Bài giảng An toàn dữ liệu
Nguyễn Thị Hội - Bộ môn CNTT TMĐT1
Bài giảng môn:
An toàn và bảo mật thông tin
Doanh nghiệp
8/14/2012 Bộ môn CNTT 1
Bộmôn CNTT
Khoa Hệthống thông tin Kinh tế
Nội dung chương IV
CÁC HỆ MÃ HÓA
z4.1. Tổng quan vềmã hóa dữliệu
z4.1.1. Khái niệm
z4.1.2. Lịch sửphát triểncủa khoa học mã hóa
z4.2.
Độ
an toàn củam
ộ
tthu
ậ
t toán mã hóa
8/14/2012 Bộ môn CNTT 2
ộ
ộ
ậ
z4.2.1. Các kỹthuật phá mã
z4.2.2. Đánh giá độ an toàn
Nội dung chương IV
MÃ HÓA
z4.3. Phương pháp mã hóa đối xứng
z4.3.1. Đặc điểm
z4.3.2.Mô hình mã hóa đối xứng
z4.3.3. Ưu, nhược điểm của mã hóa đối xứng
z4.3.4. Một số hệ mã hóa đối xứng cổ điển
z4.3.5. Mã hóa DES
z4.4. Phương pháp mã hóa công khai
z4.4.1.Đặc điểm
z4.4.2. Nguyên tắc hoạt động
z4.4.3 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng
z4.4.4. Hệ mã hóa RSA
8/14/2012 Bộ môn CNTT 3
I. Tổng quan về mã hóa
1. Khái niệm
zMã hóa là phương thức biến đổi thông tin từ định dạng
thông thường thành một dạng khác (mã hóa) không
giống như ban đầu nhưng có thể khôi phục lại được
(giải mã)
2. Mục đích
zĐảm bảo tính bảo mật của thông tin khi chúng được
truyền trong những môi trường có độ an toàn không
cao
zTrong quá trình mã hóa thông tin có sử dụng một giá trị
đặc biệt gọi là khóa mã (key)
8/14/2012 Bộ môn CNTT 4
3. Quá trình mã hóa
zMã hóa
zGiai đoạn chuyển thông tin nguyên gốc ban
đầu thành các dạng thông tin được mã hóa (gọi
là bản mã).
zGiải mã (hay phá mã)
zThực hiện biến đổi bản mã để thu lại thông tin
nguyên gốc như trước khi mã hóa.
8/14/2012 Bộ môn CNTT 5
4. Quá trình truyền bảo mật
Người gửi
Mã hóa
8/14/2012 Bộ môn CNTT 6
Kênh thông tin Giải mã Người nhận
Kẻ tấn công
Thông tin đã mã hóa
Bài giảng An toàn dữ liệu
Nguyễn Thị Hội - Bộ môn CNTT TMĐT2
4. Quá trình truyền bảo mật (T)
8/14/2012 Bộ môn CNTT 7
Người gửi mã hóa văn bản cần gửi theo một khóa K sau đó gửi bản
mã đến cho người nhận. Người nhận giải mã theo khóa K đã biết và
đọc được bản gốc
5. Ứng dụng của mã hóa
zĐối với chính phủ:
zBảo mật thông tin trong quân sự và ngoại giao, bảo vệ
các lĩnh vực thông tin mang tầm cỡ quốc gia,
zCác tổ chức:
Bảoệcác thông tin nhạcảm mang tính chiếnl ợc
z
Bảo
v
ệ
các
thông
tin
nhạ
y
cảm
mang
tính
chiến
l
ư
ợc
của các tổ chức,
zCá nhân:
zBảo vệ các thông tin riêng tư trong liên lạc với thế giới
bên ngoài thông qua các kênh truyền tin, đặc biệt là
trên mạng Internet.
8/14/2012 Bộ môn CNTT 8
6. Vài nét về lịch sử mã hóa
zTrước năm 1949
zMã hóa được coi là một ngành mang tính nghệ thuật
zCác phép mã hóa còn đơn giản, chủ yếu là một phép thay thế ký
tự nào đó.
zSau năm 1949
ổ ế ề
zBùng n
ổ
trong lý thuy
ế
t v
ề
mã hóa, mã hoá đã được coi là một
ngành khoa học thực sự.
zRa đời phương pháp mã hoá khóa công khai
zRa đời của khái niệm về chữ ký điện tử.
