Nghiên cứu mã hóa khóa công khai sử dụng giải thuật di truyền và ứng dụng bỏ phiếu từ xa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - QUÁCH DUY TRƯỜNG NGHIÊN CỨU MÃ HĨA KHĨA CƠNG KHAI SỬ DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VÀ ỨNG DỤNG BỎ PHIẾU TỪ XA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin Mã số ngành: 60480201 TP Hồ Chí Minh, Tháng 11 Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀOTẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - QUÁCH DUY TRƯỜNG NGHIÊN CỨU MÃ HÓA KHÓA CÔNG KHAI SỬ DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VÀ ỨNG DỤNG BỎ PHIẾU TỪ XA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin Mã số ngành: 60480201 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LƯ NHẬT VINH TP Hồ Chí Minh, Tháng 11 Năm 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Lư Nhật Vinh (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) TS Lư Nhật Vinh Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 19 tháng 11 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ tên Chức danh Hội đồng PGS.TS Võ Đình Bảy Chủ tịch PGS.TS Vũ Đức Lung Phản biện TS Văn Thiên Hoàng Phản biện TS Cao Tùng Anh Ủy viên TS Vũ Thanh Hiền Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc PHÒNG QLKH – ĐTSĐH TP.HCM, Ngày 01 tháng 08 năm 2017 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: QUÁCH DUY TRƯỜNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 14-12-1988 Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: Công nghệ thông tin MSHV:1441860036 I.- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU MÃ HĨA KHĨA CƠNG KHAI SỬ DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VÀ ỨNG DỤNG BỎ PHIẾU TỪ XA II.- Nhiệm vụ nội dung: - Nghiên cứu tìm hiểu Giải thuật di truyền - Tìm hiểu thuật tốn trao đổi khóa, mã hóa, giải mã khóa cơng khai - Từ xây dựng chương trình bảo mật bỏ phiếu từ xa III.- Ngày giao nhiệm vụ: 23/01/2016 IV.- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 25/07/2017 V.- Cán hướng dẫn: TS LƯ NHẬT VINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) TS Lư Nhật Vinh KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) Quách Duy Trường ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, toàn thể cán nhân viên, giảng viên trường Đại Học HUTECH, Ban lãnh đạo Phòng Quản Lý Khoa Học Đào Tạo Sau Đại Học, Khoa Công nghệ thông tin tạo điều kiện thuận lợi cho học tập nghiên cứu suốt học trình cao học Xin gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô giảng dạy chương trình Đào tạo thạc sĩ chun ngành Cơng nghệ thơng tin, khóa 2, lớp 14SCT21 - Trường Đại học Công nghệ TPHCM, người truyền đạt cho tơi kiến thức hữu ích để làm sở cho tơi thực tốt luận văn Với lịng kính trọng biết ơn, tơi xin bày tỏ lời cảm ơn đến TS Lư Nhật Vinh tận tình hướng dẫn cho thời gian thực luận văn, thầy hướng dẫn, bảo cho nhiều kinh nghiệm thời gian thực luận văn Sau xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến bạn bè, gia đình, anh chị tập thể lớp 14SCT21 tạo điều kiện tốt cho tơi suốt q trình học thực luận văn Do thời gian có hạn kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên luận văn cịn nhiều thiếu sót, mong nhận ý kiến góp ý Thầy/Cơ anh chị học viên iii TÓM TẮT Mật mã cung cấp dịch vụ khả gửi thông tin