R i ê n g T h ô n g đ i ệ p S H A - 1 T h ô n g đ i ệ p đ ạ i d i ệ n S i n h c h ữ K ý s ố S i n h c h ữ k ý s ố C h ữ k ý s ố C h ữ k ý s ố T h ô n g đ i ệ p S H A - 1 T h ô n g đ i ệ p đ ạ i d i ệ n X á c t h ự c c h ữ k ý s ố X á c t h ự c c h ữ k ý s ố K h o á c ô n g k h a i C h ấ p n h ậ n h o ặ c t ừ c h ố i
Bảo mật và an tồn thơng tin trong hệ thống mạng cục bộ của cơ quan nhà nước
Sơ đồ chữ ký DSS dựa trên giải thuật ký điện tử DSA. Chữ ký dạng DSS là một dạng chữ ký kèm thơng điệp, điều đó có nghĩa là chữ ký phải được gửi kèm với thông điệp mà bản thân chữ ký không chứa (hoặc không sinh ra) thông điệp, thông thường những chữ ký dạng này đều địi hỏi phải có một hàm băm trên thơng điệp. Hàm băm này được sử dụng trong quá trình sinh chữ ký để xây dựng một dạng nén của dữ liệu . Dữ liệu này được gọi là văn bản đại diện (message digest). Phần văn bản đại diện n ày là đầu vào của giải thuật sinh chữ ký. Người xác nhận chữ ký cũng sử dụng h àm băm này để xây dựng phương pháp xác nhận chữ ký. Ðối với sơ đồ chữ ký DSS, hàm băm này tạo ra một giá trị số nguyên 160 bits đặc trưng cho một thông điệp, điều này làm hạn chế một trong các giá trị tham số của DSS phải l à 160 bits. Ngoài ra, chuẩn này yêu cầu việc sinh chữ ký phải sử dụng một khố bí mật cho mỗi người ký, ngược lại để xác nhận chữ ký, người xác nhận phải có một khố cơng khai tương ứng với khố bí mật của người gửi.
2.4.2.1 Giải thuật sinh khoá
Mỗi một người dùng tạo một khố cơng khai và một khố bí mật tương ứng theo cách sau:
● Chọn một số nguyên tố q sao cho 2159< q < 2160
● Chọn một số nguyên tố p sao cho 2511+64t< p < 2512+64tở đó t [0,8]
● Chọn g là một số nguyên bất kỳ nhỏ hơn p, α = g(p-1)/q mod p
● α khác 1
● Chọn số nguyên a sao cho : 1 ≤ a ≤ q - 1
● Tính β = αamod p
● Khố riêng của người dùng là a, khố cơng khai là bộ (p,q, α, β)
2.4.2.2. Giải thuật sinh chữ ký
Khi cần sinh chữ ký cho một thông điệp Z, thực thể phải làm những việc như sau:
Bảo mật và an tồn thơng tin trong hệ thống mạng cục bộ của cơ quan nhà nước
● Chọn một số nguyên mật k, 0 < k < q - 1
● Tính γ = (αkmod p) mod q.
● Tính k-1mod q.
● Tính δ = k-1(h(Z) + aγ) mod q
● Chữ ký của người dùng cho Z là cặp (δ, γ)
2.4.2.3. Giải thuật xác nhận chữ ký
Khi cần xác nhận chữ ký cho một thông điệp m thực thể phải l àm những việc như sau:
● Dành lấy khố cơng khai của thực thể ký (p,q, α, β)
● Nếu điều kiện : 0 < δ, γ < q khơng thoả mãn thì từ chối chữ ký
● Tinh w = δ-1mod q và h(Z)
● Tính e1= w.h(Z) mod q và e2= γw mod q
● Tính v = (αe1βe2mod p) mod q
● Nếu v = γ thì chấp nhận chữ ký ngồi ra thì từ chối.
Ví dụ:
Giả sử q = 101, p = 78q + 1 = 7879.
