năm được nếu thiếu một vốn thông số nhất định (key) để dịch ngược. Mã hóa thông tin phải đảm bảo yêu cầu bảo mật của thông tin. Lịch sử của mật mã xuất hiện đồng thời với sự xuất hiện của chữ viết (khoảng 4000 năm trước). Thuật ngữ “Cryptography – mật mã” dịch từ tiếng Hi Lạp có nghĩa là “chữ bí mật”. Ý nghĩa của thuật ngữ này thể hiện chức năng cơ bản ban đầu của mật mã là “bảo vệ hay lưu giữ các thông tin thiết yếu trong bí mật”. Thời cổ xưa tồn tại 3 phương pháp bảo vệ thông tin: • Sức mạnh thuần túy: bảo vệ tài liệu (thông tin truyền) bởi con người thực (thông tin được truyền bởi các liên lạc viên đặc biệt). • Steganography: che dấu sự hiện hữu của thông tin truyền. Để thực hiện có thể sử dụng các kỹ thuật như mực viết bí ẩn, chỗ giấu bí mật … • Cryptography: thực hiện việc biến đổi nội dung của bản tin cần truyền thành một tập hợp hỗn độn các ký tự. Bên nhận sẽ có khả năng biến đổi bản tin nhận được thành dạng gốc (bản tin khi chưa biến đổi) nếu họ có khóa mã (key) dùng để biến đổi bản tin. Cryptography (mã hóa) trong mật mã không che giấu sự kiện truyền tin mà che giấu chỉ nội dung (ý nghĩa) của bản tin. Steganography (giấu tin) để truyền các bản tin quan trọng sẽ có độ rủi ro rất cao. Các phương pháp steganography chỉ đảm bảo việc truyền tin có độ an toàn cao trong trường hợp chúng được bổ sung thêm thủ tục biến đổi thông tin ban đầu (mật mã). Trong steganography không bao gồm đầy đủ các khả năng bảo vệ thông tin, mà các khả năng này chính là các đặc trưng của mật mã và nó đã xác định vai trò quan trọng của mật mã trong việc phát triển các hạ tầng thông tin. Đối với các phương pháp mật mã trong thời cổ xưa việc đảm bảo an toàn thông tin chủ yếu dựa vào việc giữ bí mật của thuật toán và chúng là các thuật toán khá đơn giản. Các phương pháp mật mã trong thời cổ xưa thường dựa trên các thủ thuật hơn là dựa trên các nguyên tắc khoa học. Trước đây mật mã hầu như chỉ được sử dụng để đảm bảo an toàn thông tin trong chiến tranh và trong các hoạt động ngoại giao. Vào đầu những năm 80 với sự phát triển mạnh mẽ của CNTT và sự ứng dụng các hệ thống tự động xử lý thông tin trong tất cả các lĩnh vực hoạt động của xã hội đã dẫn đến sự cần thiết phải sử dụng rộng rãi hơn các phương pháp mật mã để bảo vệ thông tin. Ngày nay các phương pháp mật mã được sử dụng rộng rãi không chỉ để bảo vệ thông tin chống lại các truy cập không cho phép (bảo vệ tính bí mật) mà chúng còn được sử dụng để bảo vệ trong nhiều hình thức công nghệ thông tin mới như thư điện tử, bầu cử điện tử … Các phương pháp mật mã cần đảm bảo độ tin cậy đối với bất kỳ hành động nào của kẻ phá hoại. Tại thời điểm xây dựng các hệ thống mật mã không thể xem xét hết tất cả các phương án tấn công, các phương án này có thể xuất hiện trong tương lai trên cơ sở của các ý tưởng đạt được trên sự tiến bộ về lý thuyết và công nghệ. Xác định độ tin cậy của các phương pháp mật mã là rất quan trọng. Liên quan trực tiếp đến việc đánh giá sự hao phí lao động của mỗi dạng tấn công cụ thể trên các hệ thống bảo mật => thám mã (cryptanalysis). Mật mã và thám mã tạo lên một lĩnh vực khoa học gọi là mật mã học (cryptanalysis) là một phần của toán học và có vai trò quan trọng trong công nghê thông tin hiện đại. Trên thực tế mật mã và thám mã luôn được phát triển song song với nhau và chúng sẽ thúc đẩy nhau cùng phát triển. Các