Tìm hiểu, nghiên cứu một số bài toán về an toàn thông tin trong giai đoạn rút tiền điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  ̀ KIÊU MINH NGUYÊT TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BÀI TỐN VỀ AN TỒN THƠNG TIN TRONG GIAI ĐOẠN RÚT TIỀN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SỸ Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  ̀ KIÊU MINH NGUYÊT TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BÀI TỐN VỀ AN TỒN THƠNG TIN TRONG GIAI ĐOẠN RÚT TIỀN ĐIỆN TỬ Ngành: Chuyên ngành: Mã số: Công Nghệ Thông Tin Hê ̣Thống Thông Tin 60.48.05 LUẬN VĂN THẠC SỸ Cán hƣớng dẫn: PGS.TS Trịnh Nhật Tiến Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Sau năm tháng nghiên cứu tìm hiểu, luận văn “Nghiên cứu mơṭsớbài tốn vềan tồn thơng tin giai đoaṇ rút tiền điêṇ tử” hoàn thành Để đạt kết này, em nỗ lực đồng thời nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ ủng hộ thầy cô, gia đình bạn bè Em xin chân thành cảm ơn thầy cô bô ̣môn Hê ̣thống Thông tin trường Đại Học Công nghê, ̣ĐH Quốc gia HàNôị tạo điều kiện tốt cho em đểthực đề tài luận văn tốt nghiệp Và đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Nhật Tiến tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, bảo đóng góp ý kiến cho em suốt thời gian thực đề tài Xin cảm ơn anh chị bạn bè ủng hộ, giúp đỡ động viên em thời gian học tập nghiên cứu Mặc dù cớ gắng hồn thành luận văn phạm vi khả cho phép chắn không tránh khỏi thiếu sót Em kính mong nhận cảm thơng tận tình bảo q thầy bạn đểcóthểhồn thiêṇ vàphát triển đề tài tốt TÓM TẮT NỘI DUNG Ở nước ta t hương maịđiêṇ tử nói chung vàtiền điêṇ tử nói riêng vâñ còn làlinhh̃ vưc ̣ mẻđòi hỏi phải cóq trình nghiên cứu phát triển Luận văn sau trình bày kiến thức khái quát, tổng quan về tiền điêṇ tử vàthanh toán tiền điện tử, sau tập trung nghiên cứu sâu về mơṭsớ vấn đề nảy sinh q trình sử dụng tiền điện tử, cụ thể trình rút tiền điện tử vấn đềẩn danh người sử dung ̣ đồng tiền vàvấn đềgian lâṇ giátri đồng ̣ tiền Ngoài ra, luận văn Demo chương trình thử nghiệm mơ giải vấn đề về ẩn danh, gian lận giá trị đồng tiền, dựa lược đồ Chaum-Fiat-Naor MỤC LỤC CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ TIỀN ĐIỆN TỬ 11 1.1 KHÁI NIỆM THANH TOÁN ĐIỆN TỬ 11 1.1.1 Các mơ hình toán điện tử 11 1.1.1.1 Mô hình trả tiền sau 1.1.1.2 Mơ hình trả tiền trước 11 11 1.2 KHÁI NIỆM TIỀN ĐIỆN TỬ 12 1.2.1 Khái niệm 12 1.2.2 Mơ hình giao dịch mua bán tiền điện tử .13 1.2.3 Cấu trúc Tiền điện tử .14 1.2.4 Tính chất tiền điện tử .15 1.2.4.1 Tính an tồn (Security) 1.2.4.2 Tính xác thực 1.2.4.3 Tính riêng tƣ (Privacy) 1.2.4.4 Tính độc lập (Portability) 1.2.4.5 Tính chuyển nhƣợng đƣợc (Ttransferrability) 1.2.4.6 Tính phân chia đƣợc (Divisibility) 15 15 15 16 16 17 CHƢƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 18 2.