Chữ ký không thể phủ nhận và ứng dụng trong các giao dịch đặt hàng qua mạng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI ĐÀM CÔNG THẮNG ĐÀM CÔNG THẮNG KHOA HỌC MÁY TÍNH CHỮ KÝ KHƠNG THỂ PHỦ NHẬN VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC GIAO DỊCH ĐẶT HÀNG QUA MẠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH KHĨA 17 HÀ NỘI, 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI ĐÀM CÔNG THẮNG CHỮ KÝ KHÔNG THỂ PHỦ NHẬN VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC GIAO DỊCH ĐẶT HÀNG QUA MẠNG Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Văn Phùng HÀ NỘI, 2015 LỜI CẢM ƠN Bằng kính trọng lịng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Lê Văn Phùng, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Em xin chân thành cám ơn thầy cô khoa Cơng nghệ thơng tin, phịng Sau đại học Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2, thầy trực tiếp giảng dạy học phần tồn khóa học truyền thụ kiến thức quý báu tạo điều kiện cho em suốt trình học tập nghiên cứu trường Xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, giúp đỡ tơi suốt thời gian nghiên cứu hồn thành luận văn Trong q trình nghiên cứu, hồn thiện luận văn khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý q thầy bạn bè đồng nghiệp quan tâm đến luân văn Hà nội, tháng 12 năm 2015 Học viên Đàm Công Thắng LỜI CAM ĐOAN Trong q trình hồn thành luận văn, tơi tìm hiểu, nghiên cứu, tổng hợp nhiều nguồn tài liệu khác nhau, dẫn, giúp đỡ giáo viên hướng dẫn, kết đề tài sản phẩm lao động cá nhân Các nguồn tài liệu sử dụng trích dẫn rõ ràng, khoa học Nội dung luận văn chưa cơng bố hay xuất hình thức không chép từ cơng trình nghiên cứu Tơi xin cam đoan điều hoàn toàn Hà nội, tháng 12 năm 2015 Học viên Đàm Công Thắng MỤC LỤC TRANG BÌA PHỤ LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Chƣơng Tổng quan mã hóa liệu chữ ký số 1.1 Tổng quan mã hóa liệu 1.1.1 Cơ sở toán học lý thuyết mật mã 1.1.2 Những vấn đề chung mã hóa liệu 15 1.1.3 Giới thiệu số hệ mã hóa cổ điển 17 1.1.4 Khái quát hệ mã hóa khóa đại 24 1.2 Tổng quan chữ ký số 29 1.2.1 Khái niệm chữ ký số 29 1.2.2 Một số cách phân loại chữ ký số 34 1.2.3 Giới thiệu số chữ ký số thông dụng 35 1.2.4 Đại diện tài liệu hàm băm 40 1.2.5 Các ứng dụng chữ ký số 41 Kết luận 44 Chƣơng 45 Chữ ký số đặc biệt chữ ký số phủ nhận 45 2.1 Sơ đồ thuật toán ứng dụng số loại chữ ký đặc biệt 45 2.1.1 Chữ ký “mù” RSA 45 2.1.2 Chữ ký mù nhóm 50 2.1.3 Chữ ký mù bội (Blind Multi Signature) 53 2.1.4 Chữ ký phủ nhận 57 2.2 Sơ đồ chữ ký phủ nhận 58 2.2.1 Sơ đồ chữ ký phủ nhận Chaum – Van Antverpen 58 2.2.2 Tính hợp thức giao thức 59 2.2.3 Ví dụ giao thức kiểm thử chối bỏ 62 2.2.4 Các ứng dụng chữ ký số phủ nhận đời sống