TỔNG QUAN VỀ HÀM BĂM VÀ THUẬT TOÁN HÀM BĂM MD5

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN MD5

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 5

1.1.Mục đích 5

1.2 Đối tượng nghiên cứu 5

1.2 Phạm vi nghiện cứu 5

1.4 Ý nghĩa đề tài 5

PHẦN II: NỘI DUNG 6

CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN VỀ MẬT MÃ HÓA 6

2.1.1 Khái niệm về mã hóa 6

2.1.2 Các thuật toán mã hóa 7

2.1.2.1 Mã hóa đối xứng 7

2.1.2.2 Mã hoá bất đối xứng 8

2.1.4 Phương pháp RSA 9

2.1.4.1 Khái niệm hệ mật mã RSA 9

2.1.4.2 Độ an toàn của hệ RSA 11

2.1.4.3 Một số tính chất của hệ RSA 12

2.1.4.4 Một số phương pháp tấn công giải thuật RSA 13

CHƯƠNG 2 CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ 15

2.2.1Giới thiệu 15

2.2.2 Khái niệm về chữ ký điện tử 15

2.2.3 Thuật toán chữ ký điện tử 17

2.2.4 Chứng nhận chữ ký điện tử 19

2.2.5 Chuẩn chữ ký điện tử (Digital Signature Standard) 19

2.2.6 Giải pháp ứng dụng chữ ký điện tử 22

2.2.6.1 Quá trình ký và gửi các tệp văn bản 22

2.2.6.2 Quá trình nhận các tệp văn bản 23

2.2.7 Vận dụng vào hệ thống 24

2.2.8 Kết luận 25

CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN VỀ HÀM BĂM VÀ THUẬT TOÁN HÀM BĂM MD5 26

2.3.1 Đăt vấn đề 26

2.3.2 giới thiệu về hàm băm mật mã 26

2.3.2.1 Tính chất 27

2.3.2.2 Ứng dụng 28

2.3.3 Hàm băm dựa trên mã khối 29

2.3.4 Cấu trúc Merkle-Damgård 29

2.3.5 Birthday attack 30

2.3.6 Hàm băm mật mã 31

2.3.7 Cấu trúc của hàm băm 32

2.3.8 Tính an toàn của hàm băm đối với hiện tượng đụng độ 32

2.3.9 Tính một chiều 33

2.3.10 Sử dụng cho các nguyên thủy mật mã khác 33

2.3.11 Ghép các hàm băm mật mã 34

2.3.12 Thuật toán băm mật mã 34

2.3.13 Phương pháp Secure Hash Standard (SHS) 35

2.3.14 Một số hàm băm nổi tiếng 35

2.3.15 Hàm băm MD5 35

2.3.15.1 Giới thiệu 35

2.3.15.2 Khái niệm 36

2.3.15.3 Ứng dụng 36

2.3.15.4 Thuật giải 36

2.3.16 MD5 (Message Digest) 37

2.3.16.1 Mô tả 37

2.3.16.2 Cách thực hiện 40

2.3.17 Sự khác nhau giữa MD4 và MD5 42

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN MD5 43

2.4.1 Nhiệm vụ của chương trình 43

2.4.2 Thuật toán MD5 và sơ đồ khối 43

2.4.2.1 Thuật toán 43

2.4.2.2 Sơ đồ khối thuật toán MD5 46

2.4.3 Kết quả chương trình mô phỏng thuật toán băm MD5 49

2.4.3.1 Giao diện chương trình mô phỏng 49

2.4.3.2 Các bước thực hiện chương trình 49

2.4.3.3 Kết quả thực nghiệm 50

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 53

Danh mục tài liệu tham khảo 54

DANH MỤC HÌNH VẼ:

Hình 1.1 Mô hình hệ thống mã hóa quy ước 7

Hình 1.2 Nguyên lý của hệ thống mã hoá đối xứng 7

Hình 1.3 Kênh nguyên lý trong hệ thống mã hoá đối xứng 8

Hình 1.4 Nguyên lý cơ bản của mã hoá khoá công khai và thuật toán RSA 9

Hình 1.5 Sơ đồ các bước thực hiện mã hoá theo thuật toán RSA 11

Hình 2.1 Kiểm tra chữ ký điện tử 17

Hình 2.2 Thủ tục ký và kiểm tra chữ ký 19

Hình 2.3 Sơ đồ mô tả quá trình ký và gửi các tệp văn bản 24

Hình 2.4 Sơ đồ mô tả quá trình nhận các tệp văn bản 25

Hình 3.1 Cấu trúc băm Merkle-Damgård 30

Hình 3.2 Sơ đồ vòng lặp chính của MD5 38

Hình 3.3 Sơ đồ 1 vòng lặp của MD5 39

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, các ứng dụng Công nghệ thông tin đã và đang ngày càng phổ biến rộng rãi đã ảnh hưởng rất lớn đến diện mạo của đời sống, kinh tế, xã hội Mọi công việc hàng ngày của chúng ta đều có thể thực hiện được từ xa với sự hổ trợ của máy

vi tính và mạng internet (từ việc học tập, giao dịch,… đến việc gửi thư) Tất cả thông tin liên quan đến những công việc này đều do máy vi tính quản lý và truyền đi trên hệ thống mạng Đối với những thông tin bình thường thì không có ai chú ý đến, nhưng đối với những thông tin mang tính chất sống còn đối với một số cá nhân (hay tổ chức) thì vấn đề bảo mật thật sự rất quan trọng, vấn đề khó khăn đặt ra là làm sao giữ được thông tin bí mật và giữ cho đến đúng được địa chỉ cần đến Nhiều tổ chức, cá nhân đã tìm kiếm và đưa ra nhiều giải pháp bảo mật phương pháp mã hóa khóa công khai được xem là phương pháp có tính an toàn khá cao Như vậy việc đảm bảo an toàn thông tin, tránh mọi nguy cơ bị thay đổi, sao chép hoặc mất mát dữ liệu trong các ứng dụng trên mạng luôn là vấn đề bức xúc, được nhiều người quan tâm Trong bài báo cáo này, em trình bày những vấn đề liên quan về mã hóa thông tin, thuật toán băm MD5, thuật toán mã hóa RSA và chữ ký điện tử Từ đó, ứng dụng thuật toán MD5

và RSA để phân tích quá trình hoạt động của chữ ký điện tử Trên cở sở đó, em xin được đề ra giải pháp ứng dụng chữ ký điện tử trên cơ sở kết hợp giữa thuật toán băm MD5 và thuật toán mã hóa RSA trong quá trình gửi và nhận các văn bản

PHẦN I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI1.1 MỤC ĐÍCH

 Tìm hiểu chung về kỹ thuật nhận thực (chữ ký điện tử)

Chữ ký điện tử không được sử dụng nhằm bảo mật thông tin mà nhằm bảo vệ thông tin không bị người khác cố tình thay đổi để tạo ra thông tin sai lệch Nói cách khác, chữ ký điện tử giúp xác định được người đã tạo ra hay chịu trách nhiệm đối với một thông điệp.

