Một số phương pháp thám mã hệ mật mã đối xứng và ứng dụng trong phát triển hệ mật mã

i đại học thái nguyên Tr-ờng đại học CÔNG NGHệ THÔNG TIN Và TRUYềN THÔNG Lấ HU TH MT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÁM MÃ HỆ MẬT MÃ ĐỐI XỨNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÁT TRIỂN HỆ MẬT MÃ LUẬN VN THC S KHOA HC MY TNH thái nguyên - năm 2014 S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i ii đại học thái nguyên Tr-ờng đại học CÔNG NGHệ THÔNG TIN Và TRUYềN THÔNG Lấ HU TH MT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÁM MÃ HỆ MẬT MÃ ĐỐI XỨNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÁT TRIỂN HỆ MẬT MÃ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: 60.48.01 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS NGUYỄN DUY MINH Thái Nguyên, 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii iii LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn trƣờng Đại học Công nghệ thông tin truyền thông Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập, công tác thực đề tài luận văn Em xin nói lên lịng biết ơn sâu sắc lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo TS Nguyễn Duy Minh, ngƣời Thầy mà ln tận tình hƣớng dẫn, truyền thụ cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu giúp em suốt trình học tập, nghiên cứu nhƣ trình thực luận văn Cuối em xin đƣợc gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp ln ủng hộ, động viên em q trình học tập thực luận văn Mặc dù cố gắng hoàn thành luận văn phạm vi khả cho phép nhƣng chắn không tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận đƣợc tận tình bảo q thầy bạn Thái nguyên, Tháng năm 2014 Lê Hữu Thọ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH vi LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUẨN MÃ HÓA DỮ LIỆU DES 1.1 Các hệ mã khóa 1.1.1 Hệ mật mã đối xứng 1.1.2 Hệ mật mã bất đối xứng 1.2 Chuẩn mã hóa liệu DES 1.3 Quy trình mã hóa DES .8 1.4 Lập mã giải mã DES 1.5 Các chế độ mã hóa theo DES .10 1.6 Độ an toàn DES .13 1.7 Kết luận 14 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP THÁM MÃ HỆ MẬT MÃ ĐỐI XỨNG 16 2.1 Các thuật ngữ .16 2.1.1 Mật mã (Cryptography) 16 2.1.2 Bản rõ (Plain text) 16 2.1.3 Bản mã (Cipher text) 16 2.1.4 Phép biến đổi mã/dịch (Encrytion/decryption transformations) 16 2.2 Thám mã 17 2.2.1 Khái niệm .17 2.2.2 Các bƣớc để thám mã 22 2.2.3 Các kiểu công thám mã 28 2.3 Các phƣơng pháp thám mã hệ mã đối xứng 31 2.3.1 Phƣơng pháp công vét cạn 31 2.3.2 Phƣơng pháp thám mã tuyến tính 32 2.3.3 Phƣơng pháp thám mã vi sai 42 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv v 2.4 Đánh giá độ an toàn DES trƣớc vài phƣơng pháp công phá mã 47 2.5 Kết luận 48 CHƢƠNG 3: CÀI ĐẶT MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP THÁM MÃ HỆ MÃ DES 49 TRONG PHÁT TRIỂN HỆ MẬT MÃ 49 3.1 Đặt vấn đề 49 3.2 Mô tả DES 50 3.3 Lập mã DES 62 3.4 Xây dựng chƣơng trình thám mã DES 66 3.5 Kết luận 71 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ mã hóa DES Hình 1.2 Một vịng lặp DES Hình 1.3 Mơ mã hóa (a) giải mã (b) theo DES .10 Hình 1.4 Chế độ CBC .11 Hình 1.5 Chế độ CFB 12 Hình 2.1 Mơ hình DES với quy ƣớc .33 Hình 2.2 Sơ đồ xấp xỉ tuyến tính hệ mã DES vịng .37 Hình 2.3 Sơ đồ xấp xỉ tuyến tính hệ mã DES vịng .40 Hình 2.4 Các xâu vào với XOR vào 110100 