Hệ mật mã hiện đại và ứng dụng trong xác thực chữ ký điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI LÊ HOÀNG HỆ MẬT MÃ HIỆN ĐẠI VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÁC THỰC CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 06 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS KIỀU VĂN HƢNG HÀ NỘI, 2015 LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp cao học đƣợc hoàn thành Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội Có đƣợc luận văn tốt nghiệp này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc đến Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2, phòng sau đại học, đặc biệt TS Kiều Văn Hƣng trực tiếp hƣớng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ tơi với dẫn khoa học quý giá suốt trình triển khai, nghiên cứu hoàn thành đề tài Hệ mật mã đại ứng dụng xác thực chữ ký điện tử Xin ghi nhận cơng sức đóng góp quý báu nhiệt tình bạn học viên lớp đóng góp ý kiến giúp đỡ tơi suốt q trình Có thể khẳng định thành công luận văn này, trƣớc hết thuộc công lao tập thể, nhà trƣờng, quan xã hội Đặc biệt quan tâm động viên khuyến khích nhƣ thơng cảm sâu sắc gia đình Nhân tơi xin đƣợc bày tỏ lịng biết ơn sâu đậm Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 02 tháng 12 năm 2015 Học viên Lê Hoàng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn đƣợc cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày 02 tháng 12 năm 2015 Học viên Lê Hoàng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .1 LỜI CAM ĐOAN .2 MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 Lý chọn đề tài .10 Mục đích nghiên cứu 10 Nhiệm vụ nghiên cứu 11 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu .11 Phƣơng pháp nghiên cứu 11 Chƣơng CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA CÁC HỆ MẬT MÃ HIỆN ĐẠI 12 1.1 Lý thuyết thông tin 12 1.1.1 Entropy .12 1.1.2 Tốc độ ngôn ngữ (Rate of Language) 13 1.1.3 Tính an tồn hệ thống mã hóa 14 1.1.4 Kỹ thuật lộn xộn rƣờm rà (Confusion and Diffusion) 15 1.2 Lý thuyết độ phức tạp .16 1.2.1 Độ an toàn tính tốn 17 1.2.2 Độ an tồn khơng điều kiện 18 1.2.3 Hệ mật tích .20 1.3 Số học số thuật toán 21 1.3.1 Modulo số học 21 1.3.2 Số nguyên tố .21 1.3.3 Ƣớc số chung lớn 21 1.3.4 Vành ZN (vành đồng dƣ modulo N) 22 1.3.5 Phần tử nghịch đảo 23 1.3.6 Hàm phi Ơle .23 1.3.7 Thặng dƣ bậc hai 24 1.3.8 Thuật toán lũy thừa nhanh 25 1.3.9 Thuật toán Ơclit mở rộng 26 1.3.10 Phƣơng trình đồng dƣ bậc ẩn 26 1.3.11 Định lý phần dƣ Trung Hoa 27 Chƣơng HỆ MẬT MÃ HIỆN ĐẠI 29 2.1 Sơ lƣợc hệ mật mã đại 29 2.2 Các hệ mật mã khóa đối xứng 30 2.2.1 Mã dòng (Stream Cipher), mã khối (Block Cipher), mã TinyDES 30 2.2.2 Mã DES (Data Encryption Standard) số phƣơng pháp mã khối khác (Triple DES, AES) .45 2.2.4 Tính chứng thực tính khơng thối thác mã khóa đối xứng 59 2.2.5 Trao đổi khóa bí mật trung tâm phân phối khóa .61 2.3 Các hệ mật mã bất đối xứng (mã hóa cơng khai) 63 2.3.1 Hoàn cảnh đời vai trị hệ mã hóa cơng khai .63 2.3.2 Hệ mật mã RSA 66 2.3.3 Bảo mật, chứng thực khơng thối thác với mã khóa cơng khai 74 2.3.4 Trao đổi khóa phƣơng pháp trao đổi khóa Diffie – Hellman 75 Chƣơng ỨNG DỤNG MẬT MÃ HIỆN ĐẠI TRONG XÁC THỰC CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ 81 3.1 Chữ ký điện tử 81 3.1.1 Khái niệm 81 3.1.2 So sánh chữ ký điện tử chữ ký thƣờng văn 81 3.1.3 Sơ đồ tổng quan hệ thống chữ ký số điện tử 82 3.1.4 Ƣu điểm chữ ký điện tử .86 3.2 Phân tích thiết kế hệ thống 87 3.2.1 Mô tả yêu cầu 87 3.2.2 Biểu đồ use-case .88 3.2.3 Biểu đồ hoạt động 89 3.3 Cài đặt ứng dụng thử nghiệm 90 3.3.1 Gửi thông tin 90 3.3.2 Nhận thông tin 93 KẾT LUẬN .93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 DANH MỤC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT STT Ý NGHĨA DES Data Encryption Standard RSA Rivest, Shamir, Adleman K Key P Plain Text C Cipher Text U Unicity Distance NP NonPolynomial GCD Greatest Common Divisor SPN Substitution-Permutation Network 10 EFF Electronic Frontier Foundation 11 AES Advanced Encryption Standard 12 ECB Electronic Codebook 13 CBC Cipher Block Chaining 14 CTR Counter 15 OFB Output Feedback 15 CFB Cipher Feedback 16 KDC Key Distribution Center 17 CA Certificate Authority 18 LGDDT Luật giáo dục điện tử 19 MD5 Message Digest 20 SHA Secure Hash Algorithm DANH MỤC CÁC BẢNG STT DANH MỤC BẢNG TÊN BẢNG Bảng 2.1 Hiệu ứng lan truyền Bảng 2.2 Bảng liệt kê mốc phá mã RSA DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT HÌNH VẼ TÊN HÌNH VẼ Hình 2.1 Mơ hình mã dịng Hình 2.2 Mã dịng A5/1 Hình 2.3 Mơ hình mã khối Feistel Hình 2.4 Các vịng Feistel mã TinyDES Hình 2.5 Cấu trúc vịng mã TinyDES Hình 2.6 Các vịng Feistel mã DES Hình 2.7 Cấu trúc vịng mã DES Hình 2.8 Mơ hình ECB mã khối Hình 2.9 Mã hóa ECB khơng che dấu hết thơng tin 10 Hình 2.10 Mơ hình CBC mã khối 11 Hình 2.11 Bức ảnh sau mã hóa dùng mơ hình CBC 12 Hình 2.12 Mơ hình OFB mã khối 13 Hình 2.13 Mơ hình CFB mã khối 14 Hình 2.14 Trao đổi khóa bí mật dùng KDC 15 Hình 2.15 Mơ hình bảo mật với mã hóa cơng khai 16 Hình 2.16 Mơ hình khơng thối thác với mã hóa cơng khai 17 Hình 2.17 Mơ hình kết hợp bảo mật, chứng thực khơng từ chối 18 Hình 2.18 Trao đổi khóa cơng khai tự phát 19 Hình 2.19 Trao đổi khóa cơng khai dùng trung tâm chứng thực 20 Hình 2.20 Thiết lập khóa phiên bí mật mã hóa khóa cơng khai 21 Hình 2.21 Tấn cơng kẻ-đứng-giữa với phƣơng pháp Diffie-Hellman 22 Hình 2.22 Bảo vệ khóa Diffie-Hellman khóa cơng khai 23 Hình 3.1 Tạo chữ ký kiểm tra chữ ký 24 Hình 3.2 Mơ hình chung chữ ký điện tử 25 Hình 3.3 Biểu đồ use-case 26 Hình 3.4 Biểu đồ hoạt động 27 Hình 3.5 Form gửi thơng tin 28 Hình 3.6 Giao diện Attachment file 29 Hình 3.7 Giao diện chức Send 30 Hình 3.8 Giao diện nhận thơng tin 31 Hình 3.9 Giao diện nhận thơng tin thành cơng