Giáo trình An toàn bảo mật dữ liệu: Phần 1

Giáo trình An toàn bảo mật dữ liệu: Phần 1 trình bày một số khái niệm, định nghĩa cơ bản và cơ sở lý thuyết thông tin áp dụng cho các hệ mật mã khóa bí mật, các thuật toán mật mã khóa bí mật bao gồm các thuật toán hoán vị, thay thế và các thuật toán kết hợp mà chủ yếu là DES và AES. Mời các bạn cùng tham khảo.

i * G T 0000026899 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TRÀN ĐỨC Sự (Chủ biên) - NGUYỄN VĂN TẢO, TRÀN THỊ LƯỢNG G iáo trình I NGUYỄN )C LIỆU III ilì NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN I ĐẠI HỌC THÁI N G U Y ÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRƯYÈN THÔNG TR À N Đ Ứ C S ự (Chủ biên) N G U Y ÊN VĂN T Ả O , TR Ầ N THỊ LƯ Ợ NG GIÁO TRÌNH AN TỒN BẢO MẬT DỮ LIỆU NHÀ X U Á T BẢN ĐẠ I HỌC TH ÁI N G U Y ÊN NĂM 2015 • V - '- H MAí' O - , -3 MÃ S Ó : — -K ĐHTN- Biên mục xuất phẩm Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên Trần, Đức Sự (chủ biên) Giáo trình an toàn bảo mật liệu / Trần Đức Sự (chủ biên), Nguyễn Văn Tảo, Trần Thị Lượng - Thái Nguyên: Đại học Thái Nguyên , 2015 - 236 tr ; 24 cm ISBN: 978-604-915-250-4 l.An tồn thơng tin - Giáo trình An tồn liệu - Giáo trình Mật mã khố bí mật - Thuật tốn Mật mã khóa cơng khai - Thuật tốn I Nguyễn, Văn Tảo II Trần, Thị Lượng 005.8-d c l4 MỤC LỤC DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẨT DANH MỤC BÀNG DANH MỤC HỈNH VẼ LỊI NĨI Đ Ầ U 10 Chưcmg GIỚI THIỆU CHUNG 12 1.1 Hệ thống thông tin hình thức cơng hệ thống thơng tin 12 1.1.1 Thông tin hệ thống thông tin 12 1.1.2 Ba thuộc tính thơng tin 13 1.1.3 Các hình thức công vào hệ thống thông tin 14 1.2 Mật mã an tồn thơng tin 19 1.2.1 Các ứng dụng cùa mật mã 19 1.2.2 Vai trò mật mã bảo đảm an tồn thơng tin 21 1.3 Sơ lược mật mã học 22 1.3.1 Các khái niệm 23 1.3 Các kiểu công vào hệ mật m ã 25 1.3.3 Phân loại thuật toán mật mã 26 1.4 Cơ sở toán học lý thuyết mật mã 28 1.4.1 Kiến thức độ phức tạp tính toán 28 1.4 Kiến thức lý thuyết s ố 33 1.5 Bài tập 52 Chương HỆ MẬT MÃ KHĨA BÍ MẬT 55 2.1 Giới thiệu .55 2.2 Mật mã cổ điển .57 2.2.1 Mã dịch chuyển 57 2.2.2 Mã thay .58 2.2.3 Mã hoán vị 59 2.2.4 Mã Affine 61 2.2.5 Mã Vigenère 66 2.2.6 Hệ mật Hill 68 2.2.7 Hệ mật mã Playfair 73 2.3 Mã dòng 76 2.4 Mã khối 78 2.4.1 Giới thiệu chung 78 4.2 Các khái niệm 79 2.4.3 Các chế độ hoạt động cùa mã khối (Modes of operation) 83 4 Chuẩn mã liệu (DES) 93 2.4.5 Chuẩn mã liệu tiên tiến (AES) 123 2.5 Bài tập 128 Chương MẬT MẢ KHĨA CƠNG KHAI 132 3.1 Giói thiệu chung 132 3.2 Hệ mật RSA 135 3.2.1 Thuật tốn mã hóa, giải m ãRSA 138 3.2.2 Kiểm tra qui tắc giải mã 139 3.2.3 Độ an toàn hệ RSA 140 3.2.4 Thực RSA 141 3.2.5 Vấn đề điểm bất động RSA 141 3.3 Hệ mật Rabin 142 3.3.1 Tạo khóa 142 3.3 Mã hóa giải mã hệ mật Rabin 143 3.3.3 Ví d ụ 143 3.3.4 Đánh giá hiệu 144 3.4 Hệ mật Elgamal 144 3.4.1 Bài toán logarit rời rạc 144 3.4.2 Mã hóa, gi mã Klgamal 155 3.4.3 Tham số cùa hệ m ật 156 3.5 Một số hệ mã khóa cơng khai khác 158 3.5.1 Bài tốn xếp ba lô hệ mật Merkle - Hellman 158 3.5.2 Hệ mật Chor - Rivest (CR) 161 3.5.3 Bài toán mã sửa sai hệ mật McElice 166 3.5.4 Hệ mật đường cong elliptic 172 3.6 Ưu, nhược điểm hệ mật khóa cơng khai 181 3.7 Bài tập 181 Chương HÀM BĂM VÀ CHỮ KÍ SỐ 184 4.1 Giới thiệu hàm băm 184 4.1.1 Khái niệm phân loại hàm băm 185 4.1.2 Các tính chất 187 4.2 Các hàm băm khơng có khóa 