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM TOÁN HỌC .18 2.1.1 Khái niệm số học 18 2.1.1.1 Số nguyên tố số nguyên tố 18 2.1.1.2 Đồng dƣ thức 18 2.1.1.3 Phần tử nghịch đảo 20 2.1.1.4 Logarit rời rạc 20 2.1.2 Khái niệm đại số 20 2.1.2.1 Nhóm 2.1.2.2 Nhóm nhóm (G,*) 2.1.2.3 Nhóm Cyclic 20 21 22 2.1.3 Khái niệm độ phức tạp 22 2.1.3.1 Thuật toán 2.1.3.2 Độ phức tạp thuật toán 22 23 2.2 MÃ HÓA 25 2.2.1 Khái niệm mã hóa 25 2.2.1.1 Hệ mã hóa khóa công khai RSA 26 2.3 CHỮ KÝ 28 2.3.1 Giới thiệu chữ ký 28 2.3.1.1 Sơ đồ ký số RSA 29 2.3.1.2 Sơ đồ ký số Schnoor 29 2.3.1.3 Chữ ký mù 30 2.3.1.4 Sơ đồ chữ ký mù RSA 31 2.3.1.5 Sơ đồ chữ ký mù Schnorr 32 2.3.1.6 Chữ ký dùng lần 33 2.3.1.7 Chữ ký phủ định 34 2.4 CHIA SẺ BÍ MẬT CÓ THỂ XÁC MINH 37 2.4.1 Sơ đồ chia sẻ bí mật .37 2.4.2 Sơ đồ chia sẻ bí mật xác minh 38 2.5 HÀM BĂM 38 2.5.1 Hàm chiều (One-way Hash) 38 2.5.2 Tính chất hàm băm 39 CHƢƠNG MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG RÚT TIỀN ĐIỆN TỬ 40 3.1 VẤN ĐỀ PHÁT SINH TRONG RÚT TIỀN ĐIỆN TỬ 40 3.1.1 Vấn đề ẩn danh người sử dụng đồng tiền .40 3.1.2 Vấn đề gian lận giá trị đồng tiền 40 3.2 GIẢI PHÁP CHO BÀI TOÁN “ẨN DANH” VÀ “CHỐNG GIAN LẬN GIÁ TRỊ ĐỒNG TIỀN”[4] 41 ̉ 3.2.1 Giới thiệu giải pháp cho toán “Ân danh ngƣời sƣ̉dungg̣ đồng tiền”: 41 3.2.1.1 Giải pháp Lƣợc đồ Chaum-Fiat-Naor: 41 3.2.1.2 Giải pháp Lƣợc đồ Brand 45 3.2.2 Giới thiêụ giải pháp cho toán “Chống gian lâṇ giá tri g̣đồng tiền” .53 3.2.2.1 Phƣơng pháp thứ nhất: Với mỗi giá tri g̣đồng tiền, ngân hàng dùng mơṭ khóa kýriêng 3.2.2.2 Phƣơng pháp thứ hai: Dùng phƣơng pháp xác suất: 53 53 CHƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH DEMO 54 4.1 GIớI THIệU 54 4.2 TÍNH NĂNG CủA PHầN MềM DEMO 54 4.3 Sử DụNG 55 ́ KÊT LUÂN 60 MỞĐẦU Tính cấp thiết của luận văn: Sư ̣phat triển nhanh chong cua công nghê ̣thông tin cung sư ̣bung nổcua ́́ internet đa mang laịnhưng thay đổi ́h̃ truyền thống , thúc đẩy phát sản phẩm có liên quan thẻ tín dụng, giao dicḥ qua điêṇ thoaịdi đông ̣…Tiền điêṇ tử hay viđ́ iêṇ tử trởthành hiêṇ thưc ̣ Trên thếgiới tiền điêṇ tử đãvà ứng dụng thành công, nươc ta thương maịđiêṇ tư noi chung va tiền điêṇ tư noi riêng vâñ lĩnh vực mẻ đoi hoi phai co qua trinh nghiên cưu va phat triển ́̀ Trong qua trinh sư dung ̣ ́́ đồng tiền, khai man giátri đồng ̣ tiền, tiêu môṭđồng tiền nhiều lần Luận văn trình bày kiến thức khái quát, tổng quan về tiền điêṇ tử tốn tiền điện tử, sau tập trung