45 Hình 3.1 Một vịng DES 50 Hình 3.2 Hàm f DES 52 Hình 3.3 Tính bảng khóa DES 58 Hình 3.4 Giao diện chƣơng trình thám mã DES 67 Hình 3.5 Q trình tạo khóa 68 Hình 3.6 Q trình mã hóa rõ 69 Hình 3.7 Quá trình giải mã nội dung mã 70 Hình 3.8 Q trình thám mã thành cơng 71 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi LỜI MỞ ĐẦU Mật mã học ngành khoa học mã hóa liệu nhằm bảo mật thơng tin Mã hóa liệu q trình mà liệu dạng văn gốc đƣợc chuyển thành văn mật mã để làm khơng thể đọc đƣợc Ngày nay, để đảm bảo an tồn bí mật thông tin quan trọng, nhạy cảm, vấn đề mã hóa liệu ngày trở nên cấp thiết đƣợc nhiều ngƣời quan tâm Có nhiều phƣơng pháp mã hóa liệu đƣợc đƣa Vậy làm để đánh giá đƣợc phƣơng pháp mã hóa tốt? Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp đánh giá nhƣng phƣơng pháp tốt trực quan phƣơng pháp phân tích trực tiếp mã khơng có khóa mã tay mà ngƣời ta gọi thám mã Ngày nay, nhu cầu trao đổi thông tin mật thành viên nhóm, tổ chức ngày lớn việc đảm bảo an tồn thơng tin cần thiết Cùng với phát triển mật mã nói chung hệ mã đối xứng nói riêng thám mã lĩnh vực thƣờng đƣợc quan tâm nghiên cứu, nhƣng đƣợc cơng khai, cơng khai khơng đầy đủ Mặc dù, thời gian qua có nhiều kết nghiên cứu DES đƣợc công bố, DES bị phá khóa hệ thống chuyên dụng vòng chƣa đầy 24 giờ, nhƣng việc nghiên cứu thám mã DES cần thiết để hƣớng tới thám mã hệ mật mã đại có độ dài khóa lớn hơn, dần thay DES Phân tích mật mã hay thám mã đƣa khuyến cáo, phản hồi cho chuyên gia thiết kế lại hệ mật mã để chống lại cơng Đồng thời có ý nghĩa hỗ trợ cơng tác tình báo, phản gián Chính lý trình bày trên, em chọn đề tài: “Một số phương pháp thám mã hệ mật mã đối xứng ứng dụng phát triển hệ mật mã”, nhằm tìm hiểu phƣơng pháp thám mã xây dựng qui trình thám mã cho hệ mật mã đối xứng DES Trong khuôn khổ đề tài đƣợc giao, luận văn đƣợc trình bày chƣơng có phần mở đầu, phần kết luận, phần mục lục, tài liệu tham khảo Các nội dung luận văn đƣợc trình bày nhƣ sau: Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng 1: “Tổng quan chuẩn mã hóa liệu DES”, chƣơng tập chung trình bày khái niệm mã hóa, hệ mật mã, chế độ mã hóa q trình mã hóa, giải mã DES Chƣơng 2: “Các phƣơng pháp thám mã hệ mật mã đối xứng”, chƣơng trình bày thuật ngữ mật mã thám mã, khái niệm thám mã, bƣớc để tiến hành thám mã, đặc biệt chƣơng tập trung trình bày phƣơng pháp thám mã phƣơng pháp công vét cạn, phƣơng pháp thám mã tuyến tính, phƣơng pháp thám mã vi sai Chƣơng 3: “Đề xuất phƣơng pháp thám mã DES ứng dụng phát triển hệ mật mã”, sở lý thuyết đƣợc trình bày chƣơng chƣơng 2, đặc biệt chƣơng đƣa số phƣơng pháp thám mã hệ mã DES Từ đề xuất phƣơng pháp thám mã DES phƣơng pháp mã vi sai hệ mã DES-6 vòng Kết phƣơng pháp đƣợc trình bày rõ chƣơng Do mức độ phức tạp công việc thám mã lớn nên toán đặt với giả thiết ngƣời thám mã biết đƣợc thông tin mã đƣợc mã hóa DES (chế độ CBC) từ rõ tƣơng ứng thông điệp dạng Text Từ giả thiết xây dựng thuật toán để xác định khóa mật K sử dụng để mã hóa nhƣ tìm rõ tƣơng ứng Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CHUẨN MÃ HÓA DỮ LIỆU DES 1.1 Các hệ mã khóa 1.1.1 Hệ mật mã đối xứng Thuật tốn đối xứng hay cịn gọi thuật tốn mã hóa cổ điển Thuật tốn cịn có nhiều tên gọi khác nhƣ thuật tốn khóa bí mật, thuật tốn đơn giản, thuật tốn khóa Là thuật tốn mà