Về độ nhập nhằng của ngôn ngữ và ứng dụng

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn số liệu công trình nghiên cứu hướng dẫn TS Hồ Ngọc Vinh, Trưởng khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh TÁC GIẢ NGƯỜI HƯỚNG DẪN TS Hồ Ngọc Vinh Nguyễn Duy Nguyên - 1- MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VÀ CÁC KẾT QUẢ LIÊN QUAN 10 1.1 Mật mã học 10 1.2 Từ ngôn ngữ 11 1.3 Ngôn ngữ quy Otomat hữu hạn 13 1.3.1 Ngôn ngữ quy 13 1.3.2 Otomat hữu hạn 17 1.4 Mã tính chất mã 19 1.4.1 Mã vị nhóm tự 19 1.4.2 Thủ tục kiểm tra tính chất mã Sardinas-Patterson 23 CHƯƠNG 2: MÃ DỰA TRÊN TÍCH KHÔNG NHẬP NHẰNG 26 2.1 Tích không nhập nhằng 26 2.2 Mã luân phiên 28 2.2.1 Đặc trưng mã luân phiên 33 2.3 Mã với từ định biên 39 CHƯƠNG 3: CÁC KỸ THUẬT TẤN CÔNG WEBSITE VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÒNG CHỐNG 45 3.1 Các kỹ thuật công 45 3.1.1 Tổng quan kỹ thuật công 45 3.1.2 Cross Sites Scripting (XSS) 51 3.1.3 SQL Injection 53 - 2- 3.1.4 Tấn công từ chối dịch vụ (Denial of service - DoS/DDoS) 56 3.2 Phương pháp phòng chống 58 3.2.1 Đối với hệ thống 58 3.2.2 Đối với người tham gia 62 3.3 Kỹ thuật giải mã 67 3.3.1 Thay đổi nội dung website bất hợp pháp 67 3.3.2 Xây dựng chế chống thay đổi nội dung 68 CHƯƠNG 4: MÃ HÓA KẾT HỢP ALT – RSA 74 4.1 Hệ mã RSA 74 4.1.1 Giới thiệu chung thuật toán mã hóa liệu RSA 74 4.1.2 Độ an toàn hệ mã RSA 76 4.1.3 Ứng dụng hệ mã RSA 77 4.2 Một số tính chất hệ mã RSA 78 4.3 Sơ đồ mã hóa kết hợp ALT - RSA 80 4.4 Chương trình ứng dụng 81 4.4.1 Chức mã hóa: 84 4.4.2 Chức giải mã 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ SỬ DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 - 3- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Mô hình tổng quát xử lý webpage 68 Hình 2: Tấn công làm sai lệch liệu trả 68 Hình 3: Giải pháp bảo vệ mã nguồn chống thay đổi bất hợp pháp 70 Hình 4: Bảo vệ thay đổi nội dung 70 Hình 5: Kiểm tra thay đổi khôi phục nội dung 71 Hình 6: Kiểm tra thay đổi nội dung 73 Hình Sơ đồ bước thực mã hoá theo thuật toán RSA 76 Hình Sơ đồ giải mã hệ mã RSA 76 Hình Sơ đồ mã hóa kết hợp ALT - RSA 80 Hình 10 Sơ đồ giải mã ALT - RSA 81 Hình 11 Giao diện chương trình 82 Hình 12 Giao diện đăng k 83 Hình 13 Giao diện đăng nhập 84 Hình 14 Tạo khóa mã hóa liệu 85 Hình 15 Xác nhận yêu cầu mã hóa ALT 86 Hình 16 Tùy chọn lưu kết 86 Hình 17 Xác nhận mã hóa RSA 87 Hình 18 Thông báo kết mã hóa thành công 87 Hình 19 Giao diện giải mã tệp tin 88 Hình 20 Giải mã tệp tin 88 Hình 21 Xác nhận giải mã tệp tin RSA 89 Hình 22 Xác nhận giải mã tệp tin RSA 89 Hình 23 Xác nhận giải mã ALT lưu tệp giải mã 90 - 4- PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Công nghệ thông tin việc ứng dụng CNTT công nghệ mạng máy tính với trợ giúp thiết bị mạng, thiết bị bảo mật vào phục vụ công việc hàng ngày trở nên vô phổ cập thuận lợi Thông tin trao đổi chia sẻ trực tiếp cách dễ dàng hiệu quả, nhanh chóng Việc ứng dụng mạng nội bộ, truy cập