nghiên cứu sâu về môṭsố vấn đề nảy sinh quátrinh̀ sử dung ̣ tiền điện tử, cụ thể trình rút tiền điêṇ tử vấn đềẩn danh người sử dung ̣ đồng tiền vàvấn đềgian lâṇ giátri đồng ̣ tiền Mục đích của luận văn: Nghiên cứu chất vàquátrinh̀ toán tiền điê n ̣ tử môṭsốgiải pháp khoa học cho sớ tốn nảy sinh q trình rút tiền điêṇ tử Đối tƣợng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu toán phát sinh trình rút tiền điện tử Phƣơng pháp nghiên cƣ́u: Để nghiên cứu về vấn đề nêu trên, đầu tiên, luận văn tổng hợp lại khái niệm liên quan đến vấn đề toán sử dụng, về tốn điện tử Sau sâu nghiên cứu về tiền điện tử Từ đó, phân tích tốn phát sinh q trình rút tiền điện tử đưa giải pháp phù hợp cho toán Kết cấu của luâṇ văn: Luâṇ văn gồm chương: Chương 1: Trình bày tổng quan về tiền điện tử bao gồm khái niêṃ vềtiền điêṇ tử vàthanh toán điêṇ tử Chương 2: Trình bày khái niệm về tốn học , lý thuyết về mật mã học như: mã hóa, chữký, chia sẻbímâṭ, hàm băm Chương 3: Trình bày vềmơṭsớvấn đềphát sinh qtrinh̀ sử dung ̣ tiền điêṇ tử, cụ thể trình rút tiền điện tử hướng giải Chương 4: Demo chương trinh̀ thử nghiệm về hệ thống tiền điện tử, mô vấn đề về ẩn danh, gian lận giá trị đồng tiền, dựa lược đồ Chaum-Fiat-Naor DANH MUC ̣ HÌNH VE Hình 1: Mơ hinh̀ giao dicḥ t ̣ hống Tiền điêṇ tử Hình 2: Mơ hinh̀ phương thức tốn Hình 3: Mơ hinh̀ giao dicḥ cótinh́ chuyển nhươ ng ̣ Hình 4: Mơ hinh̀ khái qt lươc ̣ đồChaum – Fiat – Naor Hình 5: Mơ hinh̀ qtrinh̀ khởi taọ tài khoản lươc ̣ đồBrand Hình 6: Mô hinh̀ quátrinh̀ chứng minh đaịdiêṇ tài khoản lươc ̣ đồBrand Hình 7: Mơ hinh̀ giao thức rút tiền lươc ̣ đồBrand Hình 8: Mơ hinh̀ giao thức toán BẢNG CHỮ VIẾT TẮT TT 10 Alice A, b, sign(A, B) AB≠1 Kiểm tra sign ( A, B), c Zq c r1 = x1 + cx2 mod q r2 = x2 + cy2 mod q r3 = x3 + cz2 mod q r1, r2, r3 r1 g1 g2 r2 g3 r3 = AB c Nếu đúng Bob chấp nhận tốn Hình 8: Giao thức toán 5/ Giao thức gửi Tiền: 1) Bob gửi ngân hàng: thơng tin tốn (A, B, sign(A, B)), c, r1, r2, r3 2) Ngân hàng thực hiện: + Kiểm tra Chữ ký có đúng khơng ? Đồng tiền chưa tiêu xài trước ? + Kiểm tra Bob thử thách Alice phản hồi Alice: Có hợp lệ khơng ? Bob thử thách Alice giá trị c = H0 (A, B, Ib, date/time) Alice trả lời Bob giá trị r1, r2, r3 + Nếu tất thỏa mãn, Ngân hàng gửi tiền (A, B, sign(A, B))vào tài khoản Bob 50 b Phân tích – đánh giá 1/ Nhận xét chung: Lược đồ sử dụng lý thuyết toán học phức tạp, khó hiểu đầy dủ Do lược đồ không phổ biến lược đồ CHAUM – FIAT – NAOR Lược đồ không sử dụng giao thức “cut and choose” CHAUM –FIAT-NAOR, nên tạo k mẫu khác giữ copy phần định danh (định danh chia làm hai phần) Ngân hàng không cần kiểm tra k/2 