Tìm hiểu một số phương pháp mã hóa bằng chữ ký số và cài đặt thử nghiệm

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THƠNG TIN ĐỒNG THỊ THỎA TÌM HIỂU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP MÃ HÓA BẰNG CHỮ KÝ SỐ VÀ CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Sƣ phạm Tin học HÀ NỘI, 2019 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒNG THỊ THỎA TÌM HIỂU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP MÃ HÓA BẰNG CHỮ KÝ SỐ VÀ CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Sƣ phạm Tin học Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS Đỗ Thị Lan Anh HÀ NỘI, 2019 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn ThS Đỗ Thị Lan Anh, giảng viên Viện Công Nghệ Thông tin – Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn em suốt thời gian qua để em hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Viện Công Nghệ Thông tin bạn lớp k41- Sƣ phạm Tin học tạo điều kiện, động viên khích lệ em suốt trình học tập nghiên cứu Do thời gian nghiên cứu hạn chế nên vấn đề mà em trình bày khóa luận khơng tránh khỏi thiếu sót Em kính mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ thầy bạn để khóa luận em đƣợc hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả Đồng Thị Thỏa LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan khóa luận đƣợc hoàn thành cố gắng, nỗ lực thân, dƣới hƣớng dẫn tận tình ThS Đỗ Thị Lan Anh tham khảo số tài liệu đƣợc ghi rõ nguồn Khóa luận hồn tồn khơng chép từ tài liệu có sẵn Kết nghiên cứu không trùng lặp với tác giả khác Nếu sai, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm! Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả Đồng Thị Thỏa MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN VÀ BẢO MẬT THÔNG TIN 1.1 Giới thiệu an tồn bảo mật thơng tin 1.1.1 Lý cần đảm bảo an tồn bảo mật thơng tin 1.1.2 Khái niệm an toàn bảo mật thông tin 1.1.3 Nội dung an toàn bảo mật thông tin 1.1.4 Các chiến lƣợc bảo vệ an toàn cho hệ thống 1.2 Vai trò an tồn bảo mật thơng tin 1.3 Một số phƣơng pháp mã hóa liệu 1.3.1 Hệ mã hóa 1.3.2 Tiêu chuẩn đánh giá hệ mật mã 11 1.3.3 Phân loại hệ mã hóa 12 1.4 Các hệ mã hóa khóa bí mật 13 1.5 Các hệ mã hóa khóa cơng khai 20 1.5.1 Hệ mã hóa RSA 20 1.5.2 Hệ mã hóa Elgamal 21 CHƢƠNG 2: CHỮ KÝ SỐ 24 2.1 Tổng quan chữ ký số 24 2.1.1 Giới thiệu 24 2.1.2 Khái niệm 25 2.1.3 Phân loại chữ ký số 25 2.1.4 Sơ đồ chữ ký số 26 2.2 Hàm băm 27 2.2.1 Khái niệm hàm băm 27 2.2.2 Đặc tính hàm băm 27 2.2.3 Ứng dụng hàm băm 27 2.2.4 Các tính chất hàm băm 28 2.2.5 Một số hàm băm thông dụng 29 2.3 Một số phƣơng pháp mã hóa chữ ký số 32 2.3.1 Mã hóa chữ ký RSA 32 2.3.2 Mã hóa chữ ký Elgamal 34 2.3.3 Chữ ký mù theo Sơ đồ chữ ký RSA 36 CHƢƠNG 3: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM 38 3.1 Phát biểu toán 38 3.2 Yêu cầu toán 38 3.3 Giao diện chƣơng trình 38 3.4 Đánh giá kết chƣơng trình 41 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT CSDL Cơ sở liệu CNTT Công nghệ thông tin RSA UCLN Hệ thống mã chứng thực Ron Rivest, Adi Shamir, Leonard Adleman đề xuất Ƣớc chung lớn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Giải thuật MD5 31 Hình 3.1: Giao diện chƣơng trình 38 Hình 3.2: Giao diện trình tạo khóa 39 Hình 3.3: Giao diện trình làm mù báo cáo 39 Hình 3.4: Giao diện trình ký 40 Hình 3.5: Giao diện trình lấy lại chữ ký 40 Hình 3.6: Giao diện trình lấy lại rõ 41 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Với bùng nổ mạng Internet nay, mạng máy tính ngày đóng vai trị thiết yếu lĩnh vực hoạt động tồn xã hội trở thành phƣơng tiện điều hành hệ thống nhu cầu bảo mật thông tin đƣợc đặt lên hàng đầu Việc sử dụng chữ ký số giải pháp hữu hiệu, ngày đƣợc ứng dụng