internet, website, CSDL tổ chức, công ty hay quốc gia quan trọng Các thông tin kinh tế, trị, khoa học xã hội, an ninh quốc phòng trao đổi rộng rãi Tuy nhiên thông dụng rộng khắp lại nảy sinh vấn đề an toàn thông tin thông tin điều cốt lõi định thành bại tổ chức hay quốc gia nào, điều mà tất Harker hay đối tượng thù địch thèm muốn Khi mà truy nhập thông tin nơi đâu thời gian cho phép đối tượng không mời mà tự ý truy cập, kèm theo thông tin vô quan trọng bị để lại hậu lường trước Do việc an toàn bảo mật thông tin điều vô quan đặt lên hàng đầu việc mã hóa liệu, thông tin trở nên cấp thiết ngày có nhiều nghiên cứu xây dựng công cụ, thuật toán mã hóa để áp dụng cho thực tế Qua tác giả chọn đề tài làm luận văn tốt nghiệp “Về độ nhập nhằng ngôn ngữ ứng dụng” nhằm xây dựng mô hình mã hóa kết hợp hệ mã luân phiên (Alternative code) hệ mã RSA - 5- Trong chế mã hóa hai lớp trước hết thông tin mã hóa hệ mã hóa luân phiên Sau xâu mã hóa đưa vào mảng mã hóa tiếp hệ mã luân phiên hiển thị xâu mã hóa cho người giải mã Mục đích nghiên cứu Luận văn tập trung tìm hiểu tính bảo mật thông tin mà lại không làm giảm phát triển việc trao đổi thông tin quảng bá toàn cầu giải pháp tốt mã hóa thông tin Ta hiểu sơ lược mã hóa thông tin che thông tin làm cho kẻ công chặn thông báo đường truyền đọc phải có giao thức người gửi người nhận để trao đổi thông tin, chế mã hóa giải mã thông tin Đối tượng nghiên cứu Hệ mã dựa tích không nhập nhằng hệ mã RSA , kỹ thuật công làm thay đổi nội dung Website, chiếm quyền điều khiểm máy tính cách phòng chống Giả thuyết khoa học Nếu ta sử dụng hệ mã để mã hóa thông tin khả thám mã phần mềm có khả thành công cao Tuy nhiên việc thám mã khó khăn kết hợp hai hay nhiều hệ mã với mã hóa nhiều lớp, luận án sử dụng hệ mã luân phiên kết hợp với hệ mã RSA liệu mã hóa hai lần, làm cho phần mềm thám mã khó thám mã liệu - 6- Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu mã tính chất mã - Nghiên cứu mã dựa tích không nhập nhằng - Nghiên cứu mã luân phiên RSA - Nghiêm cứu cách thức công mạng - Đưa thuật toán mã giải mã Phạm vi nghiên cứu Trong phạm vi luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật công phương pháp phòng chống công website, hệ mã hóa RSA vấn đề liên quan độ an toàn, ứng dụng hệ mã RSA, khái niệm bản, kiến thức có liên quan, sở lý thuyết, tính chất hệ thống mật mã, toán an toàn thông tin Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu hệ mã RSA, Tích không nhập nhằng, mã RSA đặc trưng mã RSA Nghiên cứu sơ đồ mã hóa RSA, sơ đồ mã hóa kết hợp mã luân phiên hệ mã RSA – Nghiên cứu thực tiễn: Viết chương trình để thử nghiệm kết hợp thuật toán đề xuất đề tài Luận văn gồm có phần mở đầu, chương, phần kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục Trong đó: Chương Khái niệm kết liên quan: Trình bày ngắn gọn khái niệm kết liên quan đến luận văn như: Khái niệm mật mã học, mã tính chất mã ngôn ngữ, phép toán từ ngôn ngữ, khái niệm otomat hữu hạn, otomat đa định, đơn định hữu