khóa mã hóa tính tốn đƣợc từ khóa giải mã Trong nhiều trƣờng hợp, khóa mã hóa khóa giải mã giống Thuật toán yêu cầu ngƣời gửi ngƣời nhận phải thỏa thuận khóa trƣớc thơng báo đƣợc gửi, khóa phải đƣợc cất giữ bí mật Độ an tồn thuật tốn phụ thuộc vào khóa, để lộ khóa nghĩa ngƣời mã hóa giải mã hệ thống mật mã Sự mã hóa giải mã thuật tốn đối xứng đƣợc biểu thị bởi: EK(P) = C DK(C) = P K1 Bản rõ Mã hóa K2 Bản mã Mã hóa Bản rõ gốc K1 trùng K2 K1 tính tốn từ K2 K2 tính tốn từ K1 Ƣu điểm: - Xử lý nhanh Nhƣợc điểm: Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Các phƣơng pháp mã hóa cổ điển địi hỏi ngƣời mã hóa ngƣời giải mã phải chung khóa Khi khóa phải giữ bí mật tuyệt đối, ta dễ dàng xác định đƣợc khóa biết khóa - Hệ mã hóa đối xứng khơng bảo vệ đƣợc an tồn có xác suất cao khóa ngƣời gửi bị lộ Trong hệ khóa phải đƣợc gửi kênh an tồn kẻ địch cơng kênh phát khóa - Vấn đề quản lý phân phối khóa khó khăn phức tạp sử dụng hệ mã hóa cổ điển Ngƣời gửi ngƣời nhận luôn thống với vấn đề khóa Việc thay đổi khóa khó dễ bị lộ - Khuynh hƣớng cung cấp khóa dài mà phải đƣợc thay đổi thƣờng xuyên cho ngƣời trì tính an tồn lẫn hiệu chi phí cản trở nhiều tới phát triển hệ mật mã cổ điển Thuật tốn đối xứng đƣợc chia làm hai loại, mật mã luồng (stream ciphers) mật mã khối (block ciphers) Mật mã luồng mã hóa bit thông điệp mật mã khối gộp số bit lại mật mã hóa chúng nhƣ đơn vị Cỡ khối đƣợc dùng thƣờng khối 64 bit Thuật tốn tiêu chuẩn mã hóa tân tiến (Advanced Encryption Standard), đƣợc NIST công nhận tháng 12 năm 2001, sử dụng khối gồm 128 bit 1.1.2 Hệ mật mã bất đối xứng Vào năm 1970 Diffie Hellman phát minh hệ mã hóa đƣợc gọi hệ mã hóa bất đối xứng hay hệ mã hóa cơng khai Thuật tốn mã hóa bất đối xứng khác hồn tồn so với thuật tốn mã hóa đối xứng Khóa hệ mã bất đối xứng phải đƣợc gửi kênh thông tin khơng an tồn Chúng đƣợc thiết kế cho khóa sử dụng vào việc mã hóa khác so với khóa giải mã Hơn khóa giải mã khơng thể tính tốn đƣợc từ khóa mã hóa Chúng đƣợc gọi với tên hệ thống mã hóa cơng khai khóa để mã hóa cơng khai, ngƣời sử dụng khóa cơng khai để mã hóa thơng báo, nhƣng vài ngƣời có khóa giải mã giải mã Trong nhiều Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 59 Bây ta đƣa bảng khoá kết Nhƣ nói trên, vịng sử dụng khố 48 bít gồm 48 bít nằm K Các phần tử bảng dƣới biểu thị bít K vịng khố khác Vòng 10 51 34 60 49 17 35 57 19 42 35 26 25 44 58 59 36 27 18 41 22 28 39 54 37 47 30 53 23 29 61 21 38 63 15 20 45 14 13 62 55 31 Vòng 2 43 26 52 41 25 49 59 11 34 60 27 18 17 36 50 51 58 57 19 10 33 14 20 31 46 29 63 39 22 28 45 15 21 53 13 30 55 12 37 54 47 23 Vòng 51 27 10 36 25 58 33 43 50 60 18 44 11 49 34 35 42 41 59 17 61 15 30 13 47 23 12 29 62 37 28 14 39 54 63 21 53 20 38 31 Vòng 35 11 59 49 42 58 17 27 34 44 57 60 51 50 33 18 19 26 25 52 43 45 55 62 14 28 31 53 63 13 46 20 21 12 61 23 38 47 37 22 15 54 59 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 60 Vòng 19 60 43 33 58 26 42 11 18 57 51 41 44 35 34 17 10 36 27 50 29 39 46 61 12 15 54 37 47 28 30 63 45 22 31 20 21 55 62 38 Vòng 44 27 17 42 10 26 50 60 41 35 25 57 19 18 51 52 59 58 49 11 34 13 23 30 45 63 62 38 21 31 12 14 55 20 47 29 54 15 39 53 46 22 Vòng 52 57 11 26 59 10 34 44 51 25 19 41 50 35 36 43 42 33 60 18 28 14 29 47 46 22 15 63 61 39 31 13 38 53 62 55 20 23 