Nghiên cứu một số thuật toán hệ mật mã khoá công khai elgamal và ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG PHẠM THỊ TUYẾT NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TỐN HỆ MẬT MÃ KHỐ CƠNG KHAI ELGAMAL VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG PHẠM THỊ TUYẾT NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN HỆ MẬT MÃ KHỐ CƠNG KHAI ELGAMAL VÀ ỨNG DỤNG Chun ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS NGUYỄN NGỌC CƢƠNG THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “ Nghiên cứu số thuật toán hệ mật mã khố cơng khai ElGamal ứng dụng” cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi tìm hiểu, nghiên cứu dƣới hƣớng dẫn TS Nguyễn Ngọc Cƣơng Các kết hoàn toàn trung thực, toàn nội dung nghiên cứu luận văn, vấn đề đƣợc trình bày tìm hiểu nghiên cứu cá nhân tơi đƣợc trích dẫn từ nguồn tài liệu đƣợc trích dẫn thích đầy đủ TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phạm Thị Tuyết Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Học viên xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô giáo Viện công nghệ thông tin, thầy cô giáo Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin truyền thông - Đại học Thái Nguyên mang lại cho học viên kiến thức vô quý giá bổ ích suốt q trình học tập chƣơng trình cao học trƣờng Đặc biệt học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Nguyễn Ngọc Cƣơng Học viện an ninh định hƣớng khoa học đƣa góp ý, gợi ý, chỉnh sửa quý báu, quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Cuối cùng, học viên xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp, gia đình ngƣời thân quan tâm, giúp đỡ chia sẻ với học viên suốt trình học tập Do thời gian kiến thức có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót định Học viên mong nhận đƣợc góp ý quý báu thầy cô bạn Thái Nguyên, ngày tháng năm 2015 HỌC VIÊN Phạm Thị Tuyết Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ MẬT MÃ 1.1 Lý thuyết toán học 1.1.1 Số nguyên tố, UCLN, BCNN .3 1.1.2 Nhóm, vành, trƣờng, trƣờng hữu hạn 1.1.3 Số học Modulo (phép tính đồng dƣ) 1.1.4 Không gian rời rạc phép lấy Logarit 1.1.5 Định lí Fermat định lí Euler 1.1.6 Hàm phía hàm phía có cửa sập 1.1.7 Định lí Trung Quốc phần dƣ: 1.2 Mật mã 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Những yêu cầu hệ mật mã 1.2.3 Hệ mã hóa RSA 1.2.4 Hệ mã hóa Paillier 1.2.5 Hệ mã hóa ElGamal 10 1.2.6 Hệ mật đƣờng cong Eliptic 10 1.3 Chữ ký điện tử 11 1.3.1 Sơ đồ chữ ký điện tử 11 1.3.2 Chữ ký mù RSA 12 1.3.3 Chữ ký nhóm (Group Signature) 13 1.4 Khái niệm xác thực điện tử 15 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv 1.5 Hàm băm (Hash Function) 16 CHƢƠNG :HỆ MẬT MÃ ELGAMAL CẢI TIẾN VÀ MÃ HÓA ĐỒNG CẤU 17 2.1 Hệ mã hóa ElGamal cải tiến 17 2.1.1 Thuật toán mật mã ElGamal cổ điển 17 2.1.2 Một số thuật toán ElGamal cải tiến [3] .18 2.1.2.1 Thuật toán thứ .18 2.1.2.2 Thuật toán thứ hai .21 2.1.2.3 Thuật toán thứ ba 23 2.2 Hệ mã hóa đồng cấu 26 2.2.1 Khái niệm mã hóa đồng cấu 26 2.2.2 Hệ mã hố Elgamal có tính chất đồng cấu 26 2.2.3 Mơ hình hệ mã hóa đồng cấu ElGamal cho mơ hình bỏ phiếu có/khơng 27 2.3 Sơ đồ chia sẻ bí mật 29 2.3.1 Khái niệm chia sẻ bí mật .29 2.3.2 Giao thức “Chia sẻ bí mật” Shamir 31 2.3.2.1 Khái niệm sơ đồ ngƣỡng A(t, m) 31 2.3.2.2 Chia sẻ khố bí mật K 32 2.3.2.3 Khơi phục khóa bí mật K từ t thành viên 33 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG HỆ MẬT MÃ ELGAMAL TRONG BÀI TỐN BỎ PHIẾU THĂM DỊ TÍN NHIỆM 37 3.1 Hệ thống bỏ phiếu điện tử [5] 37 3.1.1 Khái niệm bỏ phiếu điện tử 37 3.1.2 Yêu cầu hệ thống bỏ phiếu điện tử .38 3.1.3 Những vấn đề cần giải 38 3.1.4.Các thành phần hệ thống bỏ phiếu điện tử 39 3.1.5 Quy trình toán bỏ phiếu điện tử 39 3.2 Ứng dụng hệ mật ElGamal q trình bỏ phiếu thăm dị tín nhiệm 41 3.2.1 Thiết lập 41 3.2.3 Mở phiếu bầu 43 3.3 Xây dựng chƣơng trình thử nghiệm mơ hình bỏ phiếu thăm dị tín nhiệm 44 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn v 3.3.1 Môi trƣờng cài đặt thử nghiệm 44 3.3.2 Phát biểu toán 44 3.3.3 Các đối tƣợng hệ thống 45 3.3.4 Phân tích thiết kế chƣơng trình bỏ phiếu: 45 3.3.5 Các chức 45 3.3.6 Thứ tự thực chƣơng trình 46 3.3.7 Kết thực nghiệm 47 3.4 Phân tích vấn đề bảo mật cần đạt đƣợc 56 3.5 Các tính chất đạt đƣợc 56 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vi MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ mã hóa giải mã Hình 2.1 Sơ đồ bỏ phiếu đồng ý/ không đồng ý 28 Hình 2.2 Sơ đồ ngƣỡng Shamir 32 Hình 3.1 Sơ đồ Quy trình bỏ phiếu điện tử 40 Hình 3.2 Sơ đồ mơ tả bỏ phiếu thăm dị tín nhiệm 41 Hình 3.3 Sơ đồ giai đoạn bỏ phiếu tín nhiệm 42 Hình 3.4 Giao diện chƣơng trình 47 Hình 3.5 Ban tổ chức đăng nhập vào hệ thống 48 Hình 3.6 Thơng báo tạo sở liệu cán thành công 48 Hình 3.7 Bảng danh sách cán sau đƣợc ban tổ chức tạo sở liệu 49 Hình 3.8 Thơng báo tạo sở liệu ban kiểm phiếu thành công 49 Hình 3.9 Cán đăng nhập vào hệ thống 49 Hình 3.10 Quá trình bỏ phiếu 50 Hình 3.11 Cán cập nhật thông tin 50 Hình 3.12 Thơng báo nhắc nhở lựa chọn cán 51 Hình 3.13 Thơng báo xác nhận lựa chọn cán 51 Hình 3.14 Ban kiểm phiếu đăng nhập vào hệ thống 52 Hình 3.14 Mảnh khóa ban kiểm phiếu 52 Hình 3.15 Ban kiểm phiếu cập nhật thông tin 53 Hình 3.16 Thơng báo xác nhận q trình gửi mảnh khóa 53 Hình 3.17 Xác nhận tổng hợp đủ mảnh khóa 54 Hình 3.18 Thơng báo ghép mảnh khóa thành cơng 54 Hình 3.19 Kết bỏ phiếu 55 Hình 3.20 Cơ sở liệu mơ hình bỏ phiếu tín nhiệm 56 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Tính khoa học cấp thiết đề tài Cùng với phát triển cơng nghệ thơng tin, vấn đề an tồn thông tin trở nên