nhiều thực tế, không giới hạn ngành công nghệ thông tin, mật mã học mà đƣợc áp dụng nhiều lĩnh vực khác nhƣ ngân hàng, viễn thông,… Đƣợc đồng ý ThS Đỗ Thị Lan Anh, em chọn đề tài “Tìm hiểu số phương pháp mã hóa chữ ký số cài đặt thử nghiệm” để làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu Từ việc tìm hiểu số phƣơng pháp mã hóa chữ ký số để xây dựng mơ kĩ thuật mã hóa chữ ký số mù theo sơ đồ chữ ký RSA Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu an tồn bảo mật thơng tin - Tìm hiểu số phƣơng pháp mã hóa chữ ký số - Cài đặt kỹ thuật mã hóa chữ ký số mù theo sơ đồ chữ ký RSA Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Một số vấn đề an tồn bảo mật thơng tin - Phƣơng pháp mã hóa chữ ký số Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Phần nghiên cứu lí thuyết cung cấp cách nhìn tổng quan vấn đề an tồn bảo mật thơng tin - Việc cài đặt thử nghiệm phƣơng pháp mã hóa chữ ký số giúp cho việc đảm bảo an tồn liệu q trình gửi nhận tin Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp nghiên cứu lí thuyết: Phân tích, tổng hợp, tìm hiểu tài liệu cho phù hợp với nội dung đề tài - Phƣơng pháp thực nghiệm: Xây dựng chƣơng trình mơ kĩ thuật mã hóa chữ ký số mù theo sơ đồ chữ ký RSA Cấu trúc khóa luận Ngồi phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phục lục khóa luận bao gồm chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan an toàn bảo mật thông tin Chƣơng 2: Chữ ký số Chƣơng 3: Cài đặt chƣơng trình thử nghiệm Để tránh đƣợc kiểu công này, hàm băm h phải thỏa mãn tính chất chiều 2.2.5 Một số hàm băm thơng dụng Các hàm băm dòng MD (MD2, MD4, MD5) DO ro Rivest đề xuất Giá trị băm theo thuật tốn có độ dài cố định 128 bit Sau đó, hàm băm an tồn SHA đƣợc cơng bố vào năm 1992 đƣợc đạt tiêu chuẩn vào năm 1993 Hàm băm SHA phức tạp so với hàm băm dòng MD Giá trị băm theo thuật tốn có độ dài cố định 160 bit a, Hàm băm MD4 MD4 (Message-Digest thuật toán 4) thơng điệp tiêu hóa thuật tốn (thứ tƣ loạt a) đƣợc thiết kế Giáo sƣ Ronald Rivest MIT vào năm 1990 Nó thực hàm băm mật mã để sử dụng kiểm tra tính tồn vẹn thơng điệp Chiều dài giá trị băm 128 bit Thuật toán MD4 nhận liệu đầu vào chuỗi bit x có chiều dài b>= tùy ý sinh mã băm x có chiều dài cố định 128 bit Trƣớc tiên chuỗi bit x đƣợc định dạng lại cách thêm r > bit phụ thuộc vào x cho chiều dài chuỗi bit b’ = b + r bội số 512 Sau chia chuỗi bit thành m khối, khối có độ dài 512 bit Mỗi khối bit lại chia thành 16 từ, từ có 32 bit Thuật toán MD4 xử lý dãy m khối m lƣợt tính tốn Dữ liệu đầu vào lƣợt tính tốn thứ k (1 a= * Mục đích có chữ ký RSA m =2 Theo ví dụ trên, giá trị y = (mod n) = (mod 15) =  Các bƣớc thực hiện: Người nhận chữ ký: Làm “mù” thông điệp m = Phần tử “làm mù” đƣợc chọn r = 36 Giá trị “mù” m z = m (mod n) = (mod 15) = Người ký: Tạo chữ ký z, (hay chữ ký “mù” m) y -mu = Sig (z) = (mod n) = (mod 15) = Người nhận chữ ký: Xoá mù chữ ký y-mu Nhận đƣợc chữ ký m y = (mod n) = UnBlind (y-mu) = y-mu / r =2 / 4(mod 15) = 37 CHƢƠNG 3: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM 3.1 Phát biểu toán Bài toán giúp đảm bảo độ an toàn tin cậy cho hệ mật trình mã hóa giải mã văn Mục tiêu tốn muốn ngƣời nhận văn đƣợc nội dung văn ngƣời gửi Khi đó, ngƣời nhận ký xác thực lên văn nhận đƣợc sau gửi lại cho ngƣời gửi ban đầu Ngƣời gửi sau nhận lại đƣợc văn thực xóa mù chữ ký để xác thực xem có thay đổi hay sai sót q trình truyền liệu hay khơng 3.2 u cầu tốn Mục đích: Xây dựng chƣơng trình minh họa chữ ký mù sơ đồ chữ ký RSA Yêu cầu cấu hình hệ thống: - Phần cứng: RAM tốc độ Gb trở lên - Phần mềm: Hệ điều hành Windows Môi trƣờng thử nghiệm: Microsoft.NET Framework 4.5 Ngơn ngữ lập trình C++ Microsoft Visual Studio 2013 3.3 