Bài giảng Nhập môn an toàn thông tin: Chương 4 - Trần Thị Kim Chi

Bài giảng Nhập môn an toàn thông tin - Chương 4: Chữ ký số trình bày các nội dung: Khái niệm chữ ký số, các dịch vụ bảo mật cung cấp bởi chữ ký số, một vài chữ ký số thông dụng, mô tả vài ứng dụng của chữ ký số. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Trang 1

"i

Trang 2

Noi dung chinh

Khái niệm về chữ ký sé (Digital Signature)

Các dịch vụ bảo mật cung cấp bởi chữ ký số

Một vài chữ ký số thông dụng

Mô tả vài ứng dụng của chữ ký số

eS

=

(Cryptography & Network Security McGraw-

Hill, Inc., 2007., Chapter 13)

Trang 3

Mục tiêu

‹ Khái niệm chữ ký sô (Digital Signature)

- _ Định nghĩa và sự can thiết

Qui trình tạo (sign) và thẩm tra (Verify) chữ ký „ Chữ ký có dùng khóa (Private Key, Public Key) - Ký trên Message Digest

‹ Các dịch vụ bảo mật được cung cấp bởi Digital Signature

- Xác thực thong diép (Message authentication) * Toan ven théng diép (Message Interity)

- Chống từ chối (Nonrepudiaton)

Trang 4

Muc tiéu

‹ Nêu các tân cong trén Digital Signature

Trang 5

CHUNG THU’C THONG DIEP

Chứng thực thông điệp là một

quá trình kiểm tra tính hợp lệ của

JT ee 7, các giao dịch được thực hiện

Trang 6

CHUNG THU’C THONG DIEP

Trudy muốn mạo danh Alice nên tìm một bản mã Crvà gửi Crcho Bob

Bob nghĩ răng Crlà từ Alice nên giải mã bằng Kasvà có được ban 16 Pr

Vân đề ở đây là làm sao Bob biết được Prlà của Trudy chứ không phải của Alice?

Vi Trudy không biết Kasnên Trudy không thé chọn Prtrước rôi mới có Cr

Do đó Trudy phải chọn ngâu nhiên một Crnào đó Bob giải mã có được Pr là „tzrwiydpu'” Tuy nhiên Pr nay không phải là văn bản ban đầu

Có thê thay rang việc Trudy chon duoc mot Crnao do, sao cho sau khi Bob

giải mã cho ra Prlà văn bản có nghĩa, thì có xác suất rất bé Trong trường

Trang 8

Sự cân thiết của một hệ thông xác thực điện tử dùng

thống dựa trên giấy tờ

đang chiếm rất nhiêu thời gian, tiền bạc của doanh nghiệp *« Xác thực ứng dụng: dùng user name và password, chưa đủ mạnh Giao dịch truyền đi:Không gắn với định danh (ID) Điều này có

thể gây khó khăn trong Việc xác định trách nhiệm

Trang 9

Khái niệm vê chữ ký số

‹ồ Chữ ký số là một trong ứng dụng quan trọng nhất của

mã hóa khóa cơng khai

¢ Message Authentication chi bao vé théng diép trao đổi giữa hai bên tham gia không bị hiệu chỉnh hay gia mao

từ bên thứ 3, nhưng nó không bảo vệ thông điệp bị hiệu

chỉnh hay giả mạo từ một trong 2 bên tham gia, nghĩa là: - Bên nhận giả mạo thông điệp của bên gửi

- Bên gửi chối là đã gửi thông điệp đên bên nhận

‹ Chữ ký số không những giúp xác thực thông điệp mà

còn bảo vệ môi bên khỏi bên kia

Trang 10

‹ồ Vê căn bản chữ ký số có khái niệm giống như chữ ký

thông thường nhưng được xây dựng dựa trên mật mã khóa công khai

° Nhằm bảo dam van đề toàn vẹn dữ liệu, và chống sự

chôi bỏ trách nhiệm khi đã ký

Trang 11

‹ _ Chữ ký số dựa trên công nghệ mã khóa cơng khai °Ư Mã khóa công khai - _ Một cặp hai khóa - Bất cứ khóa nào cũng có thể dùng để mã/mở mã ‹- _ Các khóa rất khó suy được từ nhau ¢ Su dung - Str dung tổ hợp các khóa Cách quản lý khóa

- _ Khóa công khai: được công bồ rộng rai

- _ Khoá bí mật: được giữ kín, dùng để ký, mã hóa

Trang 12

VI DU CHU KY SO TRONG THU TUC HQDT

ray s—“i—OOS—s—s—sssisisisiC mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mm em me eee mm eee em ree er errr rr sk