38 30 Vòng 36 41 60 50 10 43 59 18 57 35 58 25 5251 34 19 49 27 26 17 44 12 54 61 13 31 30 20 62 47 45 23 55 15 28 22 37 46 39 721 14 53 Vòng 57 33 52 42 35 51 10 49 27 60 50 17 44 43 26 11 41 19 18 36 59 46 53 23 22 61 12 54 39 37 15 60 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 61 47 20 14 29 38 31 63 62 13 45 Vòng 10 41 17 36 26 51 19 35 59 33 11 50 44 34 57 27 10 60 25 58 49 43 55 30 37 20 45 63 38 23 21 62 31 54 61 13 22 15 47 46 28 53 29 Vòng 11 25 49 10 35 19 43 17 60 34 57 18 50 41 11 59 44 52 51 42 33 27 39 14 21 54 53 29 47 22 46 15 38 55 45 28 62 31 30 12 37 13 Vòng 12 50 33 59 19 52 27 44 18 41 34 25 60 43 57 58 36 35 26 17 11 23 61 55 38 37 13 31 54 20 30 62 22 39 29 12 53 46 15 14 63 21 28 Vòng 13 58 34 17 43 36 52 11 50 57 25 51 18 44 27 41 42 49 19 10 60 45 20 39 22 21 28 15 53 38 14 46 23 13 63 37 30 62 61 47 12 Vòng 14 42 18 27 52 49 36 60 34 41 51 35 58 57 11 25 26 33 59 50 44 61 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 62 54 29 23 12 62 37 22 55 61 30 53 28 47 21 14 46 45 31 20 63 Vòng 15 26 50 11 36 33 49 44 18 25 35 58 19 51 42 41 60 10 17 52 43 34 57 38 13 55 53 20 63 46 21 39 45 14 37 54 12 31 61 30 29 15 47 Vòng 16 18 59 42 57 25 41 36 10 17 27 50 11 43 34 33 52 44 35 26 49 30 47 62 45 12 55 58 13 61 31 37 27 46 23 28 53 22 21 62 39 Phép giải mã đƣợc thực nhờ dùng thuật toán nhƣ phép mã đầu vào y nhƣng dùng bảng khoá theo thứ tự ngƣợc lại K16, K1 Đầu thuật toán rõ x 3.3 Lập mã DES Sau ví dụ phép mã DES Giả sử ta mã rõ (ở dạng mã hexa – hệ đếm 16): 0123456789ABCDEF Bằng cách dùng khố 123457799BBCDFF1 Khố dạng nhị phân ( khơng chứa bít kiểm tra) là: 00010010011010010101101111001001101101111011011111111000 Sử dụng IP, ta thu đƣợc L0 R0 (ở dạng nhị phân) nhƣ sau: L0 = 1100110000000000110010011111111 L1 =R0 = 11110000101010101111000010101010 62 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 63 Sau thực 16 vịng phép mã nhƣ sau: E(R0) = 011110100001010101010101011110100001010101010101 K1 = 000110110000001011101111111111000111000001110010 E(R0) K1 = 011000010001011110111010100001100110010100100111 S-box outputs 01011100100000101011010110010111 f(R0,K1) = 00100011010010101010100110111011 L2 = R1 = 11101111010010100110010101000100 E(R1) = 011101011110101001010100001100001010101000001001 K2 = 011110011010111011011001110110111100100111100101 E(R1) K2 = 000011000100010010001101111010110110001111101100 S-box outputs 11111000110100000011101010101110 f(R1,K2) = 00111100101010111000011110100011 L3 = R2 = 11001100000000010111011100001001 E(R2) = 111001011000000000000010101110101110100001010011 K3 = 010101011111110010001010010000101100111110011001 E(R2) K3 = 101100000111110010001000111110000010011111001010 S-box outputs 00100111000100001110000101101111 f(R2,K3) = 01001101000101100110111010110000 L4 =R3 = 10100010010111000000101111110100 E(R3) =01010000010000101111100000000101011111111010100 K4 = 011100101010110111010110110110110011010100011101 E(R3) K4 = 001000101110111100101110110111100100101010110100 S-box outputs 00100001111011011001111100111010 f(R3,K4) = 10111011001000110111011101001100 L5 = R4 = 01110111001000100000000001000101 E(R4) = 101110101110100100000100000000000000001000001010 K5 = 011111001110110000000111111010110101001110101000 E(R4) K5 = 110001100000010100000011111010110101000110100010 