 Tìm hiểu hàm băm, đi sâu vào thuật toán MD5

Hàm băm (Hash Function): Cho đầu vào là một thông báo có kích thước thay đổi, đầu ra là một mã băm có kích thước cố định

Giải thuật băm MD5 (Message Digest 5): được sử dụng để kiểm tra tính toàn vẹn của khối dữ liệu lớn Thuật toán nhận đầu vào là một đoạn tin có chiều dài bất kỳ, băm nó thành các khối 512 bit và tạo đầu ra là một đoạn tin 128 bit

 Xây dựng chương trình mô phỏng hàm băm MD5

Đưa ra kết quả chương trình mô phỏng và các kết quả thu được đúng với các tài liệu tiêu chuẩn về thuật toán MD5

1.2ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- các phương pháp mật mã hóa

- Chữ ký điện tử và ứng dụng

- Thuật toán RSA

- Các thuật toán hàm băm

về giao dịch điện tử và chính phủ điện tử

Nghiên cứu về chữ ký điện tử và tìm hiểu những lĩnh vực ứng dụng của nó có

ý nghĩa rất quan trọng trong thực tế

PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẬT MÃ HÓA2.1.1 KHÁI NIỆM VỀ MÃ HÓA

Mã hoá là một tiến trình biến đổi thông tin, sử dụng các thuật toán nhằm mục đích không cho người khác có thể nắm bắt được nếu thiếu một vốn thông số nhất định (key) để dịch ngược.

Đi kèm với mã hoá là giải mã

Có rất nhiều loại thuật toán mã hoá cho dữ liệu máy tính, chúng được gọi tên theo thuật toán và có thể so sánh trực tiếp với nhau, ví dụ mã hoá 128-bit, Triple-DES, 2048-bit RSA

Trong cùng một loại, dĩ nhiên một phép mã hoá 2048-bit RSA sẽ mạnh mẽ hơn phép mã hoá 1024-bit RSA.Nhưng như vậy không có nghĩa là một phép mã hoá với

độ dài dãy bit lớn được xem là an toàn Thử liên tưởng đến ngôi biệt thự của bạn, với chiếc cổng được khoá bằng ổ khoá 4 chân, mỗi chân như vậy có thể nằm trong 10 vị trí, ổ khoá chỉ mở được khi 4 chân được sắp theo mã khoá của chủ nhà, và để vượt qua, 1 tên trộm cần phải dùng tối đa 10.000 phép thử (brute-force attack) Nhưng nếu tăng ổ khoá lên 10 chân, sẽ tạo nên 10 triệu khe cắm khoá hợp lệ, thì không ai đủ sự thông minh (hay sự ngu dốt) để mở chiếc khoá bằng cách tấn công thuật toán này Họ

có thể phá cửa sổ, hay thậm chí là phá chiếc cổng, giả danh chính quyền, thợ nước…

để đột nhập vào căn nhà của bạn Một ổ khoá tốt không thể chống lại những kiểu tấn công như thế được

Điều đó cho thấy một thuật toán mã hoá cực mạnh sẽ chỉ hữu ít nếu được sử dụng ở đúng những nơi cần thiết, không phải lúc nào cũng là tối ưu Cái cần bảo vệ ở trên chính là ngôi nhà của bạn chứ không phải là đặt một hàng rào bẫy và hi vọng kẻ trộm

sẽ dính vào cái bẫy đó

Với sự phát triển mạnh mẽ của mình, hầu hết các kênh thông tin đều lấy Internet làm nền tảng để phát triển Điều tất yếu sẽ nảy sinh là vấn đề An toàn thông tin, một ngày nào đó, bạn bỗng nhận ra rằng, thông tin của bạn đang bị theo dõi

Để vừa đảm bảo thông tin luôn kết nối, vừa đảm bảo yếu tố bảo mật của thông tin thì phương pháp tốt nhất là mã hoá thông tin

Ngày nay việc mã hoá đã trở nên phổ cập, các quốc gia hay là các công ty lớn đều

có chính sách phát triển công cụ mã hoá riêng biệt để bảo vệ cho chính thông tin của họ

Trên thế giới hiện có rất nhiều các loại thuật toán, trong khuôn khổ bài báo cáo, chúng ta chỉ tìm hiểu về các thuật toán được ứng dụng phổ biển trong Internet

Hình 1.1 Mô hình hệ thống mã hóa quy ước

Mật mã hóa được sử dụng phổ biến để đảm bảo an toàn cho thông tin liên lạc Các thuộc tính được yêu cầu là:

 Bí mật: Chỉ có người nhận đã xác thực có thể lấy ra được nội dung của thông tin chứa đựng trong dạng đã mật mã hóa của nó Nói khác đi, nó không thể cho phép thu lượm được bất kỳ thông tin đáng kể nào về nội dung của thông điệp

 Nguyên vẹn: Người nhận cần có khả năng xác định được thông tin có bị thay đổi trong quá trình truyền thông hay không

 Xác thực: Người nhận cần có khả năng xác định người gửi và kiểm tra xem người gửi đó có thực sự gửi thông tin đi hay không

2.1.2 CÁC THUẬT TOÁN MÃ HÓA

2.1.2.1 Mã hóa đối xứng

Hình 1.2: Nguyên lý của hệ thống mã hoá đối xứng.

Nguyên lý cơ bản của hệ thống mã hoá khoá đối xứng được chỉ ra trong (hình 1.2) Có thể thấy rằng bản chất của mã hoá đối xứng là cả phía thu và phía phát đều sử dụng cùng một khoá bí mật (SK), và thuật toán ở cả hai phía cũng đều giống nhau

Mã hoá đối xứng như trên dựa vào việc phân phối khoá một cách bảo mật giữa cả hai phía Nhưng thực tế là khoá chung đó lại phân phối tới tất cả mọi người trong mạng,

và vấn đề “kênh bảo mật” đã làm đau đầu những nhà quản trị mạng Điều nguy hiểm

nhất là bất cứ ai chiếm được khoá trong quá trình phân phối cũng có toàn quyền truy

nhập tới dữ liệu do khoá đó bảo vệ Do đó, quá trình phân phối khoá phải trên “kênh bảo mật”, bất kể là kênh logic hay kênh vật lý(hình 1.4)

Hình 1.3: Kênh nguyên lý trong hệ thống mã hoá đối xứng.

