Bài giảng An toàn bảo mật hệ thống: Chủ đề 1

Chủ đề 1: Chủ đề 1: Tổng quan Tổng quan về Mã hóa thông tin và Ứng dụng về Mã hóa thông tin và Ứng dụng

Mở đầu Mở đầu

t mã đã ra đờời ti từừ hhààng ngh ng nghììn nămn năm. .

t nhiềều thu thếế kkỷỷ, c, cáác kc kếết qut quảả ccủủa la lĩĩnh vnh vựực nc nàày y c dân ng trong cáác lc lĩĩnh vnh vựực dân u như không đượợc c ứứng dng dụụng trong c thông thườờng cng củủa đa đờời si sốống ng –– xã hxã hộội mi màà chchủủ yyếếu u , ngoạại i ng trong lĩĩnh vnh vựực c quân s quân sựự, ch, chíính tr nh trịị, ngo

ng ngàày cy cààng ph

c nhau trên thếế gigiớới, t

t thông tin ng mã hóóa va vàà bbảảo mo mậật thông tin n trong cáác lc lĩĩnh nh ng phổổ bibiếến trong c i, từừ ccáác lc lĩĩnh vnh vựực an ninh, c an ninh, c dân sựự c phòng……, c, cho đho đếến cn cáác lc lĩĩnh vnh vựực dân s

Khoa họọc mc mậật mã đã ra đ Khoa h Trong suốốt nhi Trong su hhầầu như không đư ssựự thông thư đưđượợc sc sửử ddụụng trong l ... giaogiao... y nay, cáác c ứứng dng dụụng mã h NgNgàày nay, c đang đượợc sc sửử ddụụng ng đang đư vvựực khc kháác nhau trên th quân sựự, qu, quốốc phòng quân s thương mạại đi như thương m như i điệện tn tửử, ngân h , ngân hààngng……

Mật mã học Mật mã học

t mã (Cryptography) làà ngngàành nh c nghiên cứứu cu cáác c kkỹỹ thuthuậật t m cung cấấp cp cáác c ddịịch ch

MMậật mã (Cryptography) l khoa họọc nghiên c khoa h totoáán hn họọcc nhnhằằm cung c vvụụ bbảảo vo vệệ thông tin. thông tin. Cryptography and W. Stallings (2003), Cryptography and W. Stallings (2003), Network Security: Principles and Network Security: Principles and Prentice Hall Practice, Third Edition, , Prentice Hall Practice, Third Edition

Một số thuật ngữ Một số thuật ngữ

Cryptography Cryptography analysis Cryptanalysis Crypt Cryptology = Cryptography + Cryptanalysis Cryptology = Cryptography + Cryptanalysis Security Security Steganography Steganography

Các vấn đề chính trong Các vấn đề chính trong Mật mã học Mật mã học

Mật mã học??? Mật mã học???

CCáách hi ch hiểểu truy u truyềền thn thốống: ng: gigiữữ bbíí mmậật nt nộội dung i dung trao đ trao đổổii

AliceAlice vvàà BobBob trao đ

trao đổổi vi vớới nhau trong khi

i nhau trong khi EveEve ttììm cm cáách ch ““nghe l

nghe léénn””

AliceAlice

BobBob

EveEve

Một số vấn đề chính trong bảo vệ thông tin Một số vấn đề chính trong bảo vệ thông tin

t thông tin (Secrecy): : đđảảm bm bảảo thông tin đư o thông tin đượợc c

BBảảo mo mậật thông tin (Secrecy) gigiữữ bbíí mmậật.t.

n thông tin (Integrity): b: bảảo đo đảảm tm tíính to

nh toààn vn vẹẹn n ng thông t hiệện rn rằằng thông

ToToààn vn vẹẹn thông tin (Integrity) thông tin trong liên lạạc hoc hoặặc gic giúúp php pháát hi thông tin trong liên l tin đã bịị ssửửa đa đổổi.i. tin đã b

c trong (Authentication): x: xáác thc thựực cc cáác đc đốối ti táác trong

XXáác thc thựựcc (Authentication) liên lạạc vc vàà xxáác thc thựực nc nộội dung thông tin trong liên l liên l i dung thông tin trong liên lạạc. c.