hạn - 7- Chương 2: Trình bày mã dựa tích không nhập nhằng, trình bày mã luân phiên, đặc trưng mã luân phiên, mã với từ định biên Chương Các lỗ hỗng bảo mật cách phòng, kỹ thuật công vào hệ thống phương pháp phòng chống Chương 4: Mã hóa kết hợp hệ mã RSA ALT, giới thiệu hệ mã hóa RSA, độ an tòan ứng dụng hệ mã, số tính chất hệ mã, sơ đồ mã giải mã, chương trình mô cách thức mã hóa giải mã Trong suốt trình học tập hoàn thành luận văn này, nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu lãnh đạo, thầy cô, anh chị, em bạn đồng nghiệp Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu, Viện đào tạo sau Đại học, Viện Toán ứng dụng Tin học, thầy, cô giáo trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Viện Nghiên cứu Đào tạo nguồn nhân lực Quốc tế tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ trình học tập hoàn thành luận văn Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Hồ Ngọc Vinh – Trưởng khoa CNTT trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh, người trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, quan tâm giúp đỡ tận tình tạo điều kiện thuận lợi trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Văn phòng UBND tỉnh Hà Tĩnh, lãnh đạo cán bộ, Trung tâm Công báo – Tin học tỉnh Hà Tĩnh quan tâm tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ, động viên mặt suốt trình học tập thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp, anh chị em lớp Cao học Toán –Tin động viên giúp đỡ trình học tập lúc gặp khó khăn - 8- Xin chân thành cảm ơn gia đình, bố, mẹ, anh, chị, em người vợ yêu quý bên cạnh động viên giúp đỡ học tập làm việc hoàn thành luận văn - 9- CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VÀ CÁC KẾT QUẢ LIÊN QUAN 1.1 Mật mã học Hiện mật mã quan tâm nghiên cứu nhằm xây dựng hệ mật mã với độ an toàn cao Tuy nhiên chưa có hệ mật mã với độ an toàn lý tưởng Vì nảy sinh động lực cải tiến, nghiên cứu xây dựng hệ mật mới, khía cạnh lý thuyết mã thực hành Lý thuyết mã bắt nguồn từ lý thuyết thông tin C E Shannon khởi xướng [15], đặt móng toán học cho lý thuyết thông tin đại Do nhu cầu thực tiễn, lý thuyết mã phát triển theo nhiều hướng khác Một hướng nghiên cứu liên quan đến mã độ dài cố định, điển hình mã sửa sai, ứng dụng để phát sửa lỗi xuất kênh truyền tin Hướng nghiên cứu quan trọng khác có liên quan đến mã độ dài biến đổi, nghiên cứu Schüzenberger Một cách đơn giản, mục tiêu lý thuyết mã nghiên cứu tính chất liên quan đến phân tích từ thành dãy từ thuộc tập cho trước Mục tiêu khác vấn đề mã hóa, đơn giản nghiên cứu tính chất không nhập nhằng ngôn ngữ Từ vấn đề nghiên cứu giải quyết, lý thuyết mã có liên quan chặt chẽ với đại số, tổ hợp từ, ngôn ngữ hình thức otomat Trước nay, bảo mật thông tin nhiều người quan tâm nghiên cứu nhằm xây dựng hệ mật mã với độ an toàn cao Tuy nhiên, chưa có hệ mật mã với độ an toàn thật lý tưởng Vì có động lực cải tiến, nghiên cứu xây dựng hệ mới, khía cạnh lý thuyết thực hành - 10- * Sơ đồ giải