2.1.2.2 Mã hoá bất đối xứng

Ngược lại với mã hoá đối xứng, thuật toán bất đối xứng hoạt động theo ít nhất

là hai khoá, hay chính xác hơn là một cặp khoá (hình 1.2) Khoá sử dụng được biết

đến như là khoá bí mật và khoá công khai và do đó có khái niệm mã hoá khoá công khai Mỗi khoá được sử dụng để mã hoá hay giải mã, nhưng khác với thuật toán đối

xứng, giá trị của khoá ở mỗi phía là khác nhau

Trong hệ thống RSA, dữ liệu được mã hoá bằng khoá bí mật (KXu) và chỉ có thể giải mã được bằng khoá công khai của cặp khoá đó Cặp khoá này được tạo ra cùng nhau và do đó có liên quan trực tiếp với nhau Mặc dù có quan hệ với nhau nhưng nếu biết hay truy nhập được khoá công khai thì cũng không thể tính toán được giá trị của khoá bí mật Do đó, công khai khoá mã cũng không làm ảnh hưởng tới tính bảo mật của hệ thống, nó cũng chỉ như một địa chỉ thư tín còn khoá bí mật vẫn luôn được giữ kín Bản chất của mã hoá khoá công khai RSA là bất cứ bản tin mật mã nào đều có thể được nhận thực nếu như nó được mã hoá bằng khoá bí mật còn giải mã bằng khoá công khai Từ đó, phía thu còn xác định được cả nguồn gốc của bản tin Bất cứ người nào giữ khoá công khai đều có thể nghe trộm bản tin mật mã bằng cách tính toán với kho bí mật, không chỉ đảm bảo tính tin cậy của bản tin (trong một nhóm)

mà còn được nhận thực, hay còn gọi là không thể từ chối, ví dụ như người gửi không

thể từ chối rằng chính họ là tác giả của bản tin đó Nó hoàn toàn trái ngược với hoạt động của khoá đối xứng, trong đó bản tin mật mã được đảm bảo tính toàn vẹn giữa phía mã hoá và giải mã, nhưng bất kỳ ai có được khoá chung đều có thể phát bản tin

và từ chối rằng chính mình đã phát nó, còn phía thu thì không thể biết được đâu là tác giả của bản tin đó Thuật toán đối xứng yêu cầu khả năng tính toán lớn hơn và do đó, tốc độ quá trình mã hoá chậm hơn so với mã hoá đối xứng Đó cũng là trở ngại chính

trong các hệ thống cho phép tỷ lệ lỗi lớn như trong truyền thông thoại Do đó, mã hoá khoá công khai không phù hợp với các bản tin có chiều dài thông thường, tuy nhiên khi kết hợp cả hai chế độ với nhau lại có thể đảm bảo tính nhận thực, tin cậy và toàn vẹn của bản tin Nói chung, các ứng dụng sử dụng thuật toán bất đối xứng là:

•Sử dụng một giá trị “băm” nhỏ làm chữ ký điện tử

•Mã hoá các khoá bí mật được sử dụng trong thuật toán đối xứng

•Thỏa thuận khóa mã bí mật giữa các phía trong truyền thông

Hình 1.4: Nguyên lý cơ bản của mã hoá khoá công khai và thuật toán RSA.2.1.3 HỆ MÃ HÓA RSA

2.1.3.1 Khái niệm hệ mật mã RSA

Khái niệm hệ mật mã RSA đã được ra đời năm 1976 bởi các tác giả R.Rivets, A.Shamir, và L.Adleman Hệ mã hoá này dựa trên cơ sở của hai bài toán

+ Bài toán Logarithm rời rạc (Discrete logarith)

+ Bài toán phân tích thành thừa số

Trong hệ mã hoá RSA các bản rõ, các bản mã và các khoá (public key và private key) là thuộc tập số nguyên ZN = {1, , N-1}.Trong đó tập ZN với N=p×q

là các số nguyên tố khác nhau cùng với phép cộng và phép nhân Modulo N tạo ra modulo số học N

Khoá mã hoá EKB là cặp số nguyên (N,KB) và khoá giải mã D kb là cặp số nguyên (N,kB), các số là rất lớn, số N có thể lên tới hàng trăm chữ số

Các phương pháp mã hoá và giải mã là rất dễ dàng

Công việc mã hoá là sự biến đổi bản rõ P(Plaintext) thành bản mã C (Ciphertext) dựa trên cặp khoá công khai KB và bản rõ P theo công thức sau đây :

C = EKB(P) = EB(P) = PKB(mod N) (1.1)

Công việc giải mã là sự biến đổi ngược lại bản mã C thành bản rõ P dựa trên cặp khoá bí mật kB , modulo N theo công thức sau :

P = DKB(C) = DB(C) = CKB(mod N) (1.2)

Dễ thấy rằng, bản rõ ban đầu cần được biến đổi một cách thích hợp thành bản mã, sau

đó để có thể tái tạo lại bản rõ ban đầu từ chính bản mã đó :

P = DB(EB(P)) (1.3) Thay thế (1.1) vào (1.2) ta có :

(PKB)KB = P (mod N ) (1.4)

Trong toán học đã chứng minh được rằng, nếu N là số nguyên tố thì công thức (4) sẽ có lời giải khi và chỉ khi KB.kB = (mod N-1), áp dụng thuật toán ta thấy N=p×q với p, q là số nguyên tố, do vậy (4) sẽ có lời giải khi và chỉ khi :

KB.kB≡ 1 (mod γ(N)) (1.5)

trong đó γ(N) = LCM(p-1,q-1)

LCM (Lest Common Multiple) là bội số chung nhỏ nhất

Nói một cách khác, đầu tiên người nhận B lựa chọn một khoá công khai KB

một cách ngẫu nhiên Khi đó khoá bí mật kB được tính ra bằng công thức

(1.5) Điều này hoàn toàn tính được vì khi B biết được cặp số nguyên tố (p,q) thì sẽ tính được γ(N)

Chọn khóa K B

Tính γ(N)

Tính N=p*q

Bản rõ gốc P

Hình 1.5 Sơ đồ các bước thực hiện mã hoá theo thuật toán RSA

2.1.3.2 Độ an toàn của hệ RSA

Một nhận định chung là tất cả các cuộc tấn công giải mã đều mang mục đích không tốt Trong phần độ an toàn của hệ mã hoá RSA sẽ đề cập đến một vài phương thức tấn công điển hình của kẻ địch nhằm giải mã trong thuật toán này

Chúng ta xét đến trường hợp khi kẻ địch nào đó biết được modulo N, khoá công khai KB và bản tin mã hoá C, khi đó kẻ địch sẽ tìm ra bản tin gốc (Plaintext) như thế nào Để làm được điều đó kẻ địch thường tấn vào hệ thống mật mã bằng hai phương thức sau đây:

 Phương thức thứ hai :

Phương thức tấn công thứ hai vào hệ mã hoá RSA là có thể khởi đầu bằng cách giải quyết trường hợp thích hợp của bài toán logarit rời rạc Trường hợp này kẻ địch

đã có trong tay bản mã C và khoá công khai KB tức là có cặp (KB,C)

Cả hai phương thức tấn công đều cần một số bước cơ bản, đó là :