lạại s l i i sựự thothoáái m ch nhiệệm tráách nhi tr

(Non-- c tháác ng ChChốống (Non th repudiation): : đđảảm bm bảảo mo mộột đt đốối ti táác bc bấất kt kỳỳ trong h trong hệệ repudiation) ch nhiệệm vm vềề hhàành đnh độộng mng màà ththốống không th mmìình đã th ng không thểể ttừừ chchốối tri tráách nhi nh đã thựực hic hiệệnn

Xác thực (Authentication) Xác thực (Authentication)

VVíí ddụụ::

khi đếến thn thờời đi i điểểm thm thựực c

n công việệcc

không can thiệệp đp đểể ttạạo o ““xxáác c

BobBob chchờờ AliceAlice ““xxáác nhc nhậậnn”” khi đ hihiệện công vi CCầần đn đảảm bm bảảo ro rằằng ng EveEve không can thi nhnhậậnn”” gigiảả

Alice

Bob

XXáác thc thựực (c (Authentication), nh danh (identification) Authentication), Đ Địịnh danh (identification)

Eve

Tính toàn vẹn thông tin (Integrity) Tính toàn vẹn thông tin (Integrity)

VVíí ddụụ::

đã gửửii

không can thiệệp đp đểể ssửửa na nộội i

i cho BobBob

Alice

Bob

BobBob ccầần đn đảảm bm bảảo lo làà nhnhậận chn chíính xnh xáác nc nộội dung m i dung màà AliceAlice đã g CCầần đn đảảm bm bảảo ro rằằng ng EveEve không can thi dung thông điệệp mp màà AliceAlice ggửửi cho dung thông đi n thông tin (Integrity) nh toààn vn vẹẹn thông tin (Integrity) TTíính to

Eve

Chống lại sự thoái thác trách nhiệm Chống lại sự thoái thác trách nhiệm

VVíí ddụụ::

thông điệệp mp màà AliceAlice đã g

không thểể ““chchốốii”” rrằằng không g ng không gửửi thông đi đã gửửii i thông điệệp p

BobBob nhnhậận đưn đượợc 1c 1 thông đi AliceAlice không th y cho BobBob nnàày cho

Alice

Bob

ChChốống lng lạại si sựự thothoáái thi tháác trc tráách nhi ch nhiệệm (Non repudiation) m (Non--repudiation)

Các giải pháp Các giải pháp

Authentication (Identity verification) Authentication (Identity verification) Access control (Authorization) Access control (Authorization) Data confidentiality (Privacy) Data confidentiality (Privacy) proofing) Data integrity (Tamper--proofing) Data integrity (Tamper repudiation (Proof of transaction) NonNon--repudiation (Proof of transaction)

Authentication Authentication

KiKiểểm tra danh t

ng ( cóó ththểể llàà mmộột tt tổổ ng minh đượợc c t ngườời di dùùng ( c m, ...) phảải chi chứứng minh đư

ng giảả mmạạo danh t

ng clear--text c text củủa ngư

m tra danh tíínhnh ĐĐảảm bm bảảo ro rằằng mng mộột ngư chchứức, mc, mộột pht phầần mn mềềm, ...) ph mmìình lnh làà ai ai.. o danh tíính (Identity Ngăn ngừừa hia hiệện tưn tượợng gi nh (Identity Ngăn ng ng username vàà interception) vàà hihiệện tưn tượợng sng sửử ddụụng username v interception) v c do dòm a ngườời khi kháác do dòm password dạạng clear password d ngngóó đư đượợc trên m c trên mạạng vng vàào mo mụục đc đíích xch xấấu xa u xa (Masquerading) (Masquerading)

GiGiảải phi pháápp

ChChữữ ký đi ký điệện tn tửử

Access Control (Authorization) Access Control (Authorization)