chức năng cơ bản của mật mã hiện đại: • Đảm bảo tính bí mật (confidentiality). • Đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu (data integrity). • Đảm bảo tính xác thực (authentication). • Đảm bảo chống sự từ chối (non - repudiation). I.1.2. Nguyên lý mã hóa dữ liệu: Mã hóa hoặc mật mã hóa dữ liệu là cơ chế chuyển đổi dữ liệu sang một định dạng khác không thể đọc được để có thể ngăn cản những truy cập bấp hợp pháp khi dữ liệu trao đổi trong môi trường mạng không an toàn. Mã hóa dữ liệu ngăn chặn được các việc sau: • Nghe trộm và xem lẽn dữ liệu. • Chỉnh sửa và đánh cắp lén dữ liệu. • Giả mạo thông tin. • Data non – repudiation. • Sự gián đoạn các dịch vụ mạng. Khi nhận được gói tin, người nhận sẽ giải mã dữ liệu lại dạng cơ bản ban đầu. cho dù dữ liệu có bị chặn trong suốt quá trình trao đổi dữ liệu. Hình . Quá trình mã hóa Người gởi và người nhận phụ thuộc và quá trình mã hóa dưới hình thức là một hệ thống mã hóa . Hệ thống mã hóa (Cryptosystems) có hai loại sau:  Đối xứng (Symmetric).  Bất đối xứng (Asymmetric). Một hệ thống mã hóa được phân loại dựa vào con số của khóa mà nó dùng. Một khóa có thể là một con số, một từ hoặc hột cụm từ được dùng vào mục đích mã hóa và giải mã dữ liệu. a. Hệ thống mã hóa đối xứng (Sysmmetric Cryptosystems) Sysmmetric Cryptosystems dựa trên một khóa đơn đó là một chuỗi ngắn với chiều dài không thau đổi. Do đó phương pháp mã hóa này được xem như là single – key encryption. Khóa thường là khóa riêng (hoặc bảo mật) và được dùng để mã hóa cũng như giải mã. Trước khi hai bên trao đổi dữ liệu, khóa phải được chia sẻ dùng chung cho cả 2 bên. Người gửi sẽ mã hóa thông tin bằng khóa riêng và gửi thông tin đến người nhận. Trong quá trình nhận thông tin người nhận sử dụng cùng một khóa để giải mã thông điệp. Hình . Quá trình mã hóa từ người gửi tới người nhận Phụ thuộc vào chiều dài của khóa mà có rất nhiều thuật giải mã hóa đối xứng được phát triển cho đến nay. Sau đây là một số thuật giải mã thường được sử dụng: Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu (Data Encryption Standard (DES): Cũng giống như DES, 3DES cũng sử dụng khóa 56 bit. Tuy nhiên, nó an toàn hơn nhiều do dùng 3 khóa khác nhau để mã hóa dử liệu. Bộ xử lý thực hiện các bước sau : khóa đầu tiên dùng để mã hóa dữ liệu. Sau đó, khóa thứ hai sẽ dùng để giải mã dữ liệu vừa được mã hóa. Cuối cùng, khóa thứ ba sẽ mã hóa lần thứ hai. Toàn bộ quá trình xử lý của 3DES tạo thành một thuật giải có độ an toàn cao. Nhưng bởi vì đây là một thuật giải phức tạp nên thời gian thực hiện sẽ lâu hơn, gấp 3 lần so với phương pháp DES. Ron's Code 4 (RC): Được phát triển bởi Ron Rivest, thuật giải này sử dụng những từ khóa với chiều dài có thể biến đổi lên đến 256 bytes. Bởi vì chiều dài của khóa, RC4 được phân loại là một cơ chế mã hóa mạnh. Nó cũng tương đối khá nhanh. RC4 tạo một dòng bytes ngẩu nhiên và XORs chúng với văn bản nguyên mẩu. Bởi vì các bytes được phát sinh ngẩu nhiên, RC4 đòi hỏi một khóa mới cho mổi lần gởi thông tin ra ngoài. Hệ thống mã hóa đồng bộ đưa ra 2 vấn đề chính. Đầu tiên vì một khóa vừa được dùng để mã hóa vừa được dùng để giải mã, nếu nó bắt đầu trở thành kẻ xâm nhập thì tất cả những tin tin sử dụng khóa này sẽ bị hủy vì thế khóa nên được thay đổi thường xuyên theo định kỳ. Mọi vấn đề khác là khi hệ thống mã hóa đồng bộ xử lý một