thành viên tham gia, phải đảm bảo an tồn ngăn chặn người khác đọc Để bảo vệ nội dung chống lại kẻ cơng, người gửi mã hóa thơng điệp cách sử dụng thuật tốn mã hóa đối xứng bất đối xứng Nhưng người nhận cần phải biết khóa người gửi để giải mã đọc thơng điệp đó, vấn đề ta đạt cách sử dụng giao thức trao đổi khóa Diffie-Hellman giao thức trao đổi khóa giới thiệu, giao thức trao đổi khóa phổ biến Ngày với phát triển vũ bão xã hội nói chung giáo dục nước nhà nói riêng, việc bảo mật đề thi để tránh bị lọt vào tay kẻ xấu để trục lợi đáng quan tâm Với lý chọn đề tài “Nghiên cứu mã hóa khóa cơng khai sử dụng giải thuật di truyền ứng dụng bỏ phiếu từ xa” Nghiên cứu với mục đích bảo mật q trình mã hóa, hoạt động to lớn quan trọng hàng đầu xã hội bỏ phiếu điện tử hóa – nói tới bỏ phiếu từ xa hay bỏ phiếu điện tử iv ABSTRACT Cryptography is the art of mangling information into apparent unintelligibility in a manner allowing a secret method of unmangling The basic service provided by cryptography is the ability to send information between participants in a way that prevents others from reading it In order to protect the content against an opponent, sender encrypts her message using a fast symmetric encryption algorithm But receiver needs to know sender's key for reading her message, one can achieve this by using a key-exchange protocol Diffie Hellman key exchange protocol was introduced for key exchange protocol Nowaday, with the development of society by storm in general and of education in particular country, the security of examination questions to avoid being caught in the wrong hands in order to profit as much concern From all reasons above I would like to choose the topic “Research public key encryption uses Genetic algorithms and construction of remote voting application”.This research with the aim of better privacy during thevotes encryption to ensure safe the votes before the date of publication v MỤC LỤC TÓM TẮT iii ABSTRACT iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VÀ THUẬT TỐN TẠO KHĨA CƠNG KHAI 1.1 Giới Thiệu 1.1.1 Lịch sử phát triển Giải thuật di truyền 1.1.2 Khái niệm giải thuật di truyền 1.1.3 Nhiễm sắc thể .6 1.1.4 Cơ sở toán học giải thuật di truyền: 1.2 Tìm hiểu Giải thuật di truyền .11 1.3 Đặc trưng Giải thuật di truyền 11 1.4 Tìm hiểu thuật tốn tạo khố cơng khai 12 1.4.1 Giới thiệu kỹ thuật mã hóa bất đối xứng thơng dụng: 12 1.4.2 Các loại hình cơng .15 1.5 Mật mã học (Cryptography) 17 1.5.1 Giới thiệu chung: .17 1.5.2 Định nghĩa: .19 1.6 Mã hóa 19 1.6.1 Khái niệm Mã hóa (Encryption) Giải mã (Decryption): 19 1.6.2 Các kỹ thuật mã hóa: 20 1.6.3 Mã hóa bất đối xứng (Mã hóa khóa cơng khai) 21 1.6.4 Bảng so sánh mã hóa khóa cơng khai mã hóa khóa bí mật 23 vi 1.7 Trao đổi khóa .23 1.7.1 Giới thiệu trao đổi khóa Diffie-Hellman .23 1.7.2 Giao thức trao đổi khoá Diffie-Hellman .24 1.7.3 Hạn chế: 25 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MÃ HĨA KHĨA CƠNG KHAI SỬ DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN .26 2.1 Tổng quan 26 2.2 Đánh giá 30 2.3 Phát biểu tốn thuật tốn tạo khóa cơng khai sử dụng giải thuật di truyền 40 2.4 Kết phân tích 36 2.5 Độ phức tạp thuật toán .39 2.6 Các nghiên cứu liên quan 40 2.7 Hạn chế nghiên cứu trước vấn đề tiếp tục nghiên