đăng nhậập vp vàào ho hệệ i vai c năng tương ứứng vng vớới vai

t ngườời di dùùng hng hợợp lp lệệ đăng nh Cho phéép mp mộột ngư Cho ph ththốống vng vàà ththựực hic hiệện cn cáác chc chứức năng tương trò củủa ma mììnhnh trò c Access Control cóó ththểể hihiệện thn thựực bc bằằng cng cáác dc dịịch vch vụụ File File Access Control c vvàà database database GiGiảải phi pháápp

c ngườời i

ng, thuộộc vc vềề ccáác nhc nhóóm nm nàào đo đóó, v, vàà quy đ c quyềền tương n tương ứứng cho t ng cho từừng nh

ACLs (Access Control Lists): danh sáách cch cáác ngư ACLs (Access Control Lists): danh s quy địịnh vnh vềề ddùùng, thu m trên LDAP ng nhóóm trên LDAP ccáác quy server. server.

Data Confidentiality (Privacy) Data Confidentiality (Privacy)

ng con ng truyềền khn khỏỏi nhi nhữững con

t liếếc ngang li

thông tin trên đườờng truy BBảảo vo vệệ thông tin trên đư mmắắt li c ngang liếếc dc dọọcc GiGiảải phi pháápp

u (Mã hóóa đa đốối xi xứứng vng vàà mã hmã hóóa ba bấất t

Mã hMã hóóa da dữữ liliệệu (Mã h đđốối xi xứứng)ng)

Data Integrity (Tamper- Proofing) Data Integrity (Tamper- Proofing)

Ngăn ngừừa da dữữ liliệệu bu bịị thay đ Ngăn ng thay đổổi trên đư i trên đườờng truy

ng truyềềnn n ngườời nhi nhậận phn phảải i

ĐĐảảm bm bảảo do dữữ liliệệu tu từừ ngư ngườời gi gửửi đi đếến ngư ng nhau gigiốống nhau

GiGiảải phi pháápp

HHààm băm m t mã (Message Digest) m băm mậật mã (Message Digest)

Non-repudiation (Proof of Transaction) Non-repudiation (Proof of Transaction)

ng minh vớới ti tổổ chchứức thc thứứ 3 m3 mộột giao t đã t giao táác nc nàào đo đóó đã

ChChứứng minh v ththậật st sựự xxảảy ray ra

BBảảo vo vệệ ccảả ngư ngườời gi gửửi li lẫẫn ngư n ngườời nhi nhậậnn

GiGiảải phi pháápp

ChChữữ ký đi ký điệện tn tửử

Lịch sử phát triển Lịch sử phát triển của Mật mã học của Mật mã học

Nguồn: http://www.cqrsoft.com/history/scytale.htm

Sơ lược lịch sử phát triển của mật mã học Sơ lược lịch sử phát triển của mật mã học

Dẫn nhập Dẫn nhập

Nguồn:

http://images.encarta.msn.com/xrefmedia/sharemed/targets/images/pho/t025/T025102A.jpg

Ấn/con dấu được sử dụng để đóng lên các tài liệu quan trọng Mật khẩu (Password) được sử dụng để định danh người trong tổ chức …

Mã hóa thời kỳ cổ đại Mã hóa thời kỳ cổ đại

תת ש ש רר קק צ צ פפ ע ע סס ננ ממ לל ככ יי טט חח זז אא בב גג דד הה וו

וו הה דד גג בב אא זז חח טט יי ככ לל ממ ננ סס ע ע פפ צ צ קק רר ש ש תת

Phương pháp mã hóa Atbash:

Được sử dụng trong tiếng Hebrew cổ “ ךשש = לבב “

AA BB CC

……

XX YY ZZ

DD EE FF

……

AA BB CC

Phương pháp Caesar

Bất kỳ ai biết được quy tắc mã hóa này để dễ dàng giải mã thông điệp

Mã hóa thời kỳ cổ đại Mã hóa thời kỳ cổ đại

AA BB CC

……

XX YY ZZ

DD EE FF

……

AA BB CC

Phương pháp Caesar là một trường hợp đặc biệt của phương pháp mã hóa bằng cách dịch chuyển (Shift Ciphers). Phương pháp Shift Cipher: các ký tự được xoay vòng đi K vị trí trong bảng chữ cái. K được xem là khóa để giải mã