cần thiết qui mơ tồn cầu Đảm bảo tính bảo mật, khả xác thực nguồn gốc gói tin q trình truyền tải thơng tin qua mơi trƣờng khơng an tồn nhƣ Internet vấn đề nóng nghiên cứu thực tiễn Để đảm bảo tính bảo mật xác thực ngƣời ta cần phải mã hố, có số thuật tốn mã hố cơng khai tiếng: RSA, ElGamal, Tuy nhiên, hệ mật mã có nhƣợc điểm khơng có chế xác thực thơng tin đƣợc bảo mật (nguồn gốc, tính tồn vẹn) chúng khơng có khả chống lại số dạng cơng giả mạo thực tế Chính nay, ngƣời ta [3] đề xuất số cải tiến hệ mật mã ElGamal Ƣu điểm thuật toán đề xuất chỗ cho phép bảo mật xác thực thông tin cách đồng thời mà mức độ an toàn thuật tốn đề xuất khơng nhỏ mức độ an tồn thuật tốn ElGamal xét theo khả chống thám mã công trực tiếp vào thủ tục mã hóa giải mã Để góp phần nâng cao hiệu phƣơng pháp mã hóa ElGamal Trong luận văn này, học viên đặt mục tiêu nghiên cứu, thử nghiệm thuật tốn mã hóa Elgamal cải tiến tác giả đƣa ra, so sánh hiệu chúng kiểm định thuật toán ứng dụng thực tiễn Đây toán lựa chọn khả giải pháp có việc mã hóa xác thực nhƣ toán bỏ phiếu điện tử cán tiến hành tốn thăm dị tín nhiệm lãnh đạo đơn vị Những toán ln địi hỏi tính bí mật, ví dụ bỏ phiếu điện tử (e-voting), việc đảm bảo tính đắn bảo mật bao gồm việc khơng để lộ danh tính cử tri (ai bỏ phiếu cho ứng viên nào?), tính (mỗi cử tri đảm bảo tối đa lần bỏ phiếu) Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Hệ mật khóa cơng khai ElGamal cải tiến hệ mật mã Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cải tiến dựa thuật tốn có xây dựng chƣơng trình ứng dụng tốn thăm dị dƣ luận mức độ tín nhiệm đơn vị (ở tổng công ty xăng dầu Việt Nam) Hƣớng nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu đề xuất số thuật tốn mật mã khóa cơng khai đƣợc phát triển từ hệ mật ElGamal tác giả cơng bố để xây dựng chƣơng trình ứng dụng tốn bỏ phiếu thăm dị dƣ luận mức độ tín nhiệm - Đánh giá ƣu điểm thuật toán tác giả đề xuất mức độ bảo mật xác thực thông tin cách đồng thời Những nội dung nghiên cứu Luận văn đƣợc trình bày chƣơng, có phần mở đầu, phần kết luận, phần mục lục, phần tài liệu tham khảo Các nội dung luận văn đƣợc trình bày theo cấu trúc sau: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ MẬT MÃ Trong chƣơng tổng trình bày số khái niệm toán học mà hệ mã hoá thƣờng sử dụng nhƣ: mod, số nguyên tố, vành Zn, phép toán cộng, nhân, toán logarrit rời rạc khơng gian Zn Sau đƣa khái niệm mật mã, thuật toán mã hoá, chữ ký số phục vụ cho việc mã hố thơng tin Chương 2: HỆ MẬT MÃ ELGAMAL CẢI TIẾN VÀ MÃ HÓA ĐỒNG CẤU Tập trung nghiên cứu số thuật toán mật mã ElGamal cải tiến, tính chất đồng cấu hệ mật ElGamal sơ đồ chia sẻ bí mật theo ngƣỡng Shamir Chương 3: ỨNG DỤNG HỆ MẬT MÃ ELGAMAL TRONG BÀI TỐN BỎ PHIẾU THĂM DỊ TÍN NHIỆM Cài đặt thử nghiệm thuật toán hệ mật ElGamal cải tiến