8/14/2012 Bộ môn CNTT 9
7. Các yêu cầu đối với mã hóa dữ liệu
z(1) Tính hỗn loạn (Confusion):
zSự phụ thuộc của bản ciphertext vào plaintext
là thực sự phức tạp,
z
(2) Tính khuếch tán (Diffusion):
z
(2)
Tính
khuếch
tán
(Diffusion):
zCân bằng tỉ lệ xuất hiện các ký tự trong văn
bản sau khi được mã hóa
8/14/2012 Bộ môn CNTT 1 0
II. Độ an toàn của một thuật toán mã hóa
z1. Tổng quan
zCác thuật toán mã hóa đều sử dụng một loại
khóa bí mật trong quá trình mã hóa và giải mã.
ủ ả
z
Đ
ộ an toàn c
ủ
a gi
ả
i thuật mã hóa phụ thuộc
vào sự đảm bảo bí mật của khóa mã
8/14/2012 Bộ môn CNTT 1 1
2. Phá mã
zLà nỗ lực giải mã văn bản đã được mã hóa không
biết trước khóa bí mật
zCó hai phương pháp phá mã
zVét cạn
z
c
c
c
a c
zThám mã
zKhai thác những nhược điểm của giải thuật
zDựa trên những đặc trưng chung của nguyên bản hoặc một số
cặp nguyên bản - bản mã mẫu
8/14/2012 Bộ môn CNTT 1 2
Bài giảng An toàn dữ liệu
Nguyễn Thị Hội - Bộ môn CNTT TMĐT3
a) Phương pháp vét cạn
zPhương pháp:
zThử tất cả các khóa có thể cho đến khi xác
định được nguyên bản từ bản mã
zƯu đi
ể
m:
zThử qua tất cả các trường hợp
zNhược điểm:
zTốn thời gian, nhiều động tác thừa, tốn không
gian nhớ
zKhông thể hiện tư duy khoa học
8/14/2012 Bộ môn CNTT 1 3
Ví dụ phương pháp vét cạn
zCho sơ đồ như hình
bên
zYêu cầu :
zTìm tất cả các đường
ế
đi từ A đ
ế
n D4
zSử dụng PP vét cạn
như sau:
8/14/2012 Bộ môn CNTT 1 4
Hoạt động tìm đường
zĐi theo thứ tự trên xuống ta có:
zTại A =>có 2 đường đi đến B1 và B2 => đi đến điểm
B1.
+ Tại B1 có 2 đường đi =>đi đến C1
+ Tại C1 không có đường đi => quay lại B1
+TạiB1có2đường điđiểmC1đẫ đi qua nên đitiếp
+
Tại
B1
có
2
đường
đi
,
điểm
C1
đẫ
đi
qua
nên
đi
tiếp
=>C2
+ Tại B1 có 2 đường đi nhưng cả 2 đều đã đi qua
=>quay lai điểm A
+ Tại A có 2 đường để đi, đường qua B1 đã đi => B2
+ .............
Cứ thế cho đến khi tìm được đường đi từ A-> D4
8/14/2012 Bộ môn CNTT 1 5
b) Phương pháp thám mã
zPhương pháp:
zKhai thác những nhược điểm của giải thuật
zDựa trên những đặc trưng chung của nguyên bản hoặc
mộtsốcặp nguyên bản
-
bảnmã
mẫu
một
số
cặp
nguyên
bản
bản
mã
mẫu
zThám mã thường thực hiện bởi những kẻ tấn công ác
ý, nhằm làm hỏng hệ thống; hoặc bởi những người
thiết kế ra hệ thống với ý định đánh giá độ an toàn của
hệ thống.
8/14/2012 Bộ môn CNTT 1 6
Ví dụ khai thác nhược điểm GT
zKhai thác những nhược điểm của giải thuật
zBiết rõ tần số các chữ cái tiếng Anh
zCó thể suy ra các cặp chữ cái nguyên bản - chữ cái bản mã
zVí dụ : chữ cái xuất hiện nhiều nhất có thể tương ứng vớicác
nguyên âm: ‘a’, 'e‘, ‘i’, ‘o’, ‘u’
zCó thể nhận ra các bộ đôi và bộ ba chữ cái
zVí dụ bộ đôi : 'th', 'an', 'ed‘, ‘wh’
zVí dụ bộ ba : 'ing', 'the', 'est'
8/14/2012 Bộ môn CNTT 1 7
Các tần số chữ cái tiếng Anh
n
g đối (%)
8/14/2012 Bộ môn CNTT 1 8
Tần số tươ
n
Bài giảng An toàn dữ liệu
Nguyễn Thị Hội - Bộ môn CNTT TMĐT4
Ví dụ phá mã hệ đơn bảng
zCho bản mã “
“UZQSOVUOHXMOPVGPOZPEVSGZWSZOPFPESXUDBMETSXAI
Z VUEPHZHMDZSHZOWSFPAPPDTSVPQUZWYMXUZUHSX
EPYEPOPDZSZUFPOMBZWPFUPZHMDJUDTMOHMQ”
z
Tính tầnsốchữcái tương đối
:
8/14/2012 Bộ môn CNTT 1 9
Tính
tần
số
chữ
cái
tương
đối
:
zĐoán P là e, Z là t
zĐoán ZW là th và ZWP là the ...