mã: Input (*.doc, *.txt, msg) (bản mã) Đọc tệp Danh sách (bản mã) Giải mã RSA Giải mã Danh sách (bản mã) ALT Danh sách (bản rõ) Lưu Output (*.doc, *.txt, msg) (bản rõ) Hình 10 Sơ đồ giải mã RSA -ALT 4.4 Chương trình ứng dụng a.Form chính: Form giao diện ta khởi chạy chương trình Các chức xử lý chủ yếu tạo khóa, mã hóa - giải mã để thực công việc Đồng thời chương trình cần phải có tài khoản để sử dụng có - 81- thêm chức Đăng ký Đăng nhập để sử dụng chương trình Và sau thực xong công việc có nút Close để đóng chương trình Hình 11 Giao diện chương trình b Form đăng ký Trước vào chương trình, chương trình yêu cầu bạn phải có tài khoản để đăng nhập ta phải tiến hành đăng ký tài khoản, để tạo tài khoản ta chọn nút Đăng ký giao diện chương trình tiến hành khai báo tham số liên quan Chu ý: Những trường có dấu (*) trường bắt buộc phải nhập thông tin - 82- Hình 12 Giao diện đăng ký c Form đăng nhập: Sau đăng ký có tài khoản, ta chọn nút Đăng nhập để vào chương trình - 83- Hình 13 Giao diện đăng nhập 4.4.1 Chức mã hóa: Tại form chương trình cho phép tạo khóa tự động, ta cần ấn vào nút Tạo khóa để chương trình sinh khóa, chọn tệp cần mã hóa ô “chọn tệp tin” chọn khóa vừa tạo tai ô “Chọn khóa” Sau hoàn thành thao tác ta ấn vào nút ALT để tiến hành mã hóa tệp tin với mã luân phiên - 84- Hình 14 Tạo khóa mã hóa liệu Trên giao diện chương trình bạn ta chọn mã hóa theo hệ mã nào, nhiên để chọn mã hóa lớp bắt buộc phải chọn mã hóa ALT trước, để thực thao tác ta làm sau - 85- Ấn vào nút “ALT” để chọn cách thức mã hóa hệ mã hóa ALT, chương trình xuất cửa sổ yêu cầu bạn xác nhận lại xem có muốn mã hóa hay không, đồng ý chọn “Yes” không đồng ý chọn “No” ta chọn Yes để tiến hành mã hóa Hình 15 Xác nhận yêu cầu mã hóa ALT Sau chọn Yes chương trình tiếp tục xuất cửa sổ hỏi bạn có muốn lưu kết hay không Hình 16 Tùy chọn lưu kết Nếu đồng ý chọn “Yes” không đồng ý chọn “No” Sau mã hóa ALT thành công chương trình cho phép bạn tiếp tuc mã hóa File với hệ mã RSA, muốn tiếp tục mã hóa ta chọn vào nút “RSA”, chương trình lại tiếp tục yêu cầu xác nhận có thực muốn hay không, chọn “Yes” không đồng ý chọn “No” - 86- Hình 17 Xác nhận mã hóa RSA Chọn yes – File liệu mã hóa lớp thành công Hình 18 Thông báo kết mã hóa thành công 4.4.2 Chức giải mã Đối với chức giải mã, giao diện ta chọn giải mà làm bước mã hóa, lúc phải giải mã qua RSA trước sau tiền hành giải mã ALT Đầu tiên ta chọn nút “Giải mã” giao diện, chương trình xuất cửa sổ sau - 87- Hình 19 Giao diện giải mã tệp tin Ở cửa sổ ta tiến hành chọn tệp tin chọn khóa để tiến hành giải mã, sau chọn xong ta ấn vào nút “RSA” để tiến hành giải mã RSA, thao tác sai muốn tạo lại ta chọn vào nút “Tạo lại” chương trình có yêu cầu xác nhận giải mã đồng ý chọn “Yes” Hình 20 Giải mã tệp tin - 88- Nếu chọn Yes chương trình hỏi có muốn lưu kết giải mã RSA hay không, đồng ý chọn “Yes” không đồng ý chọn “No” Hình 21 Xác nhận giải mã tệp tin RSA Sau chọn Yes để lưu kết quả, chương trình thông báo