kỹ thuật chia sẻ khóa bí mật Shamir Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 45 chƣơng trình phải đảm bảo an tồn, trung thực đáp ứng đƣợc tính chất bỏ phiếu tín nhiệm: tính bí mật, tính tồn vẹn, u cầu xác thực phiếu 3.3.3 Các đối tƣợng hệ thống (1) Ban tổ chức: Hệ thống có trách nhiệm tạo, lƣu trữ khóa riêng cơng bố khóa cơng khai Tất bên phải tin tƣởng vào hệ thống (2) Cán bộ: Họ ngƣời có quyền tham gia bỏ phiếu (3) Ban kiểm phiếu: Có trách nhiệm tổng hợp cơng bố kết kết thúc bỏ phiếu 3.3.4 Phân tích thiết kế chƣơng trình bỏ phiếu: Phân tích chƣơng trình: - Nhập danh sách cán tham gia bỏ phiếu thông tin cá nhân cán - Cung cấp thẻ cán cho nhân viên đƣợc tham gia bỏ phiếu - Kiểm tra thẻ trƣớc cán bỏ phiếu - Kiểm phiếu niêm yết kết Thiết kế chƣơng trình: - Bảng lƣu giữ thông tin cán bộ: Xác định danh sách cán tham gia bỏ phiếu - Bảng xác định cán tham gia bỏ phiếu hay chƣa, cán đƣợc bỏ phiếu lần, bảng nhằm xác định cán chƣa bỏ phiếu cán bỏ phiếu - Bảng lƣu nội dung phiếu cán bộ: Nội dung phiếu đƣợc cán mã hóa đƣợc lƣu bảng 3.3.5 Các chức - Nhập vào thơng tin cán bao gồm thông tin định danh, hệ thống mã hoá định danh xác nhận tính hợp lệ cán - Sử dụng hệ mã hóa ElGamal cải tiến để tạo khóa: Là trình sinh ngẫu nhiên khóa cơng khai khóa riêng cho toàn cán Mỗi cán khóa khác Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 46 - Sử dụng sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir tạo khóa cho ban kiểm phiếu - Cán đăng nhập bỏ phiếu - Mã hóa nội dung phiếu khóa cán - Giải mã phiếu: Hệ thống nhận đƣợc văn mã, sử dụng khóa riêng để giải mã, sau thu đƣợc văn gốc - Thống kê đƣa kết bỏ phiếu Trên thực tế, để thiết kế đƣợc chƣơng trình hồn chỉnh, ngồi modul mã hóa cịn nhiều modul hỗ trợ khác nhƣ: xác thực quyền bỏ phiếu cán bộ, phân bổ khóa, xác định tính hợp lệ phiếu, Tuy nhiên, giới hạn mặt thời gian nghiên cứu nên luận văn tập trung vào việc sử dụng thuật toán ElGamal cải tiến sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir bỏ phiếu thăm dị mức độ tín nhiệm đơn vị 3.3.6 Thứ tự thực chƣơng trình Xét bỏ phiếu thăm dị tín nhiệm, có ba phƣơng án đƣợc đƣa ra: Tín nhiệm cao, Tín nhiệm, Tín nhiệm thấp Hệ thống thiết kế thứ tự thực chƣơng trình nhƣ sau: (1) Ban tổ chức (Admin) Sau ban tổ chức đăng nhập, hệ thống tự sinh số nguyên tố trƣờng hữu hạn Fp, với p đƣợc lấy ngẫu nhiên gồm 10.000 số nguyên tố lớn 1.000.000 sở liệu điểm sinh g Z *p Khóa bí mật x ban tổ chức đƣợc lấy ngẫu nhiên đoạn [1, p-1], hệ thống đƣa khóa cơng khai y Sau tạo sở liệu cho cử tri khóa bí mật đƣợc lƣu nơi an tồn Tiếp đó, ban tổ chức đƣa phƣơng án lựa chọn khác Cuối cùng, hệ thống sử dụng sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir tạo khóa cho ban kiểm phiếu: Danh sách sở liệu có ngƣời ban kiểm phiếu hệ thống tự