kinh tế -xã hội 65 Kết luận 66 Chƣơng 67 Xây dựng chƣơng trình ứng dụng chữ ký phủ nhận việc xác thực giao dịch đặt hàng qua mạng 67 3.1 Bài toán đặt môi trƣờng thử nghiệm 67 3.1.1 Bài toán 67 3.1.2 Môi trƣờng thử nghiệm 67 3.2 Chức chƣơng trình thuật tốn sử dụng 68 3.2.1 Chức ký đơn hàng gửi đơn hàng kèm chữ ký 68 3.2.2 Chức thực giao thức kiểm thử 68 3.2.3 Chức thực giao thức chối bỏ 70 3.3 Một số giao diện quan trọng chƣơng trình 71 3.3.1 Giao diện nhập thông số chung 71 3.3.2 Giao diện nhập đơn hàng nhận đơn hàng 72 3.3.3 Giao diện giao thức kiểm thử 73 3.3.4 Giao diện giao thức chối bỏ 74 3.4 Kết thử nghiệm chƣơng trình đánh giá 76 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Mơ tả q trình tính tốn thuật toán Euclid Bảng 1.2 Mơ tả q trình tính tốn thuật toán Euclid mở rộng Bảng 1.3 Tìm phần tử nghịch đảo Z7 13 Bảng 1.4 Mơ tả q trình mã hóa hệ mã hóa VIGENERE 22 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Q trình tạo chữ ký 31 Hình 1.2 Quá trình xác thực chữ ký số 33 Hình 2.1 Lưu đồ thuật tốn chữ ký mù RSA 47 Hình 3.1 Sơ đồ chức ký đơn hàng gửi đơn hàng kèm chữ ký 68 Hình 3.2 Sơ đồ chức thực giao thức kiểm thử 69 Hình 3.3 Sơ đồ chức thực giao thức chống chối bỏ: 71 Hình 3.4 giao diện nhập thơng số chung 71 Hình 3.5 Giao diện nhập đơn hàng 72 Hình 3.6 Giao diện nhận đơn hàng 72 Hình 3.7 Giao diện kiểm thử N G 73 Hình 3.8 Thơng báo xác nhận chữ ký 74 Hình 3.9 Thơng báo u cầu thực giao thức chối bỏ 74 Hình 3.10 Giao diện chương trình thực với chữ ký giả mạo 74 Hình 3.11 Giao diện thực giao thức chối bỏ 75 Hình 3.12 Thông báo chữ ký đơn hàng nhận giả mạo 75 Hình 3.13 Thông báo yêu cầu thiết lập lại giao dịch 76 Chƣơng Tổng quan mã hóa liệu chữ ký số 1.1 Tổng quan mã hóa liệu 1.1.1 Cơ sở toán học lý thuyết mật mã 1.1.1.1 Khái niệm Ước số , bội số Cho hai số nguyên a, b ( b  ) Nếu có số nguyên q cho a=b*q, ta nói a chia hết cho b, kí hiệu b\a Ta nói b ước a a bội b Ước chung lớn nhất, bội chung nhỏ - Số nguyên d gọi ước chung số nguyên a1, a2,…,an, ước tất số - Số nguyên m gọi bội chung số nguyên a1, a2,…,an, bội tất số - Một ước chung d tất số nguyên a1, a2, …, an ước chung a1, a2, …, an ước d, d gọi ước chung lớn (gcd) a1, a2, …, an Ký hiệu d = gcd(a1, a2,…, an) hay d= gcd(a1, a2,…, an) - Nếu gcd(a1, a2, …, an) =1 số a1, a2, …, an gọi nguyên tố - Một bội chung m>0 số nguyên a1, a2, …, an, bội chung a1, a2, …, an, bội m m gọi bội chung nhỏ (BCNN) a1, a2, …, an Ký hiệu m = lcm(a1, a2, …, an) hay m=BCNN(a1, a2, …, an) - Tập Zn Zn* + Zn={ 0, 1, 2, …, n-1} tập nguyên tố không âm < n + Zn* = { e  Zn , e nguyên tố với n} Tức e  Thuật toán Euclide tìm ước chung lớn Bài tốn: - Input: Cho hai số không âm a,b (a  b) - Output: gcd(a,b) Thuật