O(exp √ lnNln(lnN)), trong đó N là số modulo

này che dấu nhiều chi tiết cài đặt có liên quan đến việc tính toán với các con số dài, chi phí của các phép toán thực sự là một yếu tố ngăn cản sự phổ biến ứng dụng của phương pháp này Phần quan trọng nhất của việc tính toán có liên quan đến việc mã hoá bản tin Nhưng chắc chắn là sẽ không có hệ mã hoá nào hết nếu không tính ra được các khoá của chúng là các số lớn

 Các khoá cho hệ mã hoá RSA có thể được tạo ra mà không phải tính toán quá nhiều

Một lần nữa, ta lại nói đến các phương pháp kiểm tra số nguyên tố Mỗi số nguyên tố lớn có thể được phát sinh bằng cách đầu tiên tạo ra một số ngẫu nhiên lớn, sau đó kiểm tra các số kế tiếp cho tới khi tìm được một số nguyên tố.Một phương pháp đơn giản thực hiện một phép tính trên một con số ngấu nhiên, với xác suất 1/2

sẽ chứng minh rằng số được kiểm tra không phải nguyên tố Bước cuối cùng là tính

p dựa vào thuật toán Euclid

Như phần trên đã trình bày trong hệ mã hoá công khai thì khoá giải mã (private key) kB và các thừa số p,q là được giữ bí mật và sự thành công của phương pháp là tuỳ thuộc vào kẻ địch có khả năng tìm ra được giá trị của kB hay không nếu cho trước

N và KB Rất khó có thể tìm ra được kB từ KB cần biết về p và q, như vậy cần phân tích N ra thành thừa số để tính p và q Nhưng việc phân tích ra thừa số là một việc làm tốn rất nhiều thời gian, với kỹ thuật hiện đại ngày nay thì cần tới hàng triệu năm

để phân tích một số có 200 chữ số ra thừa số

Độ an toàn của thuật toán RSA dựa trên cơ sở những khó khăn của việc xác định các thừa số nguyên tố của một số lớn Bảng dưới đây cho biết các thời gian dự đoán, giả sử rằng mỗi phép toán thực hiện trong một micro giây

Số các chữ số trong số được phân

2.1.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TẤN CÔNG GIẢI THUẬT RSA

Tính chất an toàn của phương pháp RSA dựa trên cơ sở chi phí cho việc giải

mã bất hợp lệ thông tin đã được mã hóa sẽ quá lớn nên xem như không thể thực hiện được

Vì khóa là công cộng nên việc tấn công bẻ khóa phương pháp RSA thường dựa vào khóa công cộng để xác định được khóa riêng tương ứng Điều quan trọng là dựa vào n để tính p, q của n, từ đó tính được d.

 Sự che dấu thông tin trong hệ thống RSA

Hệ thống RSA có đặc điểm là thông tin không phải luôn được che dấu Giả sử người gởi có e = 17, n = 35 Nếu anh ta muốn gởi bất cứ dữ liệu nào thuộc tập sau:

{1, 6, 7, 8, 13, 14, 15, 20, 21, 22, 27, 28, 29, 34}

thì kết quả của việc mã hóa lại chính là dữ liệu ban đầu Nghĩa là, M = Me mod n.Còn khi p = 109, q = 97, e = 865 thì hệ thống hoàn toàn không có sự che dấu thông tin, bởi vì: ∀M, M = M865 mod (109*97),

Với mỗi giá trị n, có ít nhất 9 trường hợp kết quả mã hóa chính là dữ liệu nguồn ban đầu Thật vậy, M = Me mod n (1.8)

hay: M = Me mod p và M = Me modq (1.9)

Với mỗi e, có ít nhất ba giải pháp thuộc tập {0, 1, -1} Để xác định chính xác số thông điệp không được che dấu (không bị thay đổi sau khi mã hóa) ta sử dụng định lý sau:

“Nếu các thông điệp được mã hóa trong hệ thống RSA được xác định bởi số modulus

n = p.q (p,q là số nguyên tố) và khóa công cộng e thì có:

m = [1+gcd(e-1, p-1)][1+gcd(e-1), q-1] thông điệp không bị che dấu

Mấu chốt để có thể giải mã được thông tin là có được giá trị p và q tạo nên giá trị n Khi có được hai giá trị này, ta có thể dễ dàng tính ra được

φ(n) =(p – 1)(q – 1) và giá trị a = b–1

mod φ(n) theo thuật toán Euclide mở rộng Nếu số nguyên n có thể được phân tích ra thừa số nguyên tố, tức là giá trị p và q có thể được xác định thì xem như tính an toàn

của phương pháp RSA không còn được bảo đảm nữa Như vậy, tính an toàn của phương pháp RSA dựa trên cơ sở các máy tính tại thời điểm hiện tại chưa đủ khả năng giải quyết việc phân tích các số nguyên rất lớn ra thừa số nguyên tố Tuy nhiên, với sự phát triển ngày càng nhanh chóng của máy tính cũng như những bước đột phá trong lĩnh vực toán học, phương pháp RSA sẽ gạp phải những khó khăn trong việc bảo mật thông tin Năm 1994, Peter Shor, một nhà khoa học tại phòng thí nghiệm AT&T, đã đưa ra một thuật toáncó thể phân tích một cách hiệu quả các số nguyên rất lớn trên máy tính lượng tử Mặc dù máy tính lượng tử hiện chưa thể chế tạo được nhưng rõ ràng phương pháp RSA sẽ gặp phải nhiều thách thức lớn trong tương lai

CHƯƠNG 2 CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ2.2.1 GIỚI THIỆU

Chữ ký điện tử không được sử dụng nhằm bảo mật thông tin mà nhằm bảo vệ thông tin không bị người khác cố tình thay đổi để tạo ra thông tin sai lệch Nói cách khác, chữ ký điện tử giúp xác định được người đã tạo ra hay chịu trách nhiệm đối với một thông điệp

2.2.2 KHÁI NIỆM VỀ CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ

Kể từ khi con người phát minh ra chữ viết, các chữ ký thường luôn được sử dụng hàng ngày, chẳng hạn như ký một biên nhận trên một bức thư nhận tiền từ ngân hàng ký hợp đồng hay một văn bản bất kỳ nào đó Chữ ký viết tay thông thường trên tài liệu thường được dùng để xác định người ký nó

Sơ đồ chữ ký điện tử là một phương pháp ký một văn bản hay lưu bức điện dưới dạng điện tử Chẳng hạn một bức điện có chữ ký được lưu hành trên mạng máy tính Chữ ký điện tử từ khi ra đơì đã có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các giao dịch thương mại, từ việc xác minh chữ ký cho đến các thẻ tín dụng, các sơ đồ

định danh và các sơ đồ chia se bí mật Sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu một số sơ đồ chữ ký quan trọng Song trước hết, chúng ta sẽ thảo luận một vài điểm khác biệt

cơ bản giữa chữ ký thông thường và chữ ký điện tử

Đầu tiên là vấn đề ký một tài liệu Với chữ ký thông thường nó là một phần vật lý của tài liệu Tuy nhiên, một chữ ký điện tử không gán theo kiểu vật lý vào bức điện nên thuật toán được dung là phải “không nhìn thấy” theo cách nào đó trên bức điện