lượng thông tin lớn , việc quả lý các khóa sẽ trở thành một công việc vô cùng khó khăn. Kết hợp với việc thiết lặp các cặp khóa, phân phối, và thay đổi theo định kỳ đều đòi hỏi thời gian và tiền bạc. Hệ hống mã hóa đối xứng đã giải quyết vấn đề đó bằng việc đưa ra hệ thống mã hóa đối xứng. Đồng thời, họ cũng tăng tính năng bảo mật trong suốt quá trình chuyển vận. b. Hệ Thống Mã Hóa Bất Đối Xứng (Asymmetric Cryptosystems) Thay vì sử dụng một khóa đơn trong hệ thống mã hóa đối xứng, hệ thống mã hóa bất đối xứng sử dụng một cặp khóa có quan hệ toán học. Một khóa là riêng tư, chỉ được chính chủ nhân. Khóa thứ hai thì được phổ biến, công cộng và phân phối tự do. Khóa công cộng thì được dùng để mã hóa và ngược lại khóa riêng thì được dùng để giải thông tin. Trong VPN, 2 hệ thống mã hóa bất đối xứng được dùng phổ biến là thuật toán Diffie-Hellman (DH) và thuật toán Rivest Shamir Adleman (RSA). Thuật toán Diffie-Hellman: Trong thuật toán DH, mổi thực thể giao tiếp nhận được một cặp khóa, một được phân phối tới những thực thể thông tin khác và một được giữ lại riêng. Thuật toán DH làm việc theo những vấn đề chính sau : - Người gửi nhận khóa công cộng của người nhận, do khóa này là khóa công cộng nên đều được mọi người biết. - Người gửi thực hiện một thao tác gộp khóa riêng và khóa công công của người nhận, kết quả cho ra một khóa chung bảo mật (shared secret key). - Thông điệp sẽ được mã hóa bằng khóa vừa nhận được. - Sau đó thông điệp mã hóa sẽ được gửi đến người nhận. - Trong qua trình nhận thông điệp mã hóa, bên nhận sẽ phát sinh một khóa chung mật khác cũng bằng thao tác tương tự gộp chính khóa riêng của mình với khóa chung của bên gửi. Giả định cơ bản của thuật toán này là nếu bất kỳ một ai bắt được thông điệp mã hóa, người đó cũng không thể nào giải mã được bởi vì anh hoặc cô ta không xữ lý khóa riêng của bên nhận được (khóa riêng của anh hoặc cô ta). [...]... cho mọi người và được dùng để mã hóa Những thông tin được mã hóa bằng khóa công khai chỉ có thể được giải mã bằng khóa bí mật tương ứng Mọi người đều có thể mã hóa nhưng chỉ có người biết khóa cá nhân mới có thể giải mã được Thứ tự sử dụng khóa công khai và khóa bí mật không ảnh hưởng đến kết quả của việc mã hóa hay giải mã 2 Các bước tạo khóa: Bước 1: Chọn 2 số nguyên tố p và q với p ≠ q sao cho p&q... 5*d = 385  d = 77 Bước 6: Khóa công khai: Kc = (5,119) Kr = (77,119) Sử dụng khóa công khai và khóa riêng vừa tìm được ta áp dụng như sau: Chọn văn bản gốc M = 45 Quá trình mã hóa C= Me mod n = 455 mod 119 = 61 Văn bản mã hóa (61) được truyền đi Quá trình giải mã M=Cd mod n = 6177 mod 119 = 45 CHƯƠNG 2 DEMO ỨNG DỤNG KỸ THUẬT MÃ HÓA PKI TRONG GỬI EMAIL CÓ CHỮ KÝ SỐ VÀ MÃ HÓA NỘI DUNG II.1 YÊU CẦU Yêu... gửi I.4 THUẬT TOÁN RSA Thuật toán được Ron Rivest, Adi Shamir và Len Adleman mô tả lần đầu tiên vào năm 1977 tại Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) Tên của thuật toán lấy từ 3 chữ cái đầu của tên 3 tác giả 1 Mô tả sơ lược: Thuật toán RSA có hai khóa : khóa công khai (hay khóa công cộng) và khóa bí mật (hay khá cá nhân) Khóa công khai được công bố rộng rãi cho mọi người và được dùng để mã hóa Những... liệu mã hóa RSA bảo đảm an toàn và bảo mật trong chuyến đi của dữ liệu bởi vì người nhận kiểm tra sự đúng đắn của dữ liệu qua 3 lần (bước 5, 6 và 7) RSA cũng làm đơn giản hóa công việc quản