tốn mơ ngơn ngữ lập trình Pascals Readln(a, b) While b>0 Begin r:=a mod b; a:= b; b:=r; end; writeln(a); Ví dụ: a = 30, b = 18; gcd(30,18) = gcd(18,12) = gcd(12,6) = gcd(6,0) = Bảng 1.1 Mơ tả q trình tính tốn thuật toán Euclid a b r a = b.q + r 30 18 12 30 = 18 * + 12 18 12 18 = 12 * + 12 12 = * + Thuật toán Euclide mở rộng Bài tốn: - Input: Cho hai số ngun khơng âm a, b ( a  b) - Output: d = gcd(a, b) hai số x, y cho ax + by = d - Thuật toán: Nếu b = đặt d  a, x  1, y  cho (d, x, y) Đặt x2 = 1, x1 = 0, y2 = 0, y1 = 66 Kết luận Trong chương trình bày số chữ ký số đặc biệt như: chữ ký mù RSA, chữ ký mù nhóm, chữ ký mù bội đồng thời trình bày thuật tốn ký chữ ký số đặc biệt ứng dụng chúng thực tế Chương trình bày cụ thể chữ ký số khơng thể phủ nhận Chaum Van Anterpen sơ đồ chữ ký, chứng minh tính hợp thức giao thức sơ đồ chữ ký số ví dụ minh họa để làm rõ thêm phương thức tạo chữ ký số theo sơ đồ Chaum - Van Anterpen Ngồi ra, chương trình bày số ứng dụng chữ ký số phủ nhận đời sống kinh tế, xã hội như: Bản quyền phần mềm (licensing softwares), đấu giá bỏ phiếu điện tử, ứng dụng giao dịch đặt hàng qua mạng, dịch vụ chứng thực chữ ký số, ứng dụng ký mã hóa sử dụng chứng thư số E-Office, ứng dụng việc thu thuế cá nhân doanh nghiệp 67 Chƣơng Xây dựng chƣơng trình ứng dụng chữ ký khơng thể phủ nhận việc xác thực giao dịch đặt hàng qua mạng 3.1 Bài tốn đặt mơi trƣờng thử nghiệm 3.1.1 Bài toán Khi tham gia thương mại điện tử, người sử dụng thu nhiều lợi ích như: - Thu thập nhiều thông tin - Giảm chi phí bán hàng tiếp thị giao dịch - Xây dựng quan hệ đối tác cách nhanh chóng, thuận tiện - Tạo điều kiện sớm tiếp cận kinh tế tri thức Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích trên, thương mại điện tử tồn - Làm để xác nhận thông tin giao dịch đối tác? - Làm để xác nhận thông tin giao dịch chép? - Làm để tránh nguy đánh cắp, thay sửa sai cố tính phá hỏng thơng tin, nguy mạo danh hay chối cãi nguồn gốc Giả sử đơn hàng chữ ký người gửi (G) gửi đến người nhận (N), để N ngăn cản G chối bỏ chữ ký mà G ký (G tuyên bố chữ ký giả mạo chép từ đơn hàng chữ ký trước G)? Từ vấn đề trên, toán đặt là: “Xây dựng giao thức để thông qua giao thức người ký chứng minh chữ ký khơng phải thực giả mạo” Như vậy, người ký từ chối khơng tham gia giao thức người nhận có chứng để chứng tỏ người ký khơng chứng minh chữ ký giả mạo, tức người gửi chối bỏ chữ ký 3.1.2 Mơi trường thử nghiệm - Ngơn ngữ lập trình: Visual C# (cơng dụng + lý chọn) 68 - Môi trường cài đặt thử nghiệm: Cấu hình máy tính đề nghị để cài đặt chương trình: + CPU @2.0 Ghz + Ram 512 MB + Memory 40 GB + Hệ điều hành: Window XP, Win 2000, Win Vista, Win7, … 3.2 Chức chƣơng trình thuật tốn sử dụng 3.2.1 Chức ký