63 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 64 S-box outputs 01010000110010000011000111101011 f(R4,K5) = 00101000000100111010110111000011 L6 = R5 = 10001010010011111010011000110111 E(R5) = 110001010100001001011111110100001100000110101111 K6 = 011000111010010100111110010100000111101100101111 E(R5) K6 =101001101110011101100001100000001011101010000000 S-box outputs 01000001111100110100110000111101 f(R5,K6) = 10011110010001011100110100101100 L7 = R6 = 11101001011001111100110101101001 E(R6) = 111101010010101100001111111001011010101101010011 K7 = 111011001000010010110111111101100001100010111100 E(R6) K7 = 000110011010111110111000000100111011001111101111 S- box outputs 00010000011101010100000010101101 f(R6,K7) = 10001100000001010001110000100111 L8 = R7 = 00000110010010101011101000010000 E(R7) = 000000001100001001010101010111110100000010100000 K8 = 111101111000101000111010110000010011101111111011 E(R7) K8 = 111101110100100001101111100111100111101101011011 S-box outputs 01101100000110000111110010101110 f(R7,K8) = 00111100000011101000011011111001 L9 = R8 = 11010101011010010100101110010000 E(R8) = 011010101010101101010010101001010111110010100001 K9 = 111000001101101111101011111011011110011110000001 E(R8) K9 = 100010100111000010111001010010001001101100100000 S-box outputs 00010001000011000101011101110111 f(R8,K9) = 00100010001101100111110001101010 L10 = R9 = 00100100011111001100011001111010 E(R9) = 000100001000001111111001011000001100001111110100 K10 = 101100011111001101000111101110100100011001001111 E(R9) K10 = 101000010111000010111110110110101000010110111011 64 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 65 S-box outputs 11011010000001000101001001110101 f(R9,K10) = 01100010101111001001110000100010 L11 = R10 = 10110111110101011101011110110010 E(R10) = 010110101111111010101011111010101111110110100101 K11 = 001000010101111111010011110111101101001110000110 E(R10) K11 = 011110111010000101111000001101000010111000100011 S-box outputs 01110011000001011101000100000001 f(R10,K11) = 11100001000001001111101000000010 L12 = R11 = 11000101011110000011110001111000 E(R11) = 011000001010101111110000000111111000001111110001 K12 = 011101010111000111110101100101000110011111101001 E(R11) K12 = 000101011101101000000101100010111110010000011000 S-box outputs 01110011000001011101000100000001 f(R11,K12) = 11000010011010001100111111101010 L13 = R12 = 01110101101111010001100001011000 E(R12) = 001110101011110111111010100011110000001011110000 K13 = 100101111100010111010001111110101011101001000001 E(R12) K13 = 101011010111100000101011011101011011100010110001 Sbox outputs 10011010110100011000101101001111 f(R12,K13) = 11011101101110110010100100100010 L14 = R13 = 00011000110000110001010101011010 E(R13) = 000011110001011000000110100010101010101011110100 K13 = 010111110100001110110111111100101110011100111010 E(R13) K14 = 010100000101010110110001011110000100110111001110 S-box outputs 01100100011110011001101011110001 f(R13,K14) = 10110111001100011000111001010101 L15 = R14 = 11000010100011001001011000001101 E(R14) = 111000000101010001011001010010101100000001011011 K15 = 101111111001000110001101001111010011111100001010 E(R14) K15 = 010111111100010111010100011101111111111101010001 65 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 