động chia thành mảnh khóa Ví dụ, danh sách ban kiểm phiếu có ngƣời hệ thống tự động sinh mảnh khóa, phát cho thành viên (2) Cán bộ: Cán tiến hành đăng nhập vào hệ thống Khi cán login, hệ thống kiểm tra sở liệu xem có tồn tài khoản khơng Nếu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 47 có, hệ thống chuyển sang giao diện Nếu không, hệ thống báo lỗi đăng nhập Tiếp theo cán lựa chọn phƣơng án mà muốn bỏ phiếu, submit vào hệ thống gửi đến trạm bỏ phiếu (3) Sau kết thúc bỏ phiếu, ban kiểm phiếu đăng nhập họ gửi mảnh khoá mà họ giữ lên hệ thống Khi mảnh khoá đƣợc tổng hợp đủ, hệ thống ghép mảnh khóa lại để khơi phục khóa bí mật, hệ thống sử dụng khoá mật để giải mã phiếu cán thống kê kết cuối Tuy nhiên giới hạn luận văn mơ hình bỏ phiếu tín nhiệm mức độ đơn giản nhƣng theo ý 3.3.7 Kết thực nghiệm Chƣơng trình bỏ phiếu lấy ý kiến mức độ tín nhiệm tổng cơng ty xăng dầu Việt Nam với chức là: Ban tổ chức tạo sở liệu cho cán ban kiểm phiếu, cán bỏ phiếu ban kiểm phiếu thực kiểm phiếu tính kết bỏ phiếu Giao diện chƣơng trình: Hình 3.4 Giao diện chƣơng trình a, Đối với ban tổ chức Ban tổ đăng nhập vào hệ thống: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 48 Hình 3.5 Ban tổ chức đăng nhập vào hệ thống Nếu sai tên đăng nhập mật khẩu, hệ thống báo lỗi Nếu hệ thống thông báo đăng nhập thành cơng Ở đây, Ban tổ chức có quyền đƣợc phân chia: sinh khố cho tồn cán có sở liệu, chia sẻ khoá cho ban kiểm phiếu sửa đổi khoá cho cán Khi ban tổ chức chọn nút “Tạo liệu cho cán bộ”, hệ thống tự động sinh khóa cho tồn cán có sở liệu, cán tham số khác để tăng tính bảo mật Hình 3.6 Thơng báo tạo sở liệu cán thành cơng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 49 Hình 3.7 Bảng danh sách cán sau đƣợc ban tổ chức tạo sở liệu Khi ban tổ chức chọn nút “Tạo liệu cho ban kiểm phiếu”, hệ thống sử dụng sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir tạo khóa cho ban kiểm phiếu, danh sách sở liệu có ngƣời hệ thống tự động chia thành mảnh khóa Ở ban kiểm phiếu có thành viên, hệ thống chia làm mảnh khóa cấp cho ngƣời mảnh: Hình 3.8 Thơng báo tạo sở liệu ban kiểm phiếu thành công b) Đối với cán Cán đăng nhập vào hệ thống để bỏ phiếu Yêu cầu cán có tài khoản danh sách cán hệ thống sở liệu trung tâm đƣợc tham gia bỏ phiếu: Hình 3.9 Cán đăng nhập vào hệ thống Nếu tên đăng nhập mật sai hệ thống báo “Bạn chƣa đăng nhập đúng” Nếu “Bạn đăng nhập thành công” Tiếp theo, hệ thống hiển thị giao diện thông tin cán Cửa sổ đƣợc chia làm hai phần: Phần bên trái chứa thông tin cán bộ, phần bên phải phƣơng án bỏ phiếu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 50 Hình 3.10 Quá trình bỏ phiếu Khi cán vào chức sửa thông tin cá nhân mình: Hình 3.11 Cán cập nhật thơng tin Cán chỉnh sửa thơng tin cá nhân có sai sót Sau nhấp chuột vào nút “CẬP NHẬT”, hệ thống tự động cập nhật thông tin mà cán vừa thay đổi vào sở liệu hệ thống Cuối cùng, cán lựa chọn phƣơng án mà muốn bỏ phiếu sau ghi nhận việc nhấn vào nút “BỎ PHIẾU”, hệ thống đƣa thông báo xác nhận “Bạn chắn với phương án lựa chọn chưa?” Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 51 Hình 3.12 Thơng báo nhắc nhở lựa chọn cán Nếu chƣa nhấn vào nút “No” hệ thống đƣa cán giao diện bỏ phiếu Nếu chắn với phƣơng án lựa chọn nhấn vào nút “Yes” hệ thống đƣa thơng báo xác nhận lại phƣơng án mà cán lựa chọn Hình 3.13 Thơng báo xác nhận lựa chọn cán Hệ thống đƣa thông báo bỏ phiếu thành công tự đăng xuất tài khoản cán sau cập nhật phƣơng án lựa chọn vào sở liệu hệ thống c) Ban kiểm phiếu thực kiểm phiếu tính kết Sau cán hoàn thành việc bỏ phiếu, nhiệm vụ ban kiểm phiếu tiến hành giải mã phiếu để kiểm phiếu Việc giải mã phiếu đƣợc thực cách ghép mảnh khóa thành viên ban kiểm phiếu lại sau thực giải mã phiếu Nếu thiếu mảnh khóa thành viên ban kiểm phiếu việc kiểm phiếu khơng thực đƣợc Vì việc kiểm phiếu đƣợc thực tất thành viên ban kiểm phiếu đăng nhập vào hệ thống bỏ phiếu gửi mảnh khóa mà giữ Ban kiểm phiếu đăng nhập vào hệ thống bỏ phiếu: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 52 Hình 3.14 Ban kiểm phiếu đăng nhập vào hệ thống Hệ thống thông báo “Bạn chưa đăng nhập đúng” thành viên ban kiểm phiếu đăng nhập với TÊN ĐĂNG NHẬP MẬT KHẨU sai, ban kiểm phiếu phải đăng nhập lại Ngƣợc lại, hệ thống thông báo “Bạn đăng nhập thành công với vai trò ban kiểm phiếu” Khi ban kiểm phiếu đăng nhập thành cơng, hình hiển thị khóa mà ngƣời thuộc ban kiểm phiếu giữ Hình 3.14 Mảnh khóa ban kiểm phiếu Cũng nhƣ cán bộ, ban kiểm phiếu xem sửa đổi thơng tin cá nhân Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 53 Hình 3.15 Ban kiểm phiếu cập nhật thơng tin Ban kiểm phiếu thay đổi mật sau nhấn nút “Cập nhật” để ghi nhận trình sửa đổi Hệ thống đƣa thông báo cập nhật thành công: Hoặc không muốn thay đổi cán chọn nút “Thoát” để đăng xuất khỏi hệ thống Từng thành viên ban kiểm phiếu phải thực công việc quan trọng gửi mảnh khóa mà giữ tới sở liệu hệ thống cách nhấn nút “Gửi khóa”, hệ thống đƣa thơng báo xác nhận cán chắn muốn gửi khóa chƣa: Hình 3.16 Thơng báo xác nhận q trình gửi mảnh khóa Nếu khơng đồng ý gửi mảnh khóa nhấn nút “No”, ngƣợc lại chắn với phƣơng án lựa chọn nhấn nút “Yes”, hệ thống hiển thị thơng báo “Đã submit khóa thành cơng” Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 54 Tất thành viên ban kiểm phiếu đồng ý gửi mảnh khóa mà giữ tiến hành kiểm phiếu cách nháy chuột vào nút “Kiểm phiếu”, hệ thống đƣa thông báo “Đã tổng hợp đủ mảnh khóa nhấn OK để ghép mảnh khóa”, Hình 3.17 Xác nhận tổng hợp đủ mảnh khóa Tiếp tục nhấn “OK” hệ thống đƣa thông báo xác nhận “Các mảnh khóa khớp nhấn OK để kiểm