Doanh nghiep Hai quan

In to khai va lam cae quy trink

trong thông quan điện tử Lưu tờ khai và xử lý theo quy trình nghiệp vụ

Trang 13

Ví dụ thực hiện chữ ký số

trong doanh nghiệp

# Doanh nghiệp A ký số và gửi doanh nghiệp B

+ A dùng khóa bí mật để ký (¡.e.mã hóa rút gọn của) thông điệp

Trang 14

Đặc điểm chữ ký số

1 Đảm bảo tính xác thực

‹ F Chứng minh tính hợp pháp của người gửi

‹Ổ Chứng miinh tính toàn vẹn của dữ liệu

2 Chữ ký số là hàm của các tham số

‹ _ Thông báo giao dịch (văn bản gốc)

‹Ổ _ Thông tin bí mật của người gửi (Khóa riêng của sender)

°ồ Thông tin công khai trên mạng (Khóa công khai)

- _ Mã xác thực : Đảm bảo tính toàn vẹn của thông điệp

Trang 15

Z ^^

Đặc điểm chữ ký số

Tính sẵn sàng Có thể truy cập thông qua phương tiện thông dụng vào bất cứ |

Khóa công khai truy cập của thời điệm: Chứa trong một thư mục công cộng

khóa công khai Đảm bảo tính chính xác và không giả mạo Công bó khóa công khai Được câp phát bởi tô chức có thâm quyên Chứng thư số

Với công nghệ đảm _ Được cấp phát theo quy trình an toàn với các thông số kỹ

Tính pháp lý bảo sẽ tương thuật đảm bảo

đương chữ ký tay | Được lưu trữ an toàn

Trang 16

Digital Signature Process

Tao va Kiém tra chữ ký sô

: Khóa công khai :

Khóa bí mật Thuật toán ng Thuật toán Hơn lê /

——| tạo chữ ký —> ——*| Xác nhận pre lê SỐ chữ ký sô la a ied

Trang 17

Tạo và Kiểm tra chữ ký số

[am mm:

DS: Data signature — chit ky dién tu

‹Ổ Trong mô hình này, Alice sau khi tính giá tri hash HA cho thông diép M thi sé mã hóa HA bằng khóa riêng của Alice để tạo thành chữ ký điện tử DS Alice

gui kem DS theo M cho Bob

- Bob dùng khóa công khai của Alice đề giải mã chữ ký điện tử DS và có được gia tri hash HA cua Alice

« Vi Trudy khéng cé KRA nén khong thé stra duoc HA

« Ngoai ra, vi Alice là người duy nhất có KEA, nên chỉ có Alice mới có thể tạo DS từ M Do đó Alice không thể từ chối là đã gửi ban tin 1-17

Trang 18

SỬ DỤNG CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ WV

—

e Ban dung khoa cá nhân để ký Sau đó, chỉ cung cấp khố cơng cộng cho người cần xác nhận chữ ký đó

(chẳng hạn như ngân hàng, nơi bạn vay tiền)

e Khoa ca nhan và công cộng có quan hệ tương ứng với nhau, nhưng chỉ trên phương diện toán học, vì

thế mã khoá công cộng có thể xác nhận được chữ

ký đó mà không cần phải biết khố cá nhân

Trang 19

THUAT TOAN CKDT DSA & CHUAN CKDT DS

WV

e Thuat toan CKDT DSA la thuat toan duoc co nghị trong chuẩn chữ ky dién tt DSS (Digital

Signature Standard) cua NIST

e NO cung cap mot trinh tu dé tao va xác nhận

CKDT

e DSA sw dung 1 cap khóa công khai - khóa riêng

Trang 20

Trang 21

THUAT TOAN CKDT DSA & CHUAN CKDT DS

ov

(z= (p-1) / q.)

Chọn x ngẫu nhiên, thoả mãn 0 < x< q

Trang 22

Thuật giải DSA — Chuẩn chữ ky so

Tạo 1 số ngẫu nhiên với mỗi thông điệp, giá trị k

Tinh r = (g* mod p) mod q

Tinh s = (k!(SHA-1(m) + x*r)) mod q, ở đây

SHA-1(m) là hàm băm mã hoá SHA-1 áp dụng cho thông điệp m

Tính toán lại chữ ký trong trường hợp không

chắc chắn khi r=0 hoặc s=0

Dữ liệu được gửi đi là Văn bản M, chữ ký (r $)

Trang 23

Thuật giải DSA — Chuẩn chữ ky so

Nếu v != r văn bản có thể đã được sửa đổi trên đường

truyền hoặc khóa cá nhân mã hóa văn bản không khớp với khóa công khai mà người nhận đang giữ (người gửi

Trang 25

Need for Keys

+ Mot digtal signature can hé théng public-key Nguoi

(signer) ky bang private key cua chính mình; người kiêm tra (verifier) kiêm tra băng public key của signer

Alice Bob

lẠt ‹ N f2I/L£ Pt 3 M: Message 1z 4104619 v4.4

Alice's | S: Signature 7 Alice’s

Trang 26

signing the Digest

°Ổ Người gửi có thể ký trên cốt thông điệp và người nhận có thể kiểm tra trên cốt thông điệp Alice Bob — v M: Message etre tment e tse tesco se aerate