66 S-box outputs 10110010111010001000110100111100 f(R14,K15) = 01011011100000010010011101101110 R15 = 01000011010000100011001000110100 E(R15) = 001000000110101000000100000110100100000110101000 K16 = 110010110011110110001011000011100001011111110101 E(R15) K16 = 111010110101011110001111000101000101011001011101 S-box outputs 10100111100000110010010000101001 f(R15,K16) = 11001000110000000100111110011000 R16 = 00001010010011001101100110010101 Cuối áp dụng IP-1 vào L16,R16 ta nhận đƣợc mã hexa là: 85E813540F0AB405 3.4 Xây dựng chƣơng trình thám mã DES Bài toán : Gọi L={ L0, L1, L2…… Ln} tập rõ R={ R0, R1, R2…… Rn} tập mã tƣơng ứng sử dụng thuật tốn mã hóa khối DES với khóa K bí mật Bài tốn thám mã u cầu từ liệu đầu vào thuật toán DES đƣợc công khai cặp rõ mã tƣơng ứng LiRi cần xác định khóa K đƣợc sử dụng để mã hóa Từ tìm đƣợc rõ tƣơng ứng Lm L biết mã Rm R Phân tích : -Xét độ phức tạp tính tốn: thuật tốn DES khơng gian khóa đƣợc sử dụng 56 bit (một số thuật toán cài java sử dụng khơng gian khóa 64 bit) sNhƣ để thám mã với thuật toán DES cần tìm kiếm khơng gian có khơng gian tìm kiếm 256 ( 72057594037927936 giá trị) Có thể nhận thấy khơng gian tìm kiếm khơng lớn so với phát triển hệ tính tốn song song kết hợp hoạt động nhiều máy tính nhƣ Cụ thể Khóa DES bị phá vòng chƣa đầy 24 Đã có nhiều kết phân tích cho thấy điểm yếu mặt lý thuyết mã hóa dẫn đến phá khóa, chúng khơng khả thi thực tiễn DES hệ mật mã điển hình mã hóa khối, thơng qua nghiên cứu DES hiểu thêm tính an tồn việc áp dụng hệ mật mã hóa khối 66 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 67 Trong luận văn nghiên cứu phƣơng pháp thám mã hệ mật mã DES, để tiến hành thám mã khoảng thời gian tối ƣu cần dựa đặc điểm hệ mật mã Qua phân tích thuật tốn ta xây dựng chƣơng trình demo cơng DES nhƣ sau: Giao diện chƣơng trình thám mã DES Hình 3.4 Giao diện chương trình thám mã DES 67 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 68 Bƣớc : Quá trình tạo khóa Hình 3.5 Q trình tạo khóa 68 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 69 Bƣớc 2: Quá trình mã hóa Ta nhập nội dung dung rõ sau mã hóa ta thu đƣợc nội dung mã nhƣ hình 3.3: Hình 3.6 Quá trình mã hóa rõ 69 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 70 Bƣớc 3: Quá trình giải mã Sau mã hóa nội dung rõ thu đƣợc mã, ta tiến hành giải mã thu đƣợc rõ nhƣ hình 3.4: Hình 3.7 Quá trình giải mã nội dung mã 70 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 71 Bƣớc 4: Quá trình thám mã Cơng việc thám mã để tìm rõ ban đầu, để tìm đƣợc rõ ta dùng phƣơng pháp thám mã vét cạn để duyệt qua tất khơng gian khóa hệ mật mã DES Khi gặp khóa q trình phá mã thành cơng, lúc ta thu đƣợc rõ ban đầu Hình 3.8 Q trình thám mã thành cơng 3.5 Kết luận Trong chƣơng chƣơng trình bày sở lý thuyết hệ mật mã DES, khái niệm mã hóa, giải mã, thám mã, Đặc biệt chƣơng đƣa đƣợc phƣơng pháp thám mã DES, độ phức tạp phƣơng pháp Từ vận dụng vào chƣơng để xây dựng chƣơng trình thám mã DES Qua tìm hiểu phƣơng pháp chƣơng ta thấy để thám mã hệ mật mã DES với khơng gian khóa 56 bit có phƣơng pháp vét cạn có khả phá mã cao nhất, lại hai phƣơng pháp: Thám mã vi sai thám mã tuyến tính sở lý thuyết thám mã đƣợc nhƣng thực khó để phá mã thời gian đơn định Vì vậy, chƣơng đề tài sử dụng phƣơng pháp thám mã vét cạn