Shift Cipher đềều lu làà trư trườờng ng ng quáát đưt đượợc sc sửử ddụụng ng

đơn ký tựự

CCảả phương ph phương phááp Atbash v hhợợp đp đặặc bic biệệt ct củủa phương ph trong thờời ci cổổ đ đạại: i: Phương ph trong th (MonoAlphabetic Substitution (MonoAlphabetic p Atbash vàà Shift Cipher đ a phương phááp tp tổổng qu Phương phááp Thay th p Thay thếế đơn ký t Cipher) Substitution Cipher)

Ceasar Shift Ciphers Ceasar Shift Ciphers

VD: dVD: dịịch chuy ch chuyểển 3 ký t n 3 ký tựự trong b trong bảảng ch ng chữữ ccáái, ta c i, ta cóó::

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C

Attack at Down Mã hMã hóóa ca cụụm tm từừ: : Attack at Down

Quá trình mã hóa và giải mã Quá trình mã hóa và giải mã

Mã hMã hóóaa

Plain Text

Cipher Text

Message: Attack at Dawn

Message: Dwwdfn Dw Gdyq

Cipher: Caesar Cipher Algorithm

Key (3)

i mã GiGiảải mã

Cipher Text

Plain Text

Message: Dwwdfn Dw Gdyq

Message: Attack at Dawn

Cipher: Caesar Cipher Algorithm

Key (3)

Monoalphabetic Substitution Cipher Monoalphabetic Substitution Cipher

thay thếế bbằằng 1 ký t ng 1 ký tựự khkháác duy nh t trong c duy nhấất trong

MMỗỗi ký t bbảảng ch i ký tựự thay th ng chữữ ccááii

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

M N B V C X Z A S D F G H J K L P O I U Y T R E W Q

Message:

Bob, I love you. Alice

Encrypted Message: Nkn, s gktc wky. mgsbc

Cipher: Monoalphabetic Cipher

Key

Using a key to shift alphabet Using a key to shift alphabet

WORD ng khóóa la làà mmộột tt từừ nnàào đo đóó, v, víí ddụụ WORD

SSửử ddụụng kh ĐĐảảm bm bảảo o áánh xnh xạạ mmộộtt--mmộộtt

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

Plain Text

W O R D A B C E F G H I J K L M N P Q S T U V X Y Z

Message:

Cipher:

Encrypted Message: ??

Bob, I love you. Alice

WORD

Mã hóa thời kỳ cổ đại Mã hóa thời kỳ cổ đại

p mã thờời ci cổổ đ đạại i

Nguồn: http://plus.maths.org/issue34/features/ekert/

Không phảải ti tấất ct cảả ccáác phương ph c phương phááp mã th Không ph đđềều su sửử ddụụng phương ph ng phương phááp thay th p thay thếế.. u tiên: Spartan scytale ThiThiếết bt bịị mã hmã hóóa đa đầầu tiên: Spartan scytale

i trong thông điệệp p

ng thiếết bt bịị nnàày, cy, cáác chc chữữ ccáái trong thông đi thay đổổi vi vịị trtríí xuxuấất hi thay đổổi, mi, màà chchỉỉ thay đ t hiệện cn củủa a

SSửử ddụụng thi không bịị thay đ không b ccáác thông đi c thông điệệp (p (Transposition Transposition))