mẫu trước tiến hành ký Độ an toàn lược đồ Brand phụ thuộc vào độ khó việc tính tốn logarit rời rạc dĩ nhiên an toàn lược đồ sử dụng RSA Trong lược đồ này, định danh người mua hàng (Alice) ẩn danh hoàn toàn Người bán hàng ngân hàng hồn tồn khơng biết định danh Alice, trừ Alice có hành vi gian lận, tiêu đồng tiền nhiều lần 2/ Phát định danh trƣờng hợp tiêu đông tiền lần: + Trường hợp Alice tiêu xài đồng tiền lần, Alice phải gửi cho Ngân hàng: Lần 1: c r1, r2, r3 Lần 2: c‟ r‟1, r‟2, r‟3 r1 = x1 + cx2 mod q r2 = x + cy2 mod q r3 = x + cz2 mod q + Từ tham số trên, ngân hàng tìm định danh kẻ gian lận: A = g1(c‟r1 – cr‟1) / (c‟-c)g2 (c‟r2 – cr‟2) / (c‟-c) g3 (c‟r3 – cr‟3) / (c‟-c) B = g1(r1 – r‟1) / (c‟-c)g2 (r2 – r‟2) / (c‟-c) g3 (r3 – r‟3) / (c‟-c) Mặt khác: x1 y1 z1 A = g1 g2 d (c‟r1 – cr‟1) = x1 (c‟r2 – cr‟2) = y1 (c‟r3 – cr‟3) = z1 mod q + Từ công thức, Ngân hàng tính: 51 Tiến hành thay x1 , y1, z1 , x2 , y2, z2 , theo kết ta được: c u 1s = c' r3  cr'3 s= u = u1 + Từ u1 u2 tính I = g1 g2 u2 , Ngân hàng so sánh giạ trị I sở liệu lưu trước tìm định danh kẻ gian lận 3/ Khả Tấn công lƣợc đồ: Có kiểu cơng lược đồ Brand, Alice tiêu đồng tiền nhiều lần mà không bị phát Cách công nhằm vào giao thức tạo tài khoản lúc ban đầu, mở tài khoản u1 thay sử dụng I = g Ngân hàng ký A = g1 u1 g2 B = g1 x1 g2 , Alice chọn I = g u1 u2 g2 , vậy, giao thức rút tiền, u2+1 x2 Sign( A, B) = (Z‟ = (g1 u1 u2+1 g2 ), a‟ = g wu+v , b = (g1 u1 u2+1 wsu+sv g1 r = H, (A, b,z‟, a‟, b‟)x + wu+v) Tại giao thức rút tiền thu e1 = de + x1 r2 = df + x2 e f ở (e, f) đại diện A = (g1 g ), e = u1s, f = (u2 +1)s 52 ) , 3.2.2 Giới thiệu giải pháp cho bài toán “Chống gian lận giá trị đồng tiền” Mặc dù đạt tính ẩn danh, giải pháp chữ ký mù làm nảy sinh vấn đề: để ngăn chặn Alice đưa cho ngân hàng ký đồng tiền khơng trung thực Ví dụ: Alice u cầu rút 1$, lại đưa cho ngân hàng ký lên đồng tiền có giá trị 100$ Vì ngân hàng ký mù lên đồng tiền đó, nên khơng thể biết nội dung Để giải vấn đề này, có hai phương pháp đưa 3.2.2.1 Phƣơng pháp thứ nhất: Với mỗi giá tri đg̣ ồng tiền, ngân hàng dùng mơṭ khóa ký riêng Ngân hàng dùng khóa (khố ký, khóa kiểm tra chữ ký) khác cho loại tiền Nếu có k giá trị đồng tiền ngân hàng phải có k khố khác Ví dụ: Đồng tiền giá trị 1$ dùng khố k1 Đồng tiền giá trị 2$ dùng khố k2 Đồng tiền giá trị 3$ dùng khố k3 … Đồng tiền 50$ dùng khố k50 Như gian lận ông A tạo đồng tiền 50$ với khóa k 1, đồng tiền không hợp lệ 3.2.2.2 Phƣơng pháp thứ hai: Dùng phƣơng pháp xác suất: Để rút từ ngân hàng đồng tiền giá trị T, ông A phải tạo k đồng tiền C 1,C2, ,Ck giá trị T Chúng đều gắn định danh, khác