để công hệ mã DES Phƣơng pháp duyệt qua tất khóa, nhiều thời 71 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 72 gian nhƣng khả phá mã thành công cao hai phƣơng pháp lại thời gian đơn định KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu, đề tài đạt đƣợc số kết định Bên cạnh tồn hạn chế số mặt Phần đánh giá lại số kết đồng thời đƣa hƣớng cải tiến để đề tài ngày hoàn thiện Về kết đạt đƣợc Đề tài tập trung nghiên cứu phƣơng pháp thám mã hệ mật mã đối xứng, kết đạt đƣợc nhƣ sau: - Tìm hiểu hệ mã DES: q trình mã hóa, giải mã, độ an tồn DES Từ nghiên cứu phƣơng pháp để thám mã hệ mật mã DES - Đề tài tìm hiểu phƣơng pháp thám mã: phƣơng pháp vét cạn, phƣơng pháp thám mã vi sai, phƣơng pháp thám mã tuyến tính Qua đánh giá, so sánh độ phức tạp phƣơng pháp - Qua nghiên cứu phƣơng pháp thám mã để thám mã đƣợc hệ mã DES, nhìn chung phƣơng pháp thám mã không khả thi Trong phƣơng pháp phƣơng pháp thám mã vét cạn có khả phá mã thành công cao - Xây dựng đƣợc phƣơng pháp thám mã vét cạn, thám mã vi sai để công hệ mã DES Tuy nhiên phƣơng pháp thám mã vi sai phải nạp 247 rõ-bản mã để duyệt nên khả phá mã thời gian đơn định Hƣớng phát triển đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu kết nghiên cứu mở hƣớng phát triển tiếp theo: - Đối với hệ mật mã DES với không gian khóa khơng q lớn phƣơng pháp thám mã vét cạn dùng để công DES không tối ƣu Hạn chế phƣơng pháp phải duyệt tất khóa, mà cơng việc địi hỏi nhiều thời gian nên khả tƣơng lai khơng cịn đƣợc dùng - Trong thời gian tới đề tài tìm hiểu phƣơng pháp khác mà thám mã DES nhanh hiệu 72 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [a] TS Hồ Văn Canh - TS Nguyễn Viết Thế (2010), Nhập môn phân tích thơng tin có bảo mật , Nhà xuất Thông tin truyền thông [b] TS Nguyễn Văn Tảo - Hà Thị Thanh - Nguyễn Lan Oanh, Giáo trình An tồn bảo mật thơng tin, Đại học Công nghệ thông tin & Truyền thông - Đại học Thái Nguyên [c] PGS TS Trịnh Nhật Tiến ( 2008), Giáo trình An tồn liệu, Trƣờng Đại học Cơng Nghệ - ĐHQGHN [d] PGS PTS Nguyễn Bình, Mật mã lý thuyết thực hành, Cục Kỹ thuật – Viện Kỹ thuật Thơng tin [e] Phan Đình Diệu (1999), Lý thuyết mật mã An tồn thơng tin Tiếng Anh [a] Mark Stamp Richard M.Low: “Applied Cryptanalysis”, A John Wiley & Sons INC publication, San Jose state University, San Jose CA 2007 [b] Fauza Mirzan (2000), Blook Ciphersand Cryptanalysis, Department of Mathematics, Royal Holloway University of London [c] D.Bleichenbacher, Chosen ciphertext attacks against protocols based on the RSA encryption standard PKCS #1 [d] D.R.Stinson (Douglas Robert) (1995), Cryptography: Theory and Practive 73 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... NGHệ THÔNG TIN Và TRUYềN THÔNG Lấ HU TH MT S PHƯƠNG PHÁP THÁM MÃ HỆ MẬT MÃ ĐỐI XỨNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÁT TRIỂN HỆ MẬT MÃ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã. .. 1.1.2 Hệ mật mã bất đối xứng Vào năm 1970 Diffie Hellman phát minh hệ mã hóa đƣợc gọi hệ mã hóa bất đối xứng hay hệ mã hóa cơng khai Thuật tốn mã hóa bất đối xứng khác hồn tồn so với thuật tốn mã. .. phƣơng pháp thám mã hệ mật mã đối xứng? ??, chƣơng trình bày thuật ngữ mật mã thám mã, khái niệm thám mã, bƣớc để tiến hành thám mã, đặc biệt chƣơng tập trung trình bày phƣơng pháp thám mã phƣơng pháp