Columnar Transposition Columnar Transposition

c ký tựự ccủủa da dữữ liliệệu plaintext v u plaintext vàào co cáác cc cộộtt

c ký tựự ccủủa plaintext không l c ký tựự íít xut xuấất hi t hiệện như x

T S S O H O A N I W H A A S O L R S T O I M G H W U T P I R S E E O A M R O O K I S T W C N A S N S

T H I S I S A M E S S A G E T O S H O W H O W A C O L U M N A R T R A N S P O S I T I O N W O R K S

SSắắp xp xếếp cp cáác ký t NNếếu cu cáác ký t thay bằằng cng cáác ký t thay b Plain Text a plaintext không làà bbộội si sốố ccủủa ca cộột, t, , z. n như x, z. Cipher Text

Mã hóa thời kỳ cổ đại Mã hóa thời kỳ cổ đại

phương phááp phân t p phân tíích ch

http://plus.maths.org/issue34/features/ekert/

http://en.wikipedia.org/wiki/Caesar_cipher

Theo cáác tc tàài li Theo c ttầần sn sốố ssửử ddụụng đư u ghi nhậận ln lạại, i, phương ph i liệệu ghi nh ng đượợc sc sửử ddụụng tng từừ ththếế kkỷỷ ththứứ 99

n như íít ct cóó ssựự phpháát tri t triểển tn từừ ththờời i

Châu Âu gầần như Mã hMã hóóa a ởở Châu Âu g 14!!! ccổổ đ đạại đi đếến thn thếế kkỷỷ 14!!!

Mã hóa thời kỳ phục hưng Mã hóa thời kỳ phục hưng

c Châu Âu ng như cáác nưc nướớc Châu Âu t mã họọc bc bắắt đt đầầu đưu đượợc c

c gia, cáác thc thàành ph

p mã hóóa giai đo Thay thếế đa ký t y thườờng lng làà Thay th

a giai đoạạn n đa ký tựự Substitution Substitution

ỞỞ Ý, cÝ, cũũng như c khkháác, mc, mậật mã h t triểển trn trởở llạạii phpháát tri c quốốc gia, c CCáác qu nh phốố bbắắt t đđầầu tu tììm kim kiếếm cm cáác chuyên gia v c chuyên gia vềề t mã vàà phpháá mã đ mã đểể mã hmã hóóa va vàà mmậật mã v i mã cáác bc bứức thưc thư.. gigiảải mã c Phương phááp mã h Phương ph nnàày thư (PolyAlphabetic (PolyAlphabetic Cipher). Cipher). NhiNhiềều du dụụng cng cụụ mã hmã hóóa đưa đượợc chc chếế ttạạo vo vàà ssửử ddụụngng

Polyalphabetic Substitution Cipher Polyalphabetic Substitution Cipher

SSửử ddụụng mng mộột chu i Monoalphabetic Cipher t chuỗỗi Monoalphabetic Cipher

C1, C2, C2, C1, C2 C1, C2, C2, C1, C2

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

Plain Text

F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S

C1(k=6) C2(k=20)

VVíí ddụụ

Message:

Bob, I love you. Alice

Encrypted Message: Ghu, n etox dhz. tenvj

Cipher: Polyalphabetic Cipher

Key

Mã hóa thời kỳ phục hưng Mã hóa thời kỳ phục hưng

ch thay thếế đa ký t p mã hóóa ba bằằng cng cáách thay th

đa ký tựự ccóó đơn ký n thay thếế đơn ký ng nhiềều lu lầần thay th c xem như sửử ddụụng nhi

Cipher Disk, hoặặc dc dùùng bng bảảng ng

Phương phááp mã h Phương ph ththểể đư đượợc xem như s p nhau. liên tiếếp nhau. ttựự liên ti ThưThườờng dng dùùng dng dụụng cng cụụ Cipher Disk, ho i mã p mã hóóa va vàà gigiảải mã tra đểể gigiúúp mã h tra đ

nh (kinh đi inh điểển) dn) dùùng đng đểể phpháá vvỡỡ hhệệ mã mã

KKỹỹ thuthuậật cht chíính (k Thay thếế đa ký t Thay th đa ký tựự ggồồm 2m 2 bư bướớc:c:

ch (cho phương ph

đơn ký tựự) + t p mã ho phương phááp mã hông tin thu đượợc tc từừ ccáác c ) + thông tin thu đư

a chu kỳỳ TTììm ra đm ra độộ ddàài ci củủa chu k t phân tíích (c ÁÁp dp dụụng kng kỹỹ thuthuậật phân t hhóóa thay th a thay thếế đơn ký t ký tký tựự trư trướớcc