đơn hàng gửi đơn hàng kèm chữ ký Để thực chức ký đơn hàng gửi đơn hàng kèm chữ ký, chương trình thực bước sau: Bước 1: G lựa chọn thông số ban đầu p, g Bước 2: G nhập đơn hàng cần ký khóa bí mật Bước 3: Thực ký đơn hàng gửi đơn hàng kèm chữ ký cho N Quá trình thực ký thực theo sơ đồ sau: Chọn p, g Ký a-1modq G Nhập đơn hàng x khóa bí mật a Tính y = x p mod a Tính h = g mod p Gửi (x,y, (p,g,h)) N Hình 3.1 Sơ đồ chức ký đơn hàng gửi đơn hàng kèm chữ ký 3.2.2 Chức thực giao thức kiểm thử Đây chức cho phép người G xác thực chữ ký mình, chương trình thực bước sau: Bước 1: N chọn cặp (e1, e2) tùy ý  Zp* 69 e1 e2 Bước 2: N tính mã kiểm tra c = y h mod p gửi c cho G Bước 3: G tính mã xác thực d = c e1 a-1 mod q mod p gửi lại cho N e2 e1 e2 Bước 4: N so sánh d với x g mod p Nếu d  x g mod p, N xác nhận chữ ký G đưa thông báo “Xác nhận chữ ký Giao dịch an toàn!”, ngược lại đưa thơng báo "Có nghi vấn giao dịch Xin kiểm tra lại thông qua giao thức chối bỏ!" chuyển qua chức thực giao thức chối bỏ Quá trình thực chức thực giao thức kiểm thử mơ tả sơ đồ sau: Tính N e1 e2 Tính c = y h mod p Nhập e1, e2 e1 Gửi c G So sánh N e2 d=x g mod p? Tính Đúng Tính d = c mod p Gửi d Kết luận chữ ký Sai Chuyển sang giao thức chối bỏ Hình 3.2 Sơ đồ chức thực giao thức kiểm thử a-1 mod q 70 3.2.3 Chức thực giao thức chối bỏ Đây chức cho phép người G chối bỏ chữ ký (trong trường hợp chữ ký giả mạo), chương trình thực bước sau: Bước 1: N chọn cặp (f1, f2) tùy ý  Zp* f1 f2 Bước 2: N tính mã kiểm tra C = y h mod p gửi C cho G Bước 3: G tính mã xác thực D = C f1 a-1 mod q f2 mod p gửi lại cho N f1 f2 Bước 4: N so sánh D với x g mod p Nếu D  x g mod p, N xác nhận chữ ký G đưa thông báo “Xác nhận chữ ký Giao dịch an toàn!”, ngược lại N chuyển sang bước -e2 f1 -f2 e1 -e2 f1 -f2 e1 Bước 5: N so sánh (dg ) với (Dg ) Nếu (dg )  (Dg ) mod p, N kết luận chữ ký G bị giả mạo đưa thông báo "Cảnh báo! Chữ ký đơn hàng chữ ký giả mạo!" Quá trình thực chức thực giao thức chối bỏ mơ tả sơ đồ sau: 71 Tính N f1 f2 Tính C = y h mod p Nhập f1, f2 Gửi c G So sánh N f1 D = x g mod p? f2 Tính D = C mod p Tính a-1 mod q Gửi D Đúng Kết luận chữ ký Sai -e2 f1 -f2 e1 (dg )  (Dg ) mod p Đúng Kết luận chữ ký giả Hình 3.3 Sơ đồ chức thực giao thức chống chối bỏ: 3.3 Một số giao diện quan trọng chƣơng trình 3.3.1 Giao diện nhập thông số chung Giao nhiện nhập thông số chung có cấu trúc sau: Hình 3.4 giao diện nhập thông số chung Cho phép người G nhập thống số: - Số nguyên tố p - Phần tử sinh g 72 3.3.2 Giao diện nhập đơn hàng nhận đơn hàng Giao nhiện nhập đơn hàng có cấu trúc sau: Hình 3.5 Giao diện nhập đơn hàng Tại giao diện này, người sử dụng cần thực thao tác: - Nhập khóa bí mật (khóa riêng) a ô số - Nhập văn (đơn