zTiếp tục đoán và thử, cuối cùng được
“it was disclosed yesterday that several informal but
direct contacts have been made with political
representatives of the viet cong in moscow”
3. Đánh giá độ an toàn
zAn toàn vô điều kiện
zBản mã không chứa đủ thông tin để xác định duy nhất
nguyên bản tương ứng
zBất kể với số lượng bao nhiêu và tốc độ máy tính thế nào
zChỉ hệ mã hóa độn (stuff) một lần là an toàn vô điều kiện
zAn toàn tính toán
zThỏa mãn một trong hai điều kiện
zChi phí phá mã vượt quá giá trị thông tin mang lại
zThời gian phá mã vượt quá tuổi thọ thông tin
zThực tế thỏa mãn hai điều kiện
zKhông có nhược điểm
zKhóa có quá nhiều giá trị không thể thử hết
8/14/2012 Bộ môn CNTT 2 0
III. Phương pháp mã hóa đối xứng
1. Khái niệm:
zHệ thống mã hóa mà bên gửi và bên nhận tin
cùng sử dụng chung 1 khóa => Mã hóa và giải
mã đều dùng một khóa chung
ấ
zKỹ thuật mã hóa duy nh
ấ
t trước 1970 và hiện
rất phổ biến
zCòn gọi là mã hóa khóa riêng, khóa bí mật
8/14/2012 Bộ môn CNTT 2 1
2. Hệ thống mã hóa đối xứng
z(1) Nguyên bản
z(2) Giải thuật mã hóa
z(3) Khóa bí mật
(4) Bảã
z
(4)
Bả
n m
ã
z(5) Giải thuật giải mã
8/14/2012 Bộ môn CNTT 2 2
3. Mô hình mã hóa đối xứng
8/14/2012 Bộ môn CNTT 2 3
3. Mô hình mã hóa đối xứng (T)
Người gửi A
Bẻ khóa
Người nhận B
Mã hóa Giải mã
8/14/2012 Bộ môn CNTT 2 4
Khóa mã Kênh
truyền
xy
k
x
k
Bài giảng An toàn dữ liệu
Nguyễn Thị Hội - Bộ môn CNTT TMĐT5
4. Ưu điểm của mã hóa đối xứng
zMô hình khá đơn giản.
zDễ dàng tạo ra thuật toán mã hóa đối xứng
cho cá nhân.
z
Dễcài đặtvàhoạtđộng hiệuquả
z
Dễ
cài
đặt
và
hoạt
động
hiệu
quả
.
zHoạt động nhanh và hiệu quả do tốc độ mã
hoá và giải mã cao.
z=> Được sử dụng khá phổ biến nhiều hiện
nay.
8/14/2012 Bộ môn CNTT 2 5
5. Nhược điểm của mã hóa đối xứng
zDùng chung khóa nên nhiều nguy cơ mất
an toàn
zKhóa dùng chung rất dễ bị hóa giải (bị “bẻ
khóa”). Do cũng phải truyền trên kênh
ế
truyên tin đ
ế
n bên nhận
zViệc gửi thông tin cùng khóa cho số lượng
lớn là khó khăn.
8/14/2012 Bộ môn CNTT 2 6
6. Các hệ mã hóa đối xứng cổ điển
za) Monophabetic ciphers
zThuật toán mã hóa theo phương pháp này dựa
trên phép hoán vị trong một bảng chữ cái nào
đó
zVí dụ:
zBản chữ cái tiếng Anh,
zBản mã nhị phân,
zBản ký tự số, …
8/14/2012 Bộ môn CNTT 2 7
Ví dụ Monophabetic ciphers
zVới bảng chữ cái tiếng Anh:
Ký tựcần mã a b c d ………. x y z
K
ý
t
ự
tha
y
thếF G N T ……….
K
PL
ý
ự
y
8/14/2012 Bộ môn CNTT 2 8
Với thuật toán mã hoá này, ta có:
Văn bản gốc: a Bad day
Văn bản sau khi mã hóa: F GFT TFP
b) Mã hoá cộng tính
zMã hóa được thực hiện bằng cách dịch
chuyển chuỗi ký tự trong bản plaintext ban
đầu đi một giá trị cố định nào đó theo trình
tự của một bảng chữ cái.
ố
zVới phương pháp này, khóa mã chính là s
ố
được sử dụng để dịch chuyển.
8/14/2012 Bộ môn