Mã hóa trong thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 Mã hóa trong thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20

ng phổổ bibiếến n

ng vô t triểển cn củủa sa sóóng vô

c liên i giúúp vip việệc liên

c trong quân độội đưi đượợc thc thựực c

c thiếết bt bịị hhỗỗ trtrợợ viviệệc c

Mã hMã hóóa đưa đượợc sc sửử ddụụng ph trong Thếế chichiếến In I trong Th SSựự phpháát tri tuytuyếến vn vàà đi điệện đn đàài gi llạạc trong quân đ u hơn.. hihiệện dn dễễ ddààng vng vàà nhinhiềều hơn Đòi hĐòi hỏỏi ci cáác thi mã hmã hóóa va vàà gigiảải mã i mã CCáác mc mááy mã h y mã hóóa ra đ a ra đờờii

Mã hóa trong thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 Mã hóa trong thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20

2: cuộộc c

n trên lĩĩnh vnh vựực khoa c khoa khoa trong đóó ccóó ccảả khoa

y mã hóóa Enigma (c quân độội Anh gi a Enigma (củủa a i Anh giảải i

y mã hóóa a ““Purple

Purple”” ccủủa a quân độội Mi Mỹỹ gigiảải i

ThThếế chichiếến thn thứứ 2: cu chichiếến trên l hhọọc, c, trong đ t mã. hhọọc mc mậật mã. MMááy mã h ĐĐứức) bc) bịị quân đ mã mã MMááy mã h NhNhậật bt bịị quân đ mãmã

Hệ thống mã hóa Hệ thống mã hóa

u tin BBảảo đo đảảm mm mộột mt mẩẩu tin c mã hóóa ba bằằng ng xx đư đượợc mã h t mã hóóa a eekk ccóó ththểể luluậật mã h i mã chíính nh đưđượợc gic giảải mã ch

xxáác bc bằằng lung luậật t ddkk

Hệ thống mã hóa đối xứng Hệ thống mã hóa đối xứng

a công cộộngng Mã hMã hóóa kha khóóa công c Mã hóa khóa công cộng

Mã đối xứng VS mã bất đối xứng Mã đối xứng VS mã bất đối xứng

Tốc độ xử lý nhanh

Tốc độ xử lý chậm

Mã khóa ngắn

Mã khóa dài

Trao đổi mã khóa dễ dàng

Khó trao đổi mã khóa

Trường Zm Trường Zm

Khái niệm về Zm Khái niệm về Zm

nh nghĩĩa la làà ttậập hp hợợp p {0, 1,

{0, 1, ……, , mm--1}1}, , đưđượợc c (ký hiệệu u p nhân (ký hi u +) vàà phphéép nhân (ký hiệệu +) v

ng vàà phphéép nhân đư như trong ZZ, ngo p nhân đượợc thc thựực hi i trừừ kkếết qu n trong ZZmm c hiệện trong nh theo t quảả ttíính theo , ngoạại tr

ZZmm đưđượợc đc địịnh ngh trang bịị phphéép cp cộộngng (ký hi trang b llàà ××). ). PhPhéép cp cộộng v tương tựự như trong tương t modulo mm modulo VVíí ddụụ: :

nh giáá trtrịị trong trong ZZ1616. .

, ta cóó kkếết qut quảả ccủủa pha phéép nhân 11 15 (mod 16) nên 11 GiGiảả ssửử ta cta cầần tn tíính gi Trong ZZ, ta c Trong Do 143≡≡15 (mod 16) Do 143 nên 11 ××13 = 15 p nhân 11 ××13=143 13=143 trong ZZ1616. . 13 = 15 trong