tên file giải mã Hình 22 Xác nhận giải mã tệp tin RSA Để tiếp tục giải mã băng ALT giao diện chương trình ta chọn ALT, sau chọn “Yes” để đồng ý chương trình xuất cửa sổ cho phép chọn tên vị trí tệp giải mã cần lưu, - 89- Hình 23 Xác nhận giải mã ALT lưu tệp giải mã Quá trình giải mã kết thúc - 90- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ SỬ DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Kết đạt được: Thông qua tài liệu nghiên cứu với hướng dẫn TS Hồ Ngọc Vinh đạt số yêu cầu đặt ra: Các kết luận văn: Nêu sơ lược lịch sử mật mã, hệ thống mật mã, toán an toàn thông tin, thám mã tính an toàn hệ mật mã, sơ lược hệ mã RSA Nêu rõ khái niệm tích không nhập nhằng, mã luân phiên đặc trưng mã luân phiên, thuật toán kiểm tra mã luân phiên chẵn, mã luân phiên Đề xuất xây dựng mô hình mã hóa giải mã hai hệ mã RSA ALT với sơ đồ đề xuất việc mã hóa liệu kết hợp hai hệ mã làm cho tính bảo mật liệu nâng cao Đã xây dựng chương trình mã hóa giải mã với hệ mã kết hợp ALT – RSA viết ngôn ngữ lập trình C#, bước chạy chương trình mã hóa giải mã với hệ mã kết hợp ALT – RSA Với sơ đồ đề xuất luận văn góp phần làm tăng đáng kể độ bảo mật liệu so với ứng dụng bảo mật khác ứng dụng Việc nghiên cứu đạt đươc kết mong đợi, đạt yêu cầu giả thuyết khoa học - 91- Đã nêu thêm kỹ thuật công website, phương pháp phòng chống để bảo vệ nội dung website Trên nhiều phương pháp xây dựng sơ đồ mã hóa Với đề tài tác giả mong muốn đóng góp phần nhỏ vào việc xây dựng sơ đồ mã hóa, mong góp ý thầy cô giáo bạn bè, đồng nghiệp để nâng cao chất lượng đề tài Hướng phát triển: - Mở rộng thuật toán hệ mã hóa RSA để tăng phức tạp mã hóa nhằm tăng độ bảo mật - Hoàn thiện hình thức văn sau giải mã - Hoàn thiện chương trình: Là cán làm Công nghệ thông tin Văn phòng UBND tỉnh Hà Tĩnh, thường xuyên phải làm việc, gửi nhận văn có tính bảo mật vấn đề an toàn thông tin quan trọng Do thời gian tới tiếp tục phát triển hoàn thiện chương trình để phục vụ công tác chuyên môn quan./ - 92- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Đình Diệu (1977) Lý thuyết otomat thuật toán NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp [2] Phan Trung Huy, Vũ Thành Nam (2004) Mã luân phiên mã tiền ngữ cảnh Kỷ yếu Hội thảo quốc gia lần thứ VII “Một số vấn đề chọn lọc Công nghệ thông tin Truyền thông”, Đà Nẵng 18 - 20 tháng 8/2004 pp 188-197 [3] J Berstel, D Perrin (1985) Theory of Codes Academic Press Inc., NewYork [4] S Eilenberg (1974) Automata, languages and Machines Vol A, Academic Press, New York and London [5] P T Huy (2001) On Ambiguities and Unambiguities Related with –Languages Invited Report in International Conference "Combinatorics and Applications", Hanoi 3-5/12/2001 [6] P T Huy, D L Van (2000) On Non-Ambiguous Büchi V-automata Proceedings of the Third Asian Mathematical Conference 2000, Diliman, Philippines 23-27 October 2000, pp 224-233, World Scientific 2002 [7] G Lallement (1979) Simigroups and combinatorial applications John