3 là phần tử nguyên thuỷ trong Z7879 nên ta có thể lấy: α = 378mod 7879 = 170 Giả sử a = 75, khi đó β = αamod 7879 = 4576
Muốn kí bức điện x = 1234, ta chọn số ngẫu nhiên k = 50, vì thế có k-1
mod 101 = 99. Khi đó có :
γ = (17050mod 7879) mod 101 = 2518 mod 101 = 94 Và δ = (1234 +75.94)99 mod 101 = 96
Chữ kí (94, 97) trên bức điện 1234 được xác minh bằng các tính tốn sau: 96-1mod 101 =25
e1 = 1234.25mod 101 = 45 e2 = 94.25 mod 101 = 2
Bảo mật và an tồn thơng tin trong hệ thống mạng cục bộ của cơ quan nhà nước 2.4.2.4 Tóm tắt lược đồ chữ ký số DSA
2.4.2.5. Các tính chất của chữ ký số DSA
+ Ðộ an toàn: Độ an toàn của chữ ký phụ thuộc vào độ an tồn của khố bí mật. Người sử dụng phải bảo vệ khóa bí mật của m ình. Nếu khố bí mật đảm bảo an tồn tuyệt đối thì chữ ký cũng có mức độ an tồn hầu như tuyệt đối. Mặt khác, với khố cơng khai , chữ ký DSA là an tồn khi từ khố cơng khai khơng thể tìm được khố bí mật, ta có:
Cho p là một số ngun tố rất lớn, phương trình tốn học sau là khơng thể giải được: y = ax mod p (1) với y, a = g(p-1)/qvà khác 1. Ðể xem xét điều này trước hết chúng ta nhận xét phương trình có nghiệm x duy nhất thuộc khoảng [1,q]. Thật vậy giả sử có hai nghiệm l à x1 và x2 và ta có:
y = ax1mod p và y = ax2mod p.
Giả sử p là số nguyên tố 512 bits sao cho bài toán logarit rời rạc trong Zplà
khó giải.
Cho q là số nguyên tố 160 bits là ước của (p-1)
Giả thiết α Zplà căn bậc q của 1 modulo p
Cho p Zpvà a = Zq× Zpvà định nghĩa:
A = {(p, q, α, a, β) : β ≡ αa(mod p)}
Các số p, q, α và β là cơng khai, có a mật.
Với K = (p, q, α , a, β ) và với một số ngẫu nhiên (mật) k ,1 ≤ k ≤ q-1, ta định nghĩa:
Quá trình ký số sigk(x, k) = (γ, δ) trong đó
γ = (αkmod p) mod q và
δ = (x +aγ)k-1mod q với x Zpvà γ, δ Zq
Q trình xác minh sẽ hồn tồn sau các tính tốn :
e1= xδ-1mod q
e2= γδ-1mod q
Bảo mật và an tồn thơng tin trong hệ thống mạng cục bộ của cơ quan nhà nước
ax1chia hết cho p (không thoả mãn do p nguyên tố)
Tồn tại k nhỏ hơn p sao cho ak≡ 1 (mod p). Với giá trị a có dạng a = g(p-1)/qthì điều này khơng thể xảy ra khi g < p.
Song trên thực tế, nhiều khi một bức điện được dùng làm một tài liệu đối chứng, chẳng hạn như bản hợp đồng hay một di chúc và vì thế cần xác minh chữ ký sau nhiều năm kể từ lúc bức điện được ký. Bởi vậy, điều quan trọng là có phương án dự phịng liên quan đến sự an toàn của sơ đồ chữ ký khi đối mặt với hệ thống mật mã.
+ Tính hợp lệ: tính hợp lệ của chữ ký DSA dựa trên 2 định lý sau:
Định lý 2.1:Cho p, q là 2 số nguyên tố thoả mãn điều kiện q \ (p-1). h là một số nguyên dương bất kỳ thoả mãn h < p. Nếu :
g ≡ h(p-1)/qmod p thì gq≡ 1 mod p.
Thật vậy gq≡ (h(p-1)/q)q≡ h(p-1)mod p ≡ 1 mod p (theo định lý Ferma nhỏ).
Định lý 2.2:Với g, p, q xác định như trên ta ln có :
Nếu m ≡ n mod p thì gm≡ gnmod p. Thật vậy khơng mất tính tổng qt ta đặt m = n + kq. Thì gm≡ gn + kq≡ (gnmod p). (gkqmod p) ≡ gn mod p => điều phải chứng minh.
+ Nhược điểm: Nhược điểm lớn nhất về mặt kỹ thuật l à kích thước modulo p bị cố định = 512 bits. Nhiều người muốn kích thước này có thể thay đổi được nếu cần, có thể dùng kích cỡ lớn hơn. Ðáp ứng những đòi hỏi này, NIST đã chọn tiêu chuẩn cho phép có nhiều cỡ modulo, ng hĩa là cỡ modulo bất kì chia hết cho 64 trong phạm vi từ 512 đến 1024 bits.
Một nhược điểm nữa là DSA là chữ ký được tạo ra nhanh hơn việc thực hiện xác minh nó. Trong khi đó, nếu d ùng RSA làm sơ đồ chữ ký với số mũ xác minh công khai nhỏ hơn (chẳng hạn = 3) thì có thể xác minh nhanh hơn nhiều so với việc lập chữ ký. Ðiều này dẫn đến hai vấn đề liên quan đến những ứng dụng của sơ đồ chữ ký.