phiếu”, lúc hệ thống tự động ghép mảnh khóa lại thành khóa bí mật để giải mã Nhƣ vậy, nhờ áp dụng giao thức chia sẻ bí mật Shamir hệ thống bỏ phiếu phịng tránh đƣợc tốn “Thành viên ban kiểm phiếu thơng gian sửa đổi nội dung phiếu” Hình 3.18 Thơng báo ghép mảnh khóa thành cơng Sau nhấn “OK” hệ thống đƣa kết bỏ phiếu nhƣ sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 55 Hình 3.19 Kết bỏ phiếu Ban kiểm phiếu cơng bố tất phiếu kín đƣợc chấp nhận Mỗi cán phải kiểm tra xem phiếu đƣợc cơng bố chƣa Bất kì kiểm tra tính hợp lý phiếu kín xem tổng số phiếu kín có tổng số đăng kí hay khơng để ngăn chặn ban kiểm phiếu bỏ thêm phiếu kín vào Trên sở liệu: bảng CanBo đƣợc cơng khai, có hiển thị lựa chọn cán cột “Chon” nhiên nhìn vào cán khơng thể chứng minh cho ngƣời khác biết đƣợc lựa chọn phƣơng án lựa chọn bị mã hóa thuật tốn ElGamal cải tiến Nhƣ giải đƣợc toán chống mua bán phiếu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 56 Hình 3.20 Cơ sở liệu mơ hình bỏ phiếu tín nhiệm Kết thực nghiệm chƣơng trình thu đƣợc: Bảng thống kê đƣa đƣợc số phiếu bầu cho phƣơng án phƣơng án đƣợc lựa chọn nhiều Và hết kết bỏ phiếu đảm bảo đƣợc tính chất: tính bí mật phiếu, tính tồn vẹn phiếu yêu cầu xác thực phiếu 3.4 Phân tích vấn đề bảo mật cần đạt đƣợc An ninh: An ninh yêu cầu hàng đầu thiết kế hệ thống, phải đƣợc trọng toàn diện từ an ninh hệ thống hoàn chỉnh an ninh phiếu việc lƣu trữ phiếu sở liệu Độ tin cậy: Ứng dụng phải có chế xác minh phiếu chúng đƣợc “bỏ” phải đảm bảo khơng có can thiệp hay thay đổi xảy phiếu bỏ Tính linh hoạt thực tiễn cao: Hệ thống phải có khả làm việc nhiều ngày suốt kỳ bỏ phiếu 3.5 Các tính chất đạt đƣợc Tính tồn vẹn: Khi bảng thơng báo đƣợc đƣa cơng khai, khơng thể có phiếu đƣợc mã hóa mà bị xóa khỏi bảng, ngƣời chứng minh đƣợc tính hợp lệ phiếu Vì khơng có phiếu đƣợc mã hóa hợp lệ mà bị xử lý sai Tính bí mật: Bảo đảm tính bí mật phiếu riêng lẻ đƣợc đảm bảo an tồn hệ thống chia sẻ bí mật Bất kỳ nhóm t ngƣời kiểm phiếu khơng giải mã đƣợc phiếu Tính hợp pháp: Mỗi cán có đƣợc định danh Định danh không hợp lý trùng bị loại Lá phiếu không hợp lệ không đƣợc tính Tính xác minh phổ thơng: ngƣời kiểm tra phần chứng minh tính hợp lệ phiếu, tính tích phiếu hợp lệ xác minh tính đắn việc giải mã cách kiểm việc sử dụng khóa bí mật ban tổ chức Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 57 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Các kết đạt đƣợc a Nghiên cứu tài liệu để trình bày vấn đề sau: - Trình bày tổng quan hệ mật mã - Giới thiệu số thuật tốn mã hóa ElGamal cải tiến, mã hóa đồng cấu, chia sẻ bí mật, … b Thử nghiệm mơ hình bỏ phiếu tín nhiệm tổng công ty xăng dầu Việt Nam sử dụng thuật toán ElGamal cải tiến sơ đồ chia sẻ bí mật Shamir: Cài đặt chƣơng trình thuật tốn mã hóa phiếu sử dụng hệ mật mã ElGamal cải tiến thứ khóa cán Mỗi cán khóa khác Những hƣớng nghiên cứu tiếp theo: Nghiên cứu mơ hình bỏ phiếu, kiểm thử ứng dụng phạm vi địa phƣơng cải thiện chất lƣợng công cụ Tối ƣu hóa hệ thống, cải thiện tốc độ xử lý liệu mơ hình Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phan Đình Diệu (2011), “Lý thuyết mật mã An tồn thơng tin”, NXB Đại học quốc gia Hà Nội [2] PGS.TS Trịnh Nhật Tiến (2008), Giáo trình An tồn liệu, NXB Đại học Quốc Gia [3] Lƣu Hồng Dũng, Ngô Đăng Tiến, Trần Trung Dũng, Vũ Tất Thắng (2012), Phát triển số thuật toán mật mã khóa cơng khai, Hội thảo @ lần thứ XV, trang 367-373 [4] Trịnh Nhật Tiến, Trƣơng Thị Thu Hiền (2010), Mã hóa đồng cấu ứng dụng, Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên Cơng nghệ 26, trang 44- 48 [5] PGS.TS Trịnh Nhật Tiến, ThS Trƣơng Thị Thu Hiền, Về quy trình bỏ phiếu từ xa, Trƣờng Đại học công nghệ - ĐHQGHN Tiếng Anh [6] Andrea Huszti, “A homomorphic encryption-based secure electronic voting scheme”, 2011 [7] Basso, A., F Bergadano, I Coradazzi and P D Checco (2004), “Lightweight security for internet polls”, in: EGCDMAS [8 Cyber Vote, Report on Review of Cryptographic Protocols and Security Techniques for Electronic Voting, 2002 [9] Craig Gentry and Shai Halevi (2011), “Implementing Gentry’s fullyhomomorphic encryption scheme”, In EUROCRYPT [10] D.Stinson (2002), Cryptography Theory and Practice 2nd ed Chapman & Hall/CRC [11] Kristin Lauter, Michael Naehrig, and Vinod Vaikuntanathan, “Can Homomorphic Encryption be Practical?”, ACM, 2011 [12] R.L Rivest, A Shamir, and L.M Adleman (1978), “A Method for Obtaining Digital Signatures and Public key Cryptosystems”/ Communication of the ACM, Vol 21, No.2, pp 120-126 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 59 [13] T ElGamal (1985), A public key cryptosystem and a signature scheme based on discrete logarithms IEEE Transactions on Information Theory, Vol IT-31, No pp 469–472 [ ] Zuzana Rjaskova ( 0 ) , E l e c t r o n i c V o t i n g S c h e m e s Department of Computer ScienceFaculty of Mathematics, Physics and Informatics Comenius University, Bratislava Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... đƣa khái niệm mật mã, thuật toán mã hoá, chữ ký số phục vụ cho việc mã hố thơng tin Chương 2: HỆ MẬT MÃ ELGAMAL CẢI TIẾN VÀ MÃ HÓA ĐỒNG CẤU Tập trung nghiên cứu số thuật tốn mật mã ElGamal cải... NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG PHẠM THỊ TUYẾT NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TỐN HỆ MẬT MÃ KHỐ CƠNG KHAI ELGAMAL VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 01 LUẬN... vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Hệ mật khóa cơng khai ElGamal cải tiến hệ mật mã Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cải tiến dựa thuật