Thứ hai là vấn đề kiểm tra Chữ ký thông thường được kiểm tra bằng cách so sánh nó với chữ ký xác thực khác Ví dụ, ai đó ký một tấm sec để mua hàng, người bán sẽ so sánh chữ ký trên mảnh giáy đó với chữ ký nằm mặt sau thẻ tín dụng để kiểm tra Mặt khác, chữ ký số có thể kiểm tra bằng một thuật toán kiểm tra một cách công khai Như vậy, bất kỳ ai cũng có thể kiểm tra được chữ ký điện tử Việc sử dụng một sơ đồ ký an toàn có thể ngăn chặn được khả năng giả mạo

Sự khác biệt cơ bản giữa chữ ký điện tử và chữ ký thông thường là chỗ : một bản copy tài liệu có chữ ký được đồng nhất với bản gốc Nói cách khác, tài liệu có chữ ký trên giấy thường có thể khác biệt với bản gốc điều này để ngăn chặn một bức điện được ký khỏi bị dừng lại Ví dụ, nếu B ký một bức điện xác minh cho A rút 100$

từ tài khoản của mình, anh ta chỉ muốn A có khả năng làm điều đó một lần.Vì thế, bẩn thân bức điện phải chứa thông tin để khỏi bị dừng lại, chẳng hạn như dùng dịch

vụ gán nhãn thời gian (Time Stamping Service)

Một sơ đồ chữ ký điện tử thường chứa hai thành phần :thuật toán ký sig() và thuật toán xác minh ver() B có thể ký một buwccs điện x dùng thuật toán ký an toàn(bí mật).kết quả chữ ký y= sig(x)nhận được có thể kiểm tra bằng thuật toán xác minh công khai ver(y) Khi cho trước cặp (x,y),thuật toán xác minh cho giá trị True hay False tùy thuộc vào chữ ký được xác thực như thế nào

Vậy thế nào là chữ ký điện tử ? Chúng ta có một số định nghã như sau :

 Là một định danh điện tử được tạo ra bởi máy tính được các tổ chức sử dụng nhằm đạt được tính hiệu quả và có hiệu lực như chữ ký tay

 Là một cơ chế xác thực hóa cho phép người tạo ra thông điệp đính kèm một

mã số vào thông điệp giống như là việc ký một chữ ký lên một văn bản bình thường.Các chữ ký điện tử được sinh ra và sử dụng bởi các hệ chữ ký(sơ đồ) điện tử, dưới đây là một định nghĩa một hệ chữ ký điện tử

Định nghĩa :

Một sơ đồ chữ ký điện tử là bộ 5 (P, A, K,S, V) thỏa mãn các điều kiện dưới đây.1) P là tập hữu hạn các bức điện (thông điêp, bản rõ) có thể

2) A là tập hữu hạn các chữ ký có thể

3) K là tập không gian khoá (tập hữu hạn các khóa có thể)

4) Với mỗi khoá K € k tồn tại một thuật toán ḱý sigk € s và một thuật toán xác minh verk € V Mỗi sigk: p → A và verk: P x A → {TRUE, FALSE} là những hàm sao cho mỗi bức điện x € p và mỗi chữ ký y € A thoả mãn phương trình dưới đây:

Chú ý rằng ai đó có thể giả mạo chữ ký của B trên một bức điện “ngẫu nhiên” x bằng cách tính x = ek(y) với y nào đó, khi đó y = sigk(x) Một biện pháp xung quanh vấn đề khó khăn này là yêu cầu các bức điện chứa đủ phần dư để chữ ký giả mạo kiểu này không phù hợp với toàn bộ nội dung của bức điện x trừ một xác suất rất nhỏ Có thể dùng các hàm Băm (hash function) như MD4, MD5 trong việc tính kết nối các sơ đồ chữ ký điện tử sẽ loại trừ phương pháp giả mạo này (sẽ trình bày trong các phần sau của tài liệu)

2.2.3 THUẬT TOÁN CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ

Thuật toán chữ ký điện tử sử dụng khoá công khai để ký lên tài liệu phía phát bản tin sử dụng hàm băm trong phần dữ liệu gốc của bản tin cùng với ngày giờ tạo bản tin đó để tạo thành bản tin hoàn chỉnh Khi sử dụng chữ ký theo thuật toán RSA, hàm băm tạo ra một giá trị băm rồi được mã hoá bằng khoá bí mật của tác giả để tạo thành một chữ ký số duy nhất để đính kèm với bản tin

Phía thu kiểm tra tính nhận thực và toàn vẹn của bản tin bằng cách chạy thuật toán kiểm tra với các đầu vào là bản tin nhận được, chữ ký điện tử cùng với khoá công khai Đầu ra thuật toán chỉ ra rằng bản tin là hợp lệ nếu vẫn giữ nguyên gốc hay không hợp lệ nếu bản tin đã bị sửa đổi

Hình 2.1: Kiểm tra chữ ký điện tử.

Chữ ký điện tử được sử dụng để kiểm tra một bản tin có thực sự đến từ người gửi được mong đợi hay không, hình thành dựa trên quan điểm rằng chỉ người tạo ra chữ ký mới có khoá riêng và nó có thể được kiểm tra bằng cách sử dụng khoá công cộng tương ứng Chữ ký điện tử được tạo bằng cách tính toán tóm tắt bản tin (MD: Message Degest) của một tài liệu, sau đó kết hợp với các thông tin về người ký, tem thời gian và một vài các thông tin cần thiết khác Mỗi MD là một hàm lấy số liệu đầu vào có kích cỡ tuỳ ý (bản tin) và tạo thành đầu ra có kích cỡ cố định gọi là bản tóm tắt Tập hợp thông tin này sau đó được mật mã hoá sử dụng khoá bí mật của người gửi có sử dụng một thuật toán không đối xứng thích hợp Kết quả sau khi mật mã hoá khối thông tin là chữ ký điện tử

MD được tính toán là một giá trị bit nhằm để mô tả tình trạng hiện thời của tài liệu Nếu tài liệu thay đổi, MD cũng sẽ thay đổi Bằng cách hợp nhất MD vào chữ ký điện tử, khi chữ kýđiện tử đã được tạo thành nó cho phép người nhận tài liệu có thể

dễ dàng phát hiện ra tài liệu có bị biến đổi hay không

Mục đích sử dụng của chữ ký điện tử cũng tương tự như chữ ký thông thường, bao gồm:

Nhận thực: Nếu người nhận thành công trong việc giải mã thông tin với một

khóa công cộng xác định thì người đó có thể chắc chắn rằng bản tin đó đã được ký bởi chính người sử dụng khoá bí mật tương ứng Một vấn đề nữa là phải kiểm tra xem khoá công cộng này có thực sự là của người gửi đích thực hay không Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng các chứng nhận chữ ký điện tử

Tính toàn vẹn: Nếu một bản tin đã được ký mà thay đổi trong quá trình

truyền dẫn, người nhận sẽ không thể giải mã được với khoá công cộng Đây là một cách dễ dàng để phát hiện ra những thay đổi cố ý hoặc vô ý trong thông tin được phát

Tính không thể phủ nhận: Trong các phiên giao dịch điện tử, một yêu cầu

rất quan trọng đối với mỗi bên tham gia là phải đảm bảo rằng bên còn lại không thể từ chối việc phải thực thi một số hành động nào đó Chữ ký điện tử cũng rất thích hợp

với yêu cầu này do một tài liệu điện tử chỉ có thể được ký bởi chính người sở hữu khoá bí mật.

Thủ tục ký và kiểm tra: Các bước cần thiết để ký và kiểm tra một mẫu thông

tin được mô tả ở (hình 2.1) Các thành phần cần thiết của một hệ thống như vậy là các thuật toán khoá công cộng và thuật toán Hash mà sẽ được lựa chọn một cách cẩn thận theo yêu cầu Số liệu gốc trước tiên sẽ được làm mới lại bằng cách sử dụng hàm một chiều Hash, sau đó được mật mã hoá bằng khoá bí mật của người gửi Mục đích của thủ tục này là giảm thời gian mật mã hoá do các thuật toán không đối xứng thực thi chậm hơn nhiều các thuật toán đối xứng Cả số liệu gốc lẫn chữ ký đều được gửi qua kênh thông tin không an toàn đến người nhận

từ người gửi mong đợi Chú ý rằng người nhận phải lấy chứng nhận số của người gửi

từ một server chứng nhận, đây chính là bước kiểm tra giá trị chứng nhận

2.2.4 CHỨNG NHẬN CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ

Các khóa công cộng đã được mô tả trong phần trước và được sử dụng trong nối mạng số liệu để kiểm tra các chữ ký điện tử, bản thân chúng không mang bất cứ thông tin nào về các thực thể cung cấp các chữ ký Công nghệ nối mạng số liệu thừa nhận vấn đề này và tiếp nhận các chứng nhận an ninh để ràng buộc khóa công cộng

và nhận dạng thực thể phát hành khóa Chứng nhận chữ ký điện tử đảm bảo rằng một

khoá công cộng là sở hữu của thực thể mà nó thể hiện Để thực hiện được điều này, thì chính chứng nhận này cũng phải được kiểm tra để đảm bảo rằng nó đại diện cho đối tượng cần mong muốn (đối tượng này có thể là một cá nhân hoặc một tổ chức) Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một tổ chức thứ ba đáng tin cậy được gọi

là thẩm quyền chứng nhận (CA - Certificate Authority) gồm có VeriSign, Entrust, và Certicom.Các thẩm quyền này được phép cung cấp các dịch vụ này cho các thực thể được nhận dạng hợp lệ khi chúng yêu cầu Để thực hiện chức năng của mình, một CA phải được tin tưởng bởi các thực thể dựa trên các dịch vụ của nó Người dùng có thể mua chứng nhận số từ CA và sử dụng chứng nhận này để nhận thực và để lưu hành khoá riêng của họ.Một chứng nhận số điển hình chứa những thông tin sau:

• Tên của người đang nắm giữ chứng nhận chữ ký điện tử, cũng như thông tin khác mà có thể nhận dạng duy nhất người này, thông tin phụ thêm có thể là URL của một Web Server đang sử dụng chứng nhận hay một địa chỉ email

•Khoá công cộng của người đang nắm giữ chứng nhận chữ ký điện tử

•Tên của CA lưu hành chứng nhận này

•Thời hạn sử dụng của chứng nhận(thường là ngày bắt đầu và ngày hết hạn)

•Một chữ ký số của CA để có thể nhận ra chứng nhậnchữ ký điện tử đề phòng trường hợp phiên truyền dẫn bị phá rối

Tất cả các chứng nhận được ký bằng một khóa riêng của CA Người sử dụng chứng nhận có thể xem kiểm tra thông tin của chứng nhận có hợp lệ không bằng cách giải mật mã chữ ký bằng một khoá kiểm tra công cộng nhận được từ chứng nhận phát

đi từ thẩm quyền mức phân cấp cao hơn và kiểm tra xem nó có phù hợp với MD (Message Digest) của nội dung nhận được trong chứng nhận hay không Chữ ký thường là một MD được mật mã hóa

Dạng chính của chứng nhận số là X.509, một tiêu chuẩn công nghiệp cho nhận thực Những chứng nhận này là rất thông dụng trong các ứng dụng Internet Trong

lĩnh vực vô tuyến có loại chứng nhận số khác gọi là chứng nhận WTLS Server WAP (WAP Server WTLS Certificate), các chứng nhận này thường được gọi ngắn gọn là chứng nhận WTLS, đây là phiên bản đơn giản hơn của X.509 được tạo ra do chứng nhận X.509 quá lớn đối với các ứng dụng vô tuyến Các chứng nhận WTLS chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng WAP nơi mà các trình duyệt muốn nhận thực nhận dạng của một Server WAP và mật mã hoá thông tin bằng cách sử dụng giao thức an ninh lớp truyền tải vô tuyến (WTLS - Wireless Transport Layer Security).

2.2.5 CHUẨN CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ (Digital Signature Standard)

Chuẩn chữ ký điện tử (DSS) được sửa đổi từ hệ chữ ký ElGammal Nó được công bố tại hội nghị Tiêu chuẩn xử lý thông tin Liên Bang (FIPS) vào 19/05/1994 và trở thành chuẩn vào 01/12/1994 DSS sử dụng một khoá công khai để kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu nhận được và đồng nhất với dữ liệu của người gửi DSS cũng có thể sử dụng bởi người thứ ba để xác định tính xác thực của chữ ký và dữ liệu trong nó Đầu tiên chúng ta hãy tìm hiểu động cơ của sự thay đổi này, sau đó sẽ tìm hiểu thuật toán của DSS.Trong rất nhiều trường hợp, một bức điện có thể được mã hoá và giải mã một lần, vì vậy nó đáp ứng cho việc sử dụng của bất kỳ hệ thống bảo mật nào được biết là an toàn lúc bức điện được mã hoá Nói cách khác, một bức điện được ký đảm nhiệm chức năng như một văn bản hợp pháp, chẳng hạn như các bản hợp đồng, vì vậy nó cũng giống như việc cần thiết để xác minh chữ ký sau rất nhiều năm bức điện được ký Điều này rất quan trọng cho việc phòng ngừa về độ an toàn của chữ ký được đưa ra bởi một hệ thống bảo mật Vì hệ chữ ký ElGammal không đảm nhận được điều này, việc thực hiện này cần một giá trị lớn modulo p Tất nhiên p nên có ít nhất 512-bit, và nhiều người cho rằng độ dài của p nên là 1024-bit nhằm chống lại việc giả mạo trong tương lai.Tuy nhiên, ngay cả một thuật toán modulo 512-bit dùng để ký cũng phải thực hiện việc tính toán đến 1024-bit Cho ứng dụng tiềm năng này, có rất nhiều card thông minh được đưa ra, nhằm thực hiện một chữ ký ngắn hơn như mong muốn DSS đã sửa đổi hệ chữ ký ElGammal cho phù hợp theo cách này một cách khéo léo, để mỗi 160-bit bức điện được ký sử dụng một chữ ký 320-bit, nhưng việc tính toán được thực hiện với 512-bit modulo p Cách này được thực hiện nhờ việc chia nhỏ Z* thành các trương có kích thước 2160 Việc thay đổi này sẽ làm thay đổi giá trị δ