191 4.2.1 MDC độ dài đơn 193 4.2.2 MDC độ dài kép: MDC -2 MDC - 194 4.3 Các hàm băm có khóa (MAC) 4.3.1 MAC dựa mật mã khối 196 197 4.3.2 Xây dựng MAC từ M D C 198 4.4 Chữ kí số 200 4.4.1 Khái niệm chữ ký số 200 4.4.2 Phân loại chữ ký s ố .202 4.3 Xác thực người sù dụng 206 4.4.4 Kết hợp chữ ký số mã hoá .206 4.5 Các lược đồ chữ ký số thông dụng 207 4.5.1 Lược đồ RSA 207 4.5.2 Lược đồ Elgamal 208 4.5.3 Lược đồ chữ ký số chuẩn DSS 209 4.5 Lược đồ chữ ký số 4.6 Một số lược đồ chữ ký khác EC 210 213 6.1 Sơ đồ Shamir 213 4.6.2 Sơ đồ Ong - Schnorr - Shamir 219 4.6.3 Các chữ ký số có nén 222 4.7 ứng dụng chữ ký số 226 7.1 ứ ng dụng chữ ký số 226 4.7.2 Luật chữ ký số cùa số nước giới .226 4.7.3 Chữ ký số Việt Nam 228 4.8 Bài tập 229 TÀI LIỆU THAM KIIẢO 234 DANH MỤC TỪ NGỮ VIÉT TẮT ATTT AES An toàn thông tin Advanced Chuẩn mã liệu tiên tiến Encryption Standard CBC Cipher Block Chaining Chế độ liên kết khối mã CFB Cipher Feedback Chế độ phản hồi mã CRHF Collission Resistant Hash Hàm băm kháng va chạm Function DES Data Encryption Standard Chuẩn mã liệu DSS Digital Signature Standard Chuẩn chữ kí số ECB Electronic Code Book Chế độ mã điệííi tủ LAN Local Area Network Mạng cục LFSR Linear Feedback Sequence Thanh ghi hồi tiếp tuyến tính Register LSB Least Signification Bit Bít thấp (có giá trị nhỏ nhất) MAC Massage Authentication Code Mã xác thực thông báo MDC' Manipulation Detection Code Mã phát sửa đổi MDV Mã dịch vòng MHV Mã hoán vị MTT Mã thay OWHF One Way Hash Function Hàm băm chiều OTP One Time Pad Hệ mật khóa dùng lần RSA Rivest - Shamir - Adleman Thuật toán RSA EC Elliptic Curve Đường cong elliptic DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thuật toán Euclide mờ rộng giá trị vào a = 4864, b = 3458 .38 Bảng 1.2 Cấp phần tử z*2/ 41 Bảng 1.3 Các lũy thừa 42 Báng 1.4 Tính 5596 mod 1234 44 Bảng Độ phức tạp bit cùa phép toán ừong Z n 45 Bảng 1.6 Các ký hiệu Jacobi phần tử 49 Bảng 2.1 Số vòng mã hóa A E S 124 Bảng 3.1 Kết tính bước thuật toán Pollard 136 Bảng 3.2 Giải lơgarit red rạc thuật tốn p-pollard 148 Bảng 3.3 Một số số nguyên tố dạng p=2q+l 157 Bảng 3.4 Giá trị y tương ứng với X Z 23 174 Bảng 3.5 Bảng tính kP 177 DANH MỤC HÌNH VẺ Hình 1.1 Mối quan hệ ba tính chất T T 14 Hình 1.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống thông tin viễn thông hiểm hoạ ATTT kèm 15 Hỉnh 1.3 Các hình thức công thông tin m ạng 16 Hình 1.4 Các cơng bị động chủ đ ộ n g 17 Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ thống thông tin số 22 Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống thơng tin m ậ t 24 Hình 1.7 Lược đồ thành phần mật mã 27 Hình 2.1 Sơ đồ khối cùa hệ truyền tin m ật 55 Hinh 2.2 Mã dịch vòng .57 Hinh 2.3 Mã A ffine 65 Hình 2.4 Mã Vigenère 66 Hình 2.5 Bảng mã Vigenère 67 Hình 2.6 Mật mã H ill 73 ... tin 13 1. 1.3 Các hình thức cơng vào hệ thống thơng tin 14 1. 2 Mật mã an tồn thơng tin 19 1. 2 .1 Các ứng dụng cùa mật mã 19 1. 2.2 Vai trò mật mã bảo đảm an tồn thơng tin 21 1.3 Sơ lược mật. .. Chế độ ECB 11 5 Hình 2 .12 Chế độ CBC 11 6 Hình 2 .13 Chế độ C F B 11 7 Hinh2 14 Chế độ O FB 11 7 Hinh 15 DES bội h a i 11 9 Hình 2 .16 Mã hóa giải mã TDES... mật khóa cơng khai 18 1 3.7 Bài tập 18 1 Chương HÀM BĂM VÀ CHỮ KÍ SỐ 18 4 4 .1 Giới thiệu hàm băm 18 4 4 .1. 1 Khái niệm phân loại hàm băm 18 5 4 .1. 2 Các tính chất 18 7 4.2 Các hàm băm khơng có khóa 19 1