Alice's | S: Signature (Alice's

M pri 3 key ‹ ? public key M 3

| Hash > Si ash ¡| en + ! : + Le} Verify ny

~-heeeneeeneeneeaene eee eee + Se Hee SS @ Í M

Trang 28

Message Authentication

- Một cơ chê chữ ký số giông như một chữ ký truyền

thông là có thê cung câp sự xác thực thông điệp

Trang 29

Message Integrity

‹ Chung ta không thể có được cùng chữ ký

nêu thông điệp đã được hiệu chỉnh

Trang 30

Nonrepudiation —Khéng thé

choi cal

e Non-repudiation tuc la kha nang lam sang to duoc trường hợp có một bên chối cãi rằng đã không tạo /gửi đi một thông báo giao dịch nào đẩy cho một kẻ thứ ba

làm giả hoặc bên nhận bịa ra)

se Với chữ ký điện tử rõ ràng chỉ có Alice mới biết zA để

tạo ra chữ ký và cô ta phải hoàn toàn chịu trách nhiệm

với nó Do đó ta nói hệ DSA cung cấp nonrepudiation

Trang 31

Nonrepudiation

¢ Nonrepudiation cé thé được cung cấp bang cach

dung mot trusted Center

Alice

M Alice’s

' ! M: M ' Public key of g M '

' privatekey | ch TT ng ' trusted ca T

k SA: Alice”s signature '

Sy: Signature of trusted center |

Trusted center

Alice’s M Private key of!

Trang 32

Confidentiality

Alice’s ' S: Signature | Alice’s

private key ' public key

public key ! | private key

Í = ĂẰ mm mm nee ewe ewe eee eee eee ewww ew ew ŸÝŸƑ” CC eee eee ee ee ee he ee ee oe od

Encrypted (M, S)

Mét Digital Signature không cung cấp tính bí mật Nêu cân

bảo mật, một lân khác của encryption/decryption được áp

dụng

Trang 33

Public Notary (công chứng)

se Trong trường hợp bên Alice cố cãi rằng cô ta chẳng may

làm thất lạc hay vô tình đánh lộ zA và bị một kẻ thứ ba lợi

dụng chứ không có ý định tạo ra văn bản có chữ ký như

thé khi đó có thể thêm trọng tài vào hệ thng

sđâ Ngi trng ti này cũng còn gọi là công chứng viên (public notary) sẽ ký đè lên chữ ký của Alice để chứng thực, Alice

không thể nào chối cãi

Trang 34

Proof of delivery (xac nhan giao hang - hoa don)

chưa nhận được

se Điều này có thể thực hiện được qua những giao thức có

phân xử (adjudicated protocol), tức là những giao thức mà

sau đó cho phép người thứ ba có thể kiểm định lại được

Trang 38

Vài chữ ký số thơng dụng

¢ RSA Digital Signature Scheme

¢ ElGamal Digital Signature Scheme ¢ Schnorr Digital Signature Scheme ¢ Digital Signature Standard (DSS)

Trang 39

RSA Digital Signature Scheme

- Y tuéng mat ma RSA được dùng cho việc ký và kiểm

tra chữ ký, nó được gọi là cơ ché chi ky s6 RSA

°ồ Người gửi dùng private key của chính minh dé ky

vào tài liệu; người nhận dùng public key của người

gửi đề kiểm tra chữ ký

¢ So với chữ ký truyền thống, private key đóng vai trò

là chữ ký của chính người gửi, public key của người

gửi đóng vài trò là bản sao của chữ ký mà có thể

được công khai

Trang 40

- Ý tưởng tổng quát của cơ chế chữ ký RSA

M: Message (e, ny: Alice’s public key

Trang 41

Phat sinh khoa (Key Generation)

¢ Phat sinh khéa trong co ché chi ky RSA la hoan toan gidng nhu phat sinh knéda RSA

¢ Trong do d la bi mat, e va n la cong khai

Trang 42

1) Tao cap khóa (bí mat, céng khai) (a, b):

Chọn 2 số nguyên tố p, q, xác định n = p * q, n là công khai,

đặt P = A = “n và định nghĩa:

Tính ¿(n) = (p-1).(q-1)

Chọn khóa công khai b < $¿(n) ,nguyên tố cùng nhau với $(n)

Khóa bí mật a là phần tử nghịch đảo của b theo

mod 9(n): a*b=1 (mod o(n)

Tập cặp khóa (bí mật, công khai) K = {(a, b)/ a, b € Zn, a*b=1

(mod ¿(n)))

2) Ký số Chữ ký trên x c P là y = sig, (x) = x2 (mod n), yeA

3) Kiểm tra chữ ký: ver,(x, y) = TRUE <> x=y? (mod n) với x, y