δ = (x+αy) k-1 mod(p-1)

Điều này cũng làm cho giá trị kiểm tra cũng thay đổi:

Αxβy ≡ yδ (mod p)

160-Cho p là một số nguyên tố 512-bit trong trường logarit rời rạc Zp, q là một số nguyên tố 160-bit và q chia hết (p-1) Cho α € Zp ; P = Zp , A = Zq*Zq, và định nghĩa:K = {(p, q, α, a, β) : β ≡ αa (mod p)}

Tìm Hiểu Thuật Toán MD5 Và Ứng Dụng Trong Chữ Ký Điện Tử

trong đó giá trị p, q, α và β là công khai, còn a là bí mật

Với K = (p, α, a, β) và chọn một số ngẫu nhiên k (1 ≤ k ≤ q-1), định nghĩa:

Sigk(x, k) = (y, δ)Chú ý rằng, với DSS thì δ ≠ 0 (mod q) vì giá trị: δ -1 mod q cần cho việc xác minh chữ ký (điều này cũng tương tự như việc yêu cầu UCLN(,δ p-1) = Khi B tính một giá trị δ ≡ 0 (mod q) trong thuật toán ký, anh ta nên bỏ nó đi và chọn một số ngẫu nhiên k mới

Ví dụ: Chúng ta chọn q = 101 và p = 78*q + 1 = 7879 và g = 3 là một nguyên tố trong Z7879 Vì vậy, ta có thể tính: α = 378 mod 7879 = 170

(17045456727 mod 7879) mod 101 = 2518 mod 101 = 94

Kể từ khi DSS được đề xuất vào năm 1991, đã có nhiều phê bình đưa ra Chẳng hạn như kích cỡ của moduloe p bị cố định 512-bit, điều mà nhiều người không muốn Vì vậy, NIST đã thay đổi chuẩn này để có thể thay đổi kích thước moduloe (chia bởi 64) thành một dãy từ 512 đến 1024-bit

Ngoài ra, một sự phê bình khác về DSS là chữ ký được tạo ra nhanh hơn so với việc xác minh nó Trái ngược với hệ chữ ký RSA thì việc xác minh công khai là rất nhanh chóng (mà ta biết trong thương mại điện tử việc xác minh là rất quan trọng và đòi hỏi thời gian thực hiện phải nhanh chóng)

2.2.6 GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ

Phần này, em xin được đề xuất giải pháp ứng dụng chữ ký điện tử trong hệ thống quản lý Quá trình gửi và nhận các tệp văn bản phục vụ quản lý dựa vào thuật toán băm MD5 và thuật toán mã hóa RSA

2.2.6.1 Quá trình ký và gửi các tệp văn bản

Lê Thị Kim Vui-Lớp T13TVT Trang 22

Tìm Hiểu Thuật Toán MD5 Và Ứng Dụng Trong Chữ Ký Điện Tử

- Từ file cần gửi ban đầu, chương trình sẽ sử dụng hàm băm MD5 để mã hóa

thành chuỗi ký tự dài 128 bit, hash value (gọi là bản tóm lược)

- Chương trình sử dụng thuật toán RSA để mã hóa khóa riêng (private key) của người gửi và bản tóm lược hash value thành một dạng khác (giá trị băm ở dạng mật mã) gọi là chữ ký điện tử

- Kết hợp file ban đầu với chữ ký điện tử thành một thông điệp đã ký và gửi đi cho người nhận

Hình 2.3 Sơ đồ mô tả quá trình ký và gửi các tệp văn bản

2.2.6.2 Quá trình nhận các tệp văn bản

Sau khi người nhận đăng nhập vào hệ thống và thực hiện việc nhận các tệp văn bản Hệ thống sẽ tách thông điệp đã ký thành ra file và chữ ký điện tử Đến giai đoạn này sẽ có 2 quá trình kiểm tra :

 Kiểm tra file có đúng người gửi hay không?

- Sử dụng thuật toán RSA để giải mã chữ ký điện tử bằng khóa công khai (username) của người gửi

- Nếu giải mã không được thì file nhận được không đúng người gửi

- Nếu giải mã thành công thì file nhận được đúng người gửi và có được Bản tóm lược 1

Kiểm tra file có bị thay đổi hay không?

- Từ file được tách ra ta sử dụng hàm băm MD5 mã hóa thành Bản tóm lược 2

Lê Thị Kim Vui-Lớp T13TVT Trang 23

Tìm Hiểu Thuật Toán MD5 Và Ứng Dụng Trong Chữ Ký Điện Tử

- Kiểm tra Bản tóm lược 1 và Bản tóm lược 2 có giống nhau hay không? Nếu giống nhau thì file nhận được là vẹn toàn (không bị thay đổi hay tác động), ngược lại là file đã bị thay đổi

Hình 2.4 Sơ đồ mô tả quá trình nhận các tệp văn bản

2.2.7 VẬN DỤNG VÀO HỆ THỐNG

Để vận dụng giải pháp này trong hệ thống gửi và nhận tệp văn bản chúng ta cần tìm hiểu thêm trong các tài liệu tham khảo, từ đó có thể lựa chọn, sử dụng các thuật toán, ngôn ngữ để xây dựng chương trình Trong khuôn khổ một bài báo, chúng tôi giới thiệu tổng quan một số bước để xây dựng các hàm và thuật toán chính như sau:

- Do sử dụng hàm băm MD5 để mã hóa văn bản gốc thành 32 kí tự nên kích thuớc của khóa có độ đài phải đủ lớn và trong thuật toán RSA có cả hàm mũ nên ta cần xây dựng các hàm xử lý số có kích thước lớn với các phép toán cơ bản: cộng, trừ, nhân, chia, modulo…

- Xây dựng thuật toán phát sinh số nguyên tố;

- Xây dựng thuật toán chọn e, thuật toán chọn d;

- Sử dụng khóa riêng (n, d) để tính toán chữ ký S = Md

Lê Thị Kim Vui-Lớp T13TVT Trang 24

Tìm Hiểu Thuật Toán MD5 Và Ứng Dụng Trong Chữ Ký Điện Tử

- Sử dụng khóa công khai của người gửi (n, e) để tính toán lại M = S mod n;