cứu…………………………………………………………………………………………… 411 CHƯƠNG CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 42 3.1 Giao diện 42 3.1.1 Tạo khố cơng khai .422 3.1.2 Mã hoá 42 3.1.3 Giải mã 433 3.2 Các bước thực 43 3.2.1 Quy trình tạo khố cơng khai .423 3.2.2 Quy trình mã hố phiếu bầu 425 3.2.3 Tạo khố cơng khai 42 3.3 Kết Đánh giá ứng dụng 53 PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .555 TÀI LIỆU THAM KHẢO 577 44 Chọn thư mục để lưu khố cơng khai, đặt tên cho khố cơng khai chọn “Save” Tiến hành tạo khố cơng khai:Ấn vào “Tạo Public key” 45 Thơng báo lên: 3.2.2 Quy trình mã hóaphiếu bầu Hình3.5:Quy trình mã hóa phiếu bầu Public key: Ấn “Chọn” để mở thư mụcchứakhố cơng khai lưu phần 3.2.1 Chọn khố cơng khai xong ấn “Open” 46 Kết quả: Phiếu cần mã hóa:Ấn “Chọn” để mở thư mục chứacác phiếu bầucần mã hóa Chọn phiếu bầu cần mã hóa xong ấn “Open” 47 Kết quả: Thư mục lưu phiếu mã hóa: Ấn “Chọn” để mở thư mực 48 Chọn thư mực lưu phiếu bầu mã hóa ấn “OK” Kết quả: Tiến hành mã hóa: Ấn “Mã hóa phiếu bầu” 49 Thơng báo lên: Lúc phiếu bầu mã hóa khơng thể đọc 3.2.3 Quy trình giải mã Hình 3.6: Quy trình giải mã phiếu bầu 50 Phiếu cần giãi mã: Ấn “Chọn” để mở thư mục chứaphiếu bầu mã hóa phần 3.2.2.Chọn phiếu bầu cần giải mã xong ấn “Open” Kết quả: 51 Thư mục lưu phiếu giải mã: Ấn “Chọn” để mở thư mục Chọn thư mực lưu phiếu bầuđược giải mã ấn “OK” Kết quả: 52 Khố bí mật (đã chọn): Điền khố bí mật chọn 3.2.1 Tiến hành giải mã phiếu bầu: Ấn vào “Giải mã phiếu bầu” Thông báo lên: 53 Sau hoàn thành bước giải mã phiếu bầu mã hóa lúc phiếu bầu đọc bình thường 3.3 Kết Đánh giá ứng dụng Kết quả: Ứng dụng chương trình việc bầu cử Đại hội Đảng viên Chi quan Ủy ban nhân dân phường Cầu Kho Quận nhiệm kỳ 2017 – 2020 kết 100% phiếu bầu 40 đảng viên quan mã hóa giải mã thành cơng, với thời gian xử lý nhanh khoảng 03 - 05 54 giây Đảm bảo độ bảo mật thông tin phiếu bầu, góp phần làm cho chương trình Đại hội thành công tốt đẹp Đánh giá ứng dụng: Độ an tồn thơng tin, độ bảo mật thơng tin.Thời gian mã hóa giải mã nhanh Trong xây dựng toán bỏ phiếu từ xa đảm bảo u cầu: bí mật, tồn vẹn, xác thực 55 PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận: Các thuật toán đề xuất thực đơn giản dễ dàng triển khai hệ thống mật mã Q trình tạo khóa cơng khai sử dụng để đảm bảo tính bí mật, kết hợp thực với giúp đỡ chức di truyền để cung cấp gia tăng thêm biện pháp an ninh Luận văn trình bày số lý thuyết số thuật tốn mã hóa liệu bảo tồn tính riêng tư tác giả khác công bố Kết thực nghiệm cho thấy thuật tốn mã hóa giải mã an toàn Điều quan trọng là, cho dù người ngồi lấy phiếu bầu khơng có khóa giải mã khơng thể công phát gốc (bản rõ) Kết đạt được: Nghiên cứu lịch sử phát triển Giải thuật di truyền, chế mã hóa ứng dụng giải thuật di truyền Các khái niệm giải thuật di truyền, nhiễm sắc thể, toán tử lai ghép, giao chéo vòng tròn, đột biến Tổng quan mật mã học, chế mã hóa giải mã Lập bảng biểu so sánh mã hóa khóa bí mật mã hóa khóa cơng khai Tìm hiểu thuật tốn tạo khóa cơng khai, thuận toán RSA,Elgamal … Đã ứng dụng mã hóa khóa cơng khai sử dụng Giải thuật di truyền vào ứng dụng bỏ phiếu từ xa Hướng phát triển: Trong tương lai, tơi có kế hoạch để thay đổi thuật tốn để hỗ trợ mã hóa hình ảnh, thêm nhiều định dạng hỗ trợ tốt ứng dụng bỏ phiếu từ xa Cần