Wiley & Sons Inc [8] Aldo de Luca (1976) A note on Variable Length Codes Information and Computation, Vol 32, No 3, pp 263-271 [9] A Mateescu, G D Mateescu, G Rozenberg, A Salomaa (1997) Shuffle–Like Operations on  –words New Trends in Formal Languages, - 93- Lecture Notes in Computer Science, Vol 1218, pp 395-411 SpringerVerlag, Berlin, Heidelberg [10] A Mateescu, G Rozenberg, A Salomaa (1998) Shuffle on Trajectories: Syntactic Constraints Theoretical Computer Science, Vol 197, pp.1-56 [11] M Madonia, S Salemi, T Sportelli (1991) On z-submonoids and z-code R.A.I.R.O Theoretical Informatics and Applications, Vol 25, No 4, pp 305-322 [12] J E Pin, P Weil (1997) Polynomial closure and unambiguous products Theory of Computing Systems 30, pp 383-422 [13] A A Sardinas, C W Patterson (1953) A Necessary and Sufficient Condition for the Unique Decomposition of Coded Messages IRE Intern Conv Record 8, pp 104-108 [14] M P Schützenberger (1966) On a question concerning certain free submonoids Journal of Combinatorial Theory, Vol 1, No 4, pp 437442 [15] C E Shannon (1949) Communication Theory of Secrecy Systems Bell Systems Technical Journal, Vol 28, pp 656–715 [16] D L Van, B L Saec, and I Litovsky (1992) On coding morphisms for zigzag codes Theoretical Informatics and Applications, Vol 26, No 6, pp 565-580 [17] D L Van, B L Saec, and I Litovsky (1993) Stability for the Zigzag Submonoids Theoretical Computer Science, Vol 108, No 2, pp 237249 [18] K Ahmad (2002) Quelques problèmes de mélanges contrôlés Thèse de doctorat, Université de Nice - Sophia Antipolis - 94- [21] P Weil (1985) Groups, codes and unambiguous automata Theoretical Aspects of Computer Science, 2nd ann Symp., Saarbrcken/Ger 1985, Lect Notes Comput Sci 182, pp 351-362 [20] M Anselmo (1991) Automates et codes zigzag R.A.I.R.O Theoretical Informatics and Applications, Vol 25, No 1, pp 49-66 [21] J E Pin (1982) Variété des Languages Infinis et variete de semigroupes Thèse Docteur d’Etat [22] Phan Đình Diệu, Lý thuyết mật mã & An toàn thông tin, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội – 2002 [23] Vũ Thành Nam, Nghiên cứu ứng dụng mật mã xây dựng giải pháp bảo vệ nội dung website, Đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ, 2009 - 2011 [24] Johntalbot, Dominicwelsh, Complexityand Cryptography, Cambridge University Press, 2006 - 95- ... L(E1)* ngôn ngữ quy - 13- Ta nói ngôn ngữ định nghĩa giá trị biểu thức quy Do đó, tập dạng {w}, w  A*, ngôn ngữ quy A, nên biểu thức quy biểu diễn ngôn ngữ quy A Ngược lại, ta chứng minh rằng: ngôn. .. hữu hạn từ A* ngôn ngữ quy A Như từ định nghĩa suy ra: lớp ngôn ngữ quy A lớp bé chứa ngôn ngữ hữu hạn ngôn ngữ trống, đóng phép hợp, phép tích ghép phép lặp - Biểu diễn đại số ngôn ngữ quy: Cho... nghiên cứu xây dựng công cụ, thuật toán mã hóa để áp dụng cho thực tế Qua tác giả chọn đề tài làm luận văn tốt nghiệp Về độ nhập nhằng ngôn ngữ ứng dụng nhằm xây dựng mô hình mã hóa kết hợp hệ mã