Giao diện chƣơng trình a) Giao diện chƣơng trình Hình 3.1: Giao diện chƣơng trình 38 b) Tạo khóa Nhấn vào hộp thoại “Taokhoa” để bắt đầu q trình tạo khóa Hình 3.2: Giao diện q trình tạo khóa c) Làm mù báo cáo Nhấn vào hộp thoại “LamMuBC” để tiến hành làm mù thông điệp Chƣơng trình tiến hành định dạng file nào: file văn (.doc), file hình ảnh (jpg, jpeg,…) Do ta nhập file vào hộp thoại lựa chọn rõ Nhấn vào nút “Lam mu bao cao” để tiến hành làm mù Hình 3.3: Giao diện trình làm mù báo cáo 39 d) Ký Nhấn vào hộp thoại “Ky” để tiến hành ký mù Hình 3.4: Giao diện trình ký e) Lấy lại chữ ký Nhấn vào hộp thoại “LaylaiCK” thực thao tác để lấy lại chữ ký Hình 3.5: Giao diện trình lấy lại chữ ký 40 f) Lấy lại rõ Ta lấy lại đƣợc rõ từ chữ ký cách kích vào hộp thoại “Lay lai ban ro” Hình 3.6: Giao diện trình lấy lại rõ 3.4 Đánh giá kết chƣơng trình Ưu điểm: - Chƣơng trình mơ hình hóa đƣợc phƣơng pháp mã hóa chữ ký số dựa sơ đồ chữ ký RSA - Chƣơng trình truyền đạt nội dung thuật tốn - Chƣơng trình dễ hiểu, giao diện thân thiện, sử dụng ngơn ngữ lập trình tiên tiến Hạn chế: - Chƣơng trình chƣa đƣợc thử nghiệm đƣờng truyền mạng 41 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Kết đạt đƣợc Nhu cầu bảo mật thông tin đƣợc đặt lên hàng đầu trở thành vấn đề nóng đặc biệt hầu hết hoạt động trao đổi thông tin ngƣời đƣợc thực thông qua mạng truyền thông công cộng nhƣ Internet Nắm bắt đƣợc tình hình trên, em chọn đề tài “Tìm hiểu số phƣơng pháp mã hóa chữ ký số cài đặt thử nghiệm” nghiên cứu, tìm hiểu nội dung sau: Tìm hiểu số vấn đề an tồn bảo mật thơng tin: Tìm hiểu nội dung an tồn bảo mật thơng tin; Vấn đề mã hóa liệu, hệ mã hóa liệu ứng dụng Nghiên cứu, tìm hiểu số phƣơng pháp mã hóa: Hệ mã hóa khóa bí mật, hệ mã hóa khóa cơng khai, hệ mã hóa cổ điển, hệ mã hóa dịch chuyển, hệ mã hóa hốn vị cục bộ, hệ mã hóa Hill, hệ mã hóa thay thế, hệ mã hóa Affine, hệ mã hóa Vigenere, hệ mã hóa RSA, hệ mã hóa Elgamal,… Cài đặt thử nghiệm thuật toán chữ ký số mù RSA Hƣớng phát triển luận văn - Nghiên cứu thêm phƣơng pháp mã hóa đƣa vào thực tế nhằm làm tăng thêm độ an toàn tin cậy cho hệ mật - Phát triển chƣơng trình nhiều ngƣời sử dụng - Nghiên cứu phát triển ứng dụng phƣơng pháp mã hóa chữ ký số 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] PGS.TS Trịnh Nhật Tiến (2008), “Giáo trình An tồn liệu”, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội [2] Nguyễn Hữu Tn (2008), “Giáo trình An tồn bảo mật thông tin”, Trƣờng Đại học Hàng Hải [3] Hà Thị Thanh, Nguyễn Văn Tảo, Nguyễn Lan Oanh Giáo trình An tồn thơng tin, Đại học Cơng nghệ Thơng tin Truyền thông, Đại học Thái Nguyên, 2008 [4] Lƣơng Văn Quyên (2013), “Nghiên cứu khả ứng dụng hệ mật toán logarit rời rạc chữ ký số”, luận văn thạc sĩ, Học viện Công nghệ bƣu viễn thơng [5] Phạm Văn Việt – Trƣơng Lập Vĩ Ngơn ngữ lập trình C# Tiếng Anh [6] A.J Menezes, P.C Van Oorschot, S.A Vanstone Handbook of Applied Cryptography, CRC Press, 1997 [7] William Stallings – Prentice Hall Cryptography and Network Security Principles and Practices, 4th Edition, 2005 43 ... ? ?Tìm hiểu số phương pháp mã hóa chữ ký số cài đặt thử nghiệm? ?? để làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu Từ việc tìm hiểu số phƣơng pháp mã hóa chữ ký số để xây dựng mơ kĩ thuật mã. .. mã hóa chữ ký số mù theo sơ đồ chữ ký RSA Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu an tồn bảo mật thơng tin - Tìm hiểu số phƣơng pháp mã hóa chữ ký số - Cài đặt kỹ thuật mã hóa chữ ký số mù theo sơ đồ chữ. .. Vấn đề mã hóa liệu, hệ mã hóa liệu ứng dụng Nghiên cứu, tìm hiểu số phƣơng pháp mã hóa: Hệ mã hóa khóa bí mật, hệ mã hóa khóa cơng khai, hệ mã hóa cổ điển, hệ mã hóa dịch chuyển, hệ mã hóa hốn