Bảo mật và an tồn thơng tin trong hệ thống mạng cục bộ của cơ quan nhà nước
Nhiều khi việc ký chỉ thực hiện một lần, song vi ệc xác minh chữ ký số lại thực hiện nhiều lần trong nhiều năm. Ðiều này lại gợi ý nhu cầu có thuật tốn xác minh nhanh hơn. Sự đáp ứng của NIST đối với yêu cầu về số lần xác minh chữ ký thực ra khơng có vấn đề gì ngồi u cầu về tốc độ, miễn là cả hai q trình có thể thực hiện đủ nhanh.
2.5. Hai lược đồ chữ ký khả thi
Trong các sơ đồ chữ ký điện tử người ta thường sử dụng 2 sơ đồ chữ ký là DSA và RSA bởi vì một số nguyên nhân sau:
●Cả hai sơ đồ này đều được chính phủ Mỹ thơng qua trong Chuẩn chữ ký số (DSS). Cả hai giải thuật RSA v à DSA đều được công bố trong Hồ Sơ trong liên bang (FIPS) vào ngày 19/5/1994 và được đưa ra làm chuẩn chính thức của chữ ký điện tử vào 1/12/1994 mặc dù nó đã được đề xuất từ 8/1991.
● Các sơ đồ chữ ký này đều là các sơ đồ chữ ký dựa trên các phương pháp mã hố khóa khóa cơng khai và đều có độ bảo mật rất cao.
● Các bộ số liệu để kiểm nghiệm sự đúng đắn trong việc c ài đặt các chữ ký này đều được công khai. Nếu trong quá trình thử nghiệm các chữ ký này đều đảm bảo đúng với bộ số liệu thì chữ ký được coi là an toàn.
● Cả hai sơ đồ chữ ký đều có thể chuyển đồi từ các chữ ký k èm thông điệp thành chữ ký khôi phục thông điệp khơng mấy khó khăn với việc tích hợp thêm các hàm có độ dư R (Redundancy Function).
● Trong thực tế, khi đưa ra hệ thống CA server, phía đối tác quyết định lựa chọn sơ đồ chữ ký DSA là chữ ký chính thức cho toàn bộ các giao dịch.
● Thời gian xác nhận chữ ký của hai chữ ký này đều ngắn và chấp nhận được trong môi trường mạng công cộng.
2.6. Các phương pháp tấn cơng chữ ký điện tử
Khi nói đến chữ ký điện tử, chúng ta ln đặt mục ti êu an tồn lên hàng đầu. Một chữ ký điện tử chỉ thực sự đ ược sử dụng trong thực tế nếu như nó
Bảo mật và an tồn thơng tin trong hệ thống mạng cục bộ của cơ quan nhà nước
được chứng minh là không thể giả mạo. Mục tiêu lớn nhât của kẻ tấn cơng các sơ đồ chữ ký chính là giả mạo chữ ký, điều này có nghĩa là là kẻ tấn công sẽ sinh ra được chữ ký của người ký lên thông điệp mà chữ ký này sẽ được chấp nhận bởi người xác nhận. Trong thực tế, các hành vi tấn công chữ ký điện tử hết sức đa dạng. Để phân tích một s ơ đồ chữ ký là an tồn hay khơng người ta tiến hành kiểm nghiệm độ an toàn của chữ ký trước các phương pháp tấn công sau :
- Total break (tấn cơng tồn bộ): Hacker khơng những tính được thơng tin về khóa bí mật (private key) mà cịn có thể sử dụng một thuật tốn sinh chữ ký tương ứng tạo ra được chữ ký cho thơng điệp.
- Selective forgery (giả mạo chữ ký có lựa chọn): Hacker có khả năng tạo ra được một tập hợp các chữ ký cho một lớp các thông đ iệp nhất định, các thông điệp này được ký mà khơng cần có khóa bí mật của người ký.
- Existential forgery (giả mạo với thơng điệp biết trước): Hacker có khả năng giả mạo chữ ký cho một thơng điệp, Hacker khơng thể hoặc có rất ít khả năng kiểm sốt được thơng điệp giả mạo này.
2.7. Kết chương
Với chữ ký thơng thường, nó là một phần khơng thể thiếu được của tài liệu và kiểm tra bằng cách so sánh nó với các chữ ký xác thực khác , tuy nhiên chữ ký số không gắn theo kiểu vật lý v ào tài liệu và có thể kiểm tra nhờ một thuật tốn kiểm tra cơng khai. Ở chương 2 chúng ta đã tìm hiểu cơ bản về chữ ký số và một số sơ đồ chữ ký số thông dụng hiện nay. Trong ch ương tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu về việc ứng dụng các thuật tốn mã hóa và chữ ký số trong gửi/nhận Email và truyền tải văn bản qua mạng sao cho đảm bảo an tồn, an ninh thơng tin của các cơ quan nhà nước hiện nay.