- Xây dựng các hàm gửi và nhận file

2.2.8 KẾT LUẬN

Chữ ký điện tử là nền tảng để bảo đảm an ninh trong lĩnh vực thương mại điện

tử, các phần mềm quản lý có kiến trúc kiểu Client/Server Chúng tôi đã nêu được quy trình ứng dụng chữ ký điện tử trên cơ sở kết hợp giữa thuật toán băm MD5 và thuật toán mã hóa RSA Từ đó, chúng tôi đã đề ra giải pháp ứng dụng chữ ký điện

tử trong phần mềm quản lý cụ thể là quá trình gửi và nhận các tệp văn bản

Từ giải pháp này, ta có thể xây dựng và cài đặt các hàm sử dụng tính năng của chữ ký điện tử trong quá trình gửi và nhận các tệp văn bản ứng dụng cho các

hệ thống quản lý nhằm đảm bảo tính bảo mật của hệ thống

Lê Thị Kim Vui-Lớp T13TVT Trang 25

Tìm Hiểu Thuật Toán MD5 Và Ứng Dụng Trong Chữ Ký Điện Tử

CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN VỀ HÀM BĂM VÀ THUẬT TOÁN

HÀM BĂM MD5

2.3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trên thực tế, các thông điệp sử dụng chữ ký điện tử có độ dài bất kỳ, thậm chí lên đến vài Megabyte Trong khi đó, thuật toán chữ ký điện tử được trình bày trên đây lại áp dụng trên các thông điệp có độ dài cố định và thường tương đối ngắn, chẳng hạn như phương pháp DSS sử dụng chữ ký 320 bit trên thông điệp 160 bit Để giải quyết vấn đề này, chúng ta có thể chia nhỏ thông điệp cần ký thành các đoạn nhỏ có

độ dài thích hợp và ký trên từng mảnh thông điệp này Tuy nhiên, giải pháp này lại có nhiều khuyết điểm và không thích hợp áp dụng trong thực tế:

Nếu văn bản cần được ký quá dài thì số lượng chữ ký được tạo ra sẽ rất nhiều

và kết quả nhận được là một thông điệp có kích thước rất lớn Chẳng hạn như khi sử dụng phương pháp DSS thì thông điệp sau khi được ký sẽ có độ dài gấp đôi văn bản nguyên thủy ban đầu

Hầu hết các phương pháp chữ ký điện tử có độ an toàn cao đều đòi hỏi chi phí tính toán cao và do đó, tốc độ xử lý rất chậm Việc áp dụng thuật toán tạo chữ ký điện

tử nhiều lần trên một văn bản sẽ thực hiện rất lâu

Từng đoạn văn bản sau khi được ký có thể dễ dàng bị thay đổi thứ tự hay bỏ bớt đi mà không làm mất đi tính hợp lệ của văn bản Việc chia nhỏ văn bản sẽ không thể bảo đảm được tính toàn vẹn của thông tin ban đầu cần được ký

2.3.2 GIỚI THIỆU VỀ HÀM BĂM MẬT MÃ

Hàm băm mật mã là một thủ tục tất định có đầu vào là khối dữ liệu bất kỳ và trả về một xâu bit có độ dài cố định, gọi là giá trị băm (mật mã), mà bất kỳ sự thay đổi vô tình hay các ý trên dữ liệu sẽ thay đổi giá trị băm Dữ liệu đem mã hóa thường được gọi là thông điệp (message), và giá trị băm đôi khi còn được gọi là tóm lược thông điệp (message digest) hay giá trị tóm lược (digest)

Hàm băm mật mã lý tưởng có 4 tính chất chính sau:

• dễ dàng tính giá trị băm với bất kỳ thông điệp cho trước nào,

• không thể tìm được một thông điệp từ một giá trị băm cho trước,

• không thể sửa được một thông điệp mà không làm thay đổi giá trị băm của nó,

• không thể tìm ra 2 thông điệp khác nhau mà có cùng giá trị băm

Hàm băm mật mã có rất nhiều ứng dụng trong an toàn thông tin, nhất là cho

Lê Thị Kim Vui-Lớp T13TVT Trang 26

Tìm Hiểu Thuật Toán MD5 Và Ứng Dụng Trong Chữ Ký Điện Tử

chữ ký điện tử (Digital Signatures), mã xác thực thông điệp (MACs – Message Authentication Codes), và một số dạng xác thực khác Chúng cũng có thể sử dụng như các hàm băm thông thường, để đánh chỉ số dữ liệu trong bảng băm: như điểm chỉ, để nhận diện dữ liệu lặp hay xác định tệp dữ liệu duy nhất: hay như checksums

để nhận biết sự thay đổi dữ liệu Thật vậy, trong lĩnh vực an toàn thông tin, giá trị băm mật mã đôi khi được gọi điểm chỉ (số), checksums, hay giá trị băm, dù rằng tất

cả các thuật ngữ này chỉ đại diện về mặt chức năng nhưng các tính

Kháng tiền ảnh (Preimage resistance): cho trước một giá trị băm h, khó tìm

ra thông điệp m thỏa mã h = hash(m) Khái niệm như là hàm một chiều (one way function) Các hàm thiếu tính chất này sẽ bị tổn thương bởi các tấn công tiền ảnh (preimage attacks)

Kháng tiền ảnh thứ 2 (Second preimage resistance): cho trước một đầu vào m1, khó có thể tìm ra đầu vào m2 khác (không bằng m1) thỏa mãn hash(m1) = hash(m2) Tính chất này đôi khi như là kháng va chạm yếu (weak collision resistance) Các hàm thiếu tính chất này sẽ bị tổn thương bởi các tấn công tiền ảnh thứ 2 (second preimage attacks)

Kháng va chạm (Collision resistance): khó có thể tìm ra 2 thông điệp m1 và m2 thỏa mãn hash(m1) = hash(m2) Một cặp như vậy được gọi là một va chạm băm (mật mã), và tính chất này đôi khi như là kháng va chạm mạnh (strong collision resistance) Tính chất này yêu cầu rằng một giá trị băm tối thiểu cũng mạnh hơn yêu cầu kháng tiền ảnh, hơn nữa các va chạm có thể tìm được bởi tấn công ngày sinh (birthday attack)

Các tính chất trên nói lên rằng đối phương ác ý không thể thay hoặc sửa dữ liệu đầu vào mà không làm thay đổi giá trị tóm lược của nó Do đó, nếu 2 xâu có cùng một giá trị tóm lược, thì người ta tin tưởng rằng chúng là giống nhau

Một hàm có các tiêu chí này vẫn có thể có các tính chất không mong muốn Hiện tại các hàm băm mật mã thông thường vẫn bị tổn thương bởi các tấn công mở

Lê Thị Kim Vui-Lớp T13TVT Trang 27