chúng sớ sêri Ơng A làm “mù” đồng tiền này, gửi chúng đến ngân hàng Ngân hàng yêu cầu ông A cung cấp thông tin để khử “mù” k-1 đồng tiền Ngân hàng khử “mù” kiểm tra chúng Nếu tất đều hợp lệ, ngân hàng ký “mù” lên đồng tiền còn lại Ci (là đồng tiền mà ngân hàng không khử “mù”), gửi cho ơng A Ngân hàng có đảm bảo cao đồng tiền còn lại Ci hợp lệ, ơng A gửi kèm đồng tiền khơng hợp pháp sớ k đồng tiền, xác suất bị phát k-1/ k Xác suất cao k lớn Tuy nhiên k q lớn hệ thớng xử lý phải trao đổi nhiều liệu 53 Chƣơng CHƢƠNG TRÌNH DEMO 4.1 Giới thiệu Mục tiêu: Phần mềm viết nhằm thử nghiệm giai đoạn người mua rút đồng tiền điện tử từ Ngân hàng về để toán cho người bán Phần mềm viết ngôn ngữ C# chạy trực tiếp nền Windows Cơ sở liệu giả lập sẵn để tiện thao tác 4.2 Tính phần mềm demo Phần mềm chia thành phần giả lập cho hai phần mềm riêng biệt: a Phần mềm Ví điện tử: phần mềm có chức giúp cho người Mua - Quản lý đồng tiền điện tử ở dạng File rút về Ví - Cho phép Xóa mù đồng tiền thêm đồng tiền vào Ví - Cho phép Rút đồng tiền khỏi Ví dạng File để chuyển cho người bán - Cho phép xem sớ dư tài khoản Ngân hàng - Cho phép tạo số Serial file đồng tiền điện tử để gửi cho Ngân hàng ký mù b Phần mềm Ngân hàng: phần mềm có chức sau - Cho phép Người mua / Người bán xem khóa Cơng khai tương ứng với loại tiền điện tử - Cho phép Người mua yêu cầu Ngân hàng ký mù lên đồng tiền - Cho phép Người bán kiểm tra xem đồng tiền có bị gian lận về giá trị không 54 4.3 Sử dụng Bước 1: Người mua mở chương trình lên login vào Phần mềm Ví điện tử với Tên đăng nhập “demo” Mật khẩu “123” Bước 2: Chuyển sang tab “Xem số dư tài khoản NH” “200000”  Click vào “Tạo tải file đồng tiền”     Chọn số tiền bạn ḿn rút, ví dụ Chọn thư mục để lưu file tiền điện tử & đặt tên file “raw.txt” Click OK Trong tiến trình phần mềm tự sinh số Serial cho đồng tiền vừa tạo có giá trị “200000” đó, sớ 55 Serial hiển thị ở ô Textbox bên xem nội dung file tải về Bước 3: Người mua đăng nhập tiếp lên Phần mềm Ngân hàng với account tương tự account Ví điện tử 56 Bước 4: Người mua vào tab Ký mù, Người mua Chọn đường dẫn đến file chứa đồng tiền chưa ký “raw.txt”  chọn giá trị đồng tiền file đó, điền Tham số ngẫu  nhiên r click vào nút “Kiểm tra Ký” Nếu giá trị đồng tiền cần ký nhỏ Sớ dư tài khoản Phần mềm tự động bật box cho phép Người mua chọn thư mục lưu lại file Tiền điện tử ký mù lại  đặt tên file “signed.txt” click nút OK để lưu 57  Lúc sớ dư tài khoản ở phần mềm Ví điện tử Ngân hàng đều tự động trừ 200.000 còn lại 200.000 Ô textbox bên tab “Ký mù” hiển thị thông tin về đồng tiền điện tử vừa ký Bước 5: Chuyển sang tab Xem nội