lý khóa Trong cách mã hóa đối xứng, n2 khóa được yêu cầu nếu trong quá trình trao đổi có n thực thể Bằng cách so sánh, cách mã hóa bất đối xứng chỉ đòi hỏi 2*n khóa I.2 GIỚI THIỆU VỀ PUBLIC KEY INFRASTRUCTURE - PKI: ... khóa dùng để mã hóa (thường là Khóa Công Khai) và khóa còn lại dùng để giải mã (thường là Khóa Cá Nhân) Một PKI cho phép người sử dụng của một mạng công cộng không bảo mật chẳng hạng như Internet có thể trao đổi dữ liệu và tiền một cách an toàn thông qua việc sử dụng nột cặp mã hóa công khai và cá nhân được cấp phát và sử dụng thông qua một nhà cung cấp chứng thực được tín nhiệm Nền tảng mã hóa công khai... mật mã học, PKI là sự sắp xếp kết hợp Khóa Công Khai với các yếu tố định danh (Identities) của đối tượng tạo thành một Chứng Nhận (Certificate) bởi một thành phần thứ ba gọi là Nhà Cung Cấp Dịch Vụ Chứng Nhận (Certification Authority – CA) thông qua các thuật toán Cơ chế này gán cho mỗi đối tượng tham gia giao dịch một cặp mã khóa gồm Khóa Công Khai (Public Key) và Khóa Cá Nhân (Private Key), một khóa... trao đổi dựa trên thuật toán Diffie-Hellman Mô hình : dữ liệu được trao đổi dựa trên thuật toán Diffie-Hellman Mặc dù thuật toán DH có một độ an toàn cao hơn so với hệ thống mã hóa đối xứng, nhưng cũng gặp một số vấn đề khó khăn Phải đảm bảo chắc chắn rằng khóa công cộng phải được trao đổi trước khi quá trình trao đổi dữ liệu thực sự được xác định Thuật toán Rivest Shamir Adleman (RSA): Thuật toán RSA... phối hợp mà đối tượng sử dụng Khái niệm PKI ngày nay thường được dùng để chỉ toàn bộ các hệ thống sử dụng phương pháp mã hóa thông tin trong giao dịch dựa trên cơ sở kết hợp cặp Khóa Công Khai, Khóa Cá Nhân cùng tất cả các yếu tố liên quan, thành phần liên quan như các Thuật Toán Mã Hóa được sử dụng Trong phần lớn các trường hợp để đảm bảo tính xác thực, giá trị khóa công khai cần được chứng thực bởi... Xác nhận PKI client 4 Mục đích của PKI: PKI được sử dụng với các mục đích :  Mã hoá: giữ bí mật thông tin và chỉ có người có khoá bí mật mới giải mã được  Tạo chữ ký số : cho phép kiểm tra một văn bản có phải đã được tạo với một khoá bí mật nào đó hay không  Thoả thuận khoá: cho phép thiết lập khoá dùng để trao đổi thông tin bảo mật giữa 2 bên I.3 CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA PKI 1 Các bước mã hóa: Bước... mã hóa: Bước 1: Dùng giải thuật băm để thay đổi thông điệp cần truyền đi kết quả ta được một message digest Dùng giải thuật MD5 (message digest 5) ta được digest có chiều dài 128 bit, dùng giải thuật SHA (Secure Hash Algorithm) ta có chiều dài 160 bit Bước 2: Sử dụng khóa private key của người gửi để mã hóa message digest thu được ở bước 1 Thông thường ở bước này dùng giải thuật RSA ( hay DSA, RC2, . chúng em chọn đề tài sử dụng kỹ thuật mã hóa PKI, để tìm hiểu về cách thức mã hóa cũng như thuật toán để mã hóa. CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT I.1. TỔNG QUAN I.1.1. Tổng quan về mã hóa: Mã hóa là một. MẠNG Đề tài: KỸ THUẬT MÃ HÓA PKI (PUBLIC KEY INFRASTRUCTURE) Sinh viên thực hiện : NGUYỄN HUỲNH THÚY HIỀN LÊ LONG BẢO Lớp : 12TLT.CNTT Cán bộ hướng dẫn : TS NGUYỄN TẤN KHÔI Kỹ Thuật Mã Hóa PKI. được mã hóa bằng khóa công khai chỉ có thể được giải mã bằng khóa bí mật tương ứng. Mọi người đều có thể mã hóa nhưng chỉ có người biết khóa cá nhân mới có thể giải mã được. Thứ tự sử dụng khóa