Bảo mật và an tồn thơng tin trong hệ thống mạng cục bộ của cơ quan nhà nước
Chương 3. BẢO MẬT GỬI, NHẬN THƯ ĐIỆN TỬ (EMAIL) VÀ TRUYỀN TẢI VĂN BẢN GIỮA CÁC CƠ QUAN NHÀ NƯỚC
3.1. Tổng quan về gửi/nhận Email và truyền tải văn bản qua mạng
Gửi/nhận Email và truyền tải văn bản trong hệ thống mạng cục bộ và qua mạng Internet của các cơ quan nhà nước, hoặc giữa các cơ quan nhà nước với nhau là một loại hình giao dịch góp phần đổi mới phương thức hoạt động của các cơ quan nhà nước, tạo cơ sở pháp lý để thúc đẩy cải cách hành chính, tăng cường hiệu lực, hiệu quả, tính cơng khai, minh bạch, cung cấp thông tin, dịch vụ tốt hơn cho người dân, doanh nghiệp và các tổ chức.
Như vậy gửi/nhận Email và truyền tải văn bản trong hệ thống mạng máy tính của các cơ quan nhà nước bao gồm các hoạt động giao dịch đ ược được tiến hành trên hệ thống mạng cục bộ và thực hiện thông qua mạng Internet.
3.2. Các đặc trưng của gửi/nhận Email và truyền tải văn bản tronghệ thống mạng cục bộ và qua mạng Internet hệ thống mạng cục bộ và qua mạng Internet
So với các hoạt động giao dịch truyền thống thì gửi/nhận Email và truyền tải văn bản trong hệ thống mạng cục bộ và qua mạng Internet có một số đặc điểm sau:
● Các bên tiến hành giao dịch không tiếp xúc một các trực tiếp với nhau và khơng địi hỏi phải biết nhau từ trước.
● Đối với giao dịch truyền thống thì mạng lưới thơng tin chỉ là phương tiện để trao đổi dữ liệu, còn đối với gửi/nhận Email và truyền tải văn bản trong hệ thống mạng cục bộ và qua mạng Internet thì mạng lưới thơng tin chính là mơi trường hoạt động.
3.3. Các hình thức hoạt động chủ yếu của gửi/nhận Email và truyềntải văn qua mạng tải văn qua mạng
Bảo mật và an tồn thơng tin trong hệ thống mạng cục bộ của cơ quan nhà nước
● Trao đổi dữ liệu điện tử: là sự trao đổi dưới dạng có cấu trúc từ máy tính này sang máy tính khác trong cùng một hệ thống hoặc giữa các cơ quan nhà nước hoặc tổ chức có thỏa thuận với nhau một cách tự động.
3.4. Bảo mật và chứng thực việc gửi/nhận Email và truyền tải văn bản
3.4.1. Bảo mật việc gửi/nhận Email và truyền tải văn bản qua mạng
Việc giảm các rủi ro trong gửi/nhận Email và truyền tải văn bản trong hệ thống mạng cục bộ và qua mạng Internet là một q trình phức tạp liên quan đến các cơng nghệ, thủ tục và các chính sách pháp luật cũng như các tiêu chuẩn công nghệ. Phần lớn các chính sách an to àn địi hỏi an tồn vật lý, an toàn mạng, an toàn truy cập, bảo vệ chống lại virus và khơi phục sau thảm họa. Chính sách an tồn phải được phát triển liên tục, thông tin hoặc tài liệu an toàn phải được tra cứu và cập nhật định kì.
Một trong các nguyên nhân chủ yếu dẫn đến rủi ro vẫn là các cơ quan nhà nước chưa có chính sách đảm bảo an ninh, quản lý thơng tin nội bộ, quản lý mật khẩu,.. Ngoài ra các tiêu chuẩn an ninh mạng (ISO 27001) còn quá mới mẻ đối với các cơ quan nhà nước. Các hình thức xử phạt vẫn chưa nghiêm vì đến nay các hình thức xử phạt vẫn chủ yếu là xử phạt hành chính. Luật Cơng nghệ thơng tin đã bước đầu đề cập đến biện pháp xử lý, tuy nhi ên đến đầu năm 2006 mới chỉ có duy nhất một hacker bị xử lý.
An tồn ln chỉ mang tính tương đối, bất cứ hệ thống an tồn nào đều có thể bị phá vỡ. An tồn là một chuỗi liên kết và thường bị đứt ở những điểm yếu nhất. Mặc dù q trình bảo mật thơng tin có rất nhiều kế và hành động, nhưng chúng ta có thể chia chúng thành ba giai đoạn rõ ràng:
+ Phòng ngừa
+ Phát hiện tấn công
Bảo mật và an tồn thơng tin trong hệ thống mạng cục bộ của cơ quan nhà nước
Mỗi giai đoạn trên đều yêu cầu có các kế hoạch và hành động để chuyển