hàng) ô số - Thực ký gửi đơn hàng cho người nhận nút “3.Ký gửi” - Ngồi ra, chương trình cịn cho phép tạo chữ ký giả mạo (nhằm mục đích thử nghiệm giao thức chối bỏ) Để tạo chữ ký giả mạo, người sử dụng nhập chữ ký giả vào ô “Chữ ký giả” ấn nút “3’.Ký giả gửi” Sau khu thực bước trên, đơn hàng chữ ký gửi sang cho N Giao nhiện nhận đơn hàng có cấu trúc sau: Hình 3.6 Giao diện nhận đơn hàng 73 Giao diện cho phép người sử dụng nắm thông tin số ngun tố p, phần tử sinh g, khóa cơng khai h 3.3.3 Giao diện giao thức kiểm thử Giao diện giao thức kiểm thử có cấu trúc gồm phần sau: Hình 3.7 Giao diện kiểm thử N G Giao diện cho phép người sử dụng thực thao tác kiểm thử sau: - Người nhận N nhập vào cặp số ngẫu nhiên e e2 nhấn nút “4.Nhập” Sau N nhấn nút “4.Nhập”, chương trình hiển thị mã kiểm tra c - N nhấn vào nút “5.Gửi”, chương trình gửi mã kiểm tra cho G - Tại giao diện kiểm thử G, sau nhận c, G tiến hành tính d “6.Tính mã xác thực” gửi d cho N thông qua nút “7.Gửi” e1 e2 - Tại giao diện kiểm thử N, sau nhận d, N tiến hành so sánh d với x g e1 e2 mod p nút “8.Kiểm tra” Nếu d  x g báo xác nhận chữ ký: mod p chương trình hiển thị lên thơng 74 Hình 3.8 Thơng báo xác nhận chữ ký e1 e2 Nếu d  x g chương trình hiển thị lên thông báo yêu cầu thực giao thức chối bỏ: Hình 3.9 Thơng báo u cầu thực giao thức chối bỏ 3.3.4 Giao diện giao thức chối bỏ Giả sử, giả mạo chữ ký đơn hàng hình: Hình 3.10 Giao diện chương trình thực với chữ ký giả mạo 75 Lúc này, nhấn nút “8.Kiểm tra”, giao diện giao thức chối bỏ lên sau: Hình 3.11 Giao diện thực giao thức chối bỏ N G thực bước sau: - N thực nhập cặp số ngẫu nhiên (f1, f2) sau nhấn nút “9.Nhập” Sau nhấn nút “9.Nhập”, chương trình thực tính mã kiểm tra lần C hiển thị giá trị C - N thực gửi mã kiểm tra C cho G cách nhấn vào nút “10.Gửi” - G nhận mã kiểm tra C tiến hành thực tính mã xác thực D cách nhấn vào nút “11.Tính mã xác thực” Sau G tiến hành gửi mã xác thực D cho N cách nhấn vào nút “12.Gửi” -e2 f1 -f2 e1 - N nhận mã xác thực D tiến hành kiểm tra (d*g )  (D*g ) (mod p) Nếu điều kiện chương trình hiển thị thông báo: "Cảnh báo! Chữ ký đơn hàng chữ ký giả mạo!" Hình 3.12 Thơng báo chữ ký đơn hàng nhận giả mạo Nếu điều kiện sai, chương trình hiển thị thông báo "Cảnh báo! Giao dịch không rõ ràng Đề nghị thiết lập lại giao dịch!" 76 Hình 3.13 Thông báo yêu cầu thiết lập lại giao dịch 3.4 Kết thử nghiệm chƣơng trình đánh giá Chương trình thực cơng việc sau: - Đã thực việc kiểm tra cho phép nhập thông số ban đầu số p, g thỏa mãn điều kiện: + p số nguyên tố lẻ cho p có dạng p=2*q +1 với q số nguyên tố + g phần tử sinh nhóm nhân P nhóm Zp* theo q - Đã thực việc ký đơn hàng đáp ứng thuật toán ký chữ ký số phủ nhận - Đã thực việc kiểm