dung Ví ở phần mềm Ví điện tử   Để xóa mù nhập file tiền điện tử ký mù vào Ví điện tử Nhập vào tham sớ r + khóa n tương ứng với giá trị đồng tiền vừa ký + chọn đường dẫn đến file “signed.txt” click OK 58  Ô textbox bên hiển thị số Serial Ngân hàng ký xóa mù Dữ liệu Ví nhập thêm ghi đồng tiền điện tử vừa rút về Bước 6: Giả lập người Bán kiểm tra giá trị đồng tiền Giả sử sau người mua giao đồng tiền cho người bán bảo đồng tiền trị giá 500.000, người bán lên phần mềm ngân hàng để kiểm tra xem có đúng khơng cách Chọn file cần kiểm tra & chọn giá trị đồng tiền sau click nút “Kiểm tra giá trị” 59 KẾT LUẬN Những kết quảchinh́ luâṇ văn: Nghiên cứu, tìm hiểu lại vấn đề sau: - Các khái niệm sớ học, đaịsớvàđơ ̣phức tap ̣ thṭtốn - Các khái niệm về mã hóa, chữkýđiêṇ tử - Các kiến thức tổng quan vềthương maịđiêṇ tử vàtiền điêṇ tử - Nghiên cứu vàphân tich́ giải pháp cho hai vấn đềcơ quátrinh̀ rút tiền điêṇ tử: + Vấn đềẩn danh người sử dung ̣ tiền điêṇ tử + Vấn đềgian lâṇ giátri đồng ̣ tiền Chương trinh Demo mô phong giai vấn đềẩn danh ́̀ tiền dưạ lươc ̣ đồChaum – Fiat – Naor Hướng phát triền nghiên cứu sâu về vấn đề an tồn thơng tin giai đoạn rút tiền điện tử 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt GS Phan Đình Diệu (2006), Lý thuyết Mật Mã An tồn thơng tin, nhà xuất Đại học quốc gia Hà nội PGS.TS Trịnh Nhật Tiến (2007), Giáo trình An tồn liệu PGS.TS Trịnh Nhật Tiến (2007), Bài giảng mơn Phân tích đánh giá thuật toán PGS.TS Trịnh Nhật Tiến, Thanh toán tiền“điện tử” Tiếng Anh Byeong Kon Kim, School of Engieering, Information and Communications University (2004), Bài viết “Design of Fair Tracing E_Cash System based on Blind Signature” trang web http://caislab.icu.ac.kr/Paper/thesis_files/2004/Thesis_bgKim.pdf D.Chaum, A.Fiat, and M.Naor, Untraceable electronic cash, In Advances in Cryptology-Crypto '88 http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_money http://www.ex.ac.uk/~RDavies/arian/emoneyfaq.html 61 ... ̀ KIÊU MINH NGUYÊT TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BÀI TỐN VỀ AN TỒN THƠNG TIN TRONG GIAI ĐOẠN RÚT TIỀN ĐIỆN TỬ Ngành: Chuyên ngành: Mã số: Công Nghệ Thông Tin Hê ̣Thống Thông Tin 60.48.05 LUẬN... z “khó thể” tính tốn để tìm thơng điệp ban đầu x cho h(x) = z 39 Chƣơng MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG RÚT TIỀN ĐIỆN TỬ 3.1 VẤN ĐỀ PHÁT SINH TRONG RÚT TIỀN ĐIỆN TỬ Tiền điện tử mang lại lợi ích khơng cho... CHƢƠNG MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG RÚT TIỀN ĐIỆN TỬ 40 3.1 VẤN ĐỀ PHÁT SINH TRONG RÚT TIỀN ĐIỆN TỬ 40 3.1.1 Vấn đề ẩn danh người sử dụng đồng tiền .40 3.1.2 Vấn đề gian lận