phân tích độ phức tạp không gian thời gian chạy chương trình mã hóa/giải mã để hiểu rõ khả áp dụng vào thực tế, cải tiến thời gian khai thác thuật toán khai thác có độ phức tạp tốt 56 Thực nghiệm CSDL lớn có tính thực tế cao hơn.Nghiên cứu phát triển, triển khaiphần mềm Bỏ phiếu từ xa Internet hệ điều hành điện thoại di động để mở rộng liên kết 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Omran, S.S.; Al-Khalid, A.S.; Al-Saady, D M., "A cryptanalytic attack on Vigenère cipher using genetic algorithm," Open Systems (ICOS), 2011 IEEE Conference on, pp.59,64, 25-28 Sept 2011 [2] Goyat, S., “Cryptography Using Genetic Algorithms (GAs)” IOSR Journal of Computer Engineering (IOSRJCE), Volume 1, Issue , June 2012 [3] Delman, B., “Genetic Algorithms in Cryptography.” Master of Science in Computer Engineering, Rochester Institute of Technology, Rochester, New York, July 2004 [4] Som, S.; Chatergee, N.S.; Mandal, J.K., "Key based bit level genetic cryptographic technique (KBGCT)," Information Assurance and Security (IAS), 2011 7th International Conference on , pp.240,245, 5-8 Dec 2011 [5] Swati Mishra, Siddharth Bali ,“Public Key Cryptography Using Genetic Algorithm”.Iternational Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE), Volume 2, Issue , May 2013 [6] Xiao, X.K and Tao, Y.F.,”Utility-Based Anonymization Using Generalization Boundaries to Protect Sensitive Attributes”, Journal of Information Security, Vol.6 No.3, June 15, 2015 [7]Goyat, S., “GENETIC KEY GENERATION FOR PUBLIC KEY CRYPTOGRAPHY.” International Journal of Soft Computing and Engineering (IJSCE), Volume 2, Issue 3, July 2012 [8] Sharma, L.; Pathak, B K.; Sharma, R., “Breaking of Simplified Data Encryption Standard Using Genetic Algorithm ”, Global Journal Of Computer Science And Technology, Volume 12, Issue 5, Version 1.0, March 2012 [9] Khan F U.; Bhatia, S., “A NOVEL APPROACH TO GENETIC ALGORITHM BASED CRYPTOGRAPHY ”, International Journal of Research in Computer Science, Volume 2, Issue 3, pp 7-10, 2012 [10] Bhasin, H.; Bhatia, S., “Application of Genetic Algorithms in Machine learning”, IJCSIT, Volume (5), 2011 [11] Goldberg, D E., Genetic Algorithms in Search, Optimization, and 58 Machine Learning Reading, MA : Addison-Wesley, 1989 Stallings, W., “Cryptography and Network Security : Principles and Practice”, 3rd Edition Prentice Hall Boston Columbus Indianapolis [12] A.Singh and A Nandal,“ Neural Cryptography for Secret Key Exchange and Encryption with AES”, Int Journal of Advanced Research in CS and SE,Vol3(5) , pp376-381,May 2013 [13] https://vi.wikipedia.org/wiki/Thuật_tốn_khóa_ bất_đối_xứng [14] https://vi.wikipedia.org/wiki/Giải_thuật_di_truyền ... Giải mã ‫ﻊﻅ‬   Khóa D Hình 1.7: Quy trình mã hóa khóa cơng khai + Mã hóa đối xứng: Khóa E = Khóa D + Mã hóa bất đối xứng: Khóa E ≠ Khóa D 20 Khóa mã hóa giá trị làm cho thuật tốn mã hóa. .. mật mã hóa khóa cơng khai Bảng 1.1: So sánh Khóa bí mật Khóa cơng khai Mã hóa Khóa bí mật Mã hóa Khóa cơng khai Sử dụng khóa người gửi (cho Sử dụng khóa khác nhau, khóa cơng việc mã hóa) người... cơng khai sử dụng giải thuật di truyền Mã hóa giải mã sử dụng khóa khác gọi khóa bất đối xứng / mã hóa khóa cơng khai Người dùng nhập vào quần thể khóa Sử dụng giải thuật di truyền: Giao chéo vòng