thử chữ ký đáp ứng giao thức kiểm thử chữ ký số phủ nhận - Đã thực giao thức chối bỏ chữ ký đáp ứng giao thức chối bỏ chữ ký số phủ nhận - Xây dựng ứng dụng chữ ký số phủ nhận giao dịch đặt hàng qua mạng đảm bảo yêu cầu: + Chống giả mạo chữ ký + Chống chép đơn hàng chữ ký + Chống chối bỏ chữ ký Hạn chế chương trình: Bên cạnh mặt đạt được, chương trình cịn số hạn chế sau: - Chưa thực việc nhập liệu từ file xuất liệu file 77 - Giao diện chương trình cịn đơn giản, chưa thực hấp dẫn, dễ hiểu với người sử dụng - Để thực chương trình cịn phải thực nhiều thao tác, chưa đơn giản hóa số thao tác cần thực cho người sử dụng dẫn đến việc sử dụng chương trình dễ bị lúng túng trình thao tác Hướng mở rộng chương trình: - Hồn thiện chức nhập liệu đầu vào từ file chứa thông tin chữ ký số - Hồn thiện chức xuất file thơng tin kiểm thử - Cải thiện giao diện chương trình, giảm thiểu thao tác phải thực cho người dùng - Phát triển ứng dụng để áp dụng thực tế sống 78 KẾT LUẬN Sau hoàn thành, luận văn đạt số kết cụ thể sau: - Về mặt lý thuyết: + Tổng quan chữ ký số, chữ ký số đặc biệt khả ứng dụng chúng + Nghiên cứu đặc trưng loại chữ ký đặc biệt chữ ký phủ nhận - Về mặt thực tiễn, luận văn xây dựng thử nghiệm có kết chương trình ứng dụng chữ ký khơng thể phủ nhận vào việc giao dịch đặt hàng qua mạng 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tiếng Việt [1] Phan Đình Diệu (2006), Lý thuyết mật mã An tồn thơng tin, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [2] Nguyễn Đăng Hậu (2004), Kiến thức thương mại điện tử, Viện Đào tạo công nghệ Quản lý Quốc tế [3] Lê Văn Phùng (2012) Bài giảng an toàn thông tin [4] Trịnh Nhật Tiến, Trương Thị Thu Hiền (2005), Chữ ký mù bội đường cong elliptic ứng dụng, Trường Đại học công nghệ– ĐHQGHN [5] Trịnh Nhật Tiến, Đinh Vinh Quang (2006), Giải pháp công nghệ sử dụng tiền điện tử , Đại học Quốc gia Hà Nội [6] Trịnh Nhật Tiến (2008), Giáo trình An toàn Dữ liệu, Hà Nội [7] Trịnh Nhật Tiến (2005) “Chữ ký mù, Chữ ký nhóm, Chữ ký mù nhóm” ứng dụng, Báo cáo Hội nghị FAIR TP Hồ Chí Minh [8] Nguyễn Hữu Tuân (2008), Giáo trình an tồn bảo mật thơng tin, Đại học Hàng Hải B Tiếng Anh [9] B.Schneier (1996), “Applied Cryptography” nd edition, John wiley&sons [10] D O’Mahony, M.Peirce, H.Tewari (2001), “Electronic payment systems”, Artech House [11] David Chaum, van Heijst, Eugene and Pfitzmann, Birgit (1992), “Cryptographically strong undeniable signatures, unconditionally secure for the signer” (extended abstract), In CRYPTO 91 [12] H.M Deitel, P.J Deitel, T.R Nieto (2001), “E-Busines & E-Commerce” How to Progarm, Prentice Hall, New Jersey C Internet 80 [13] http://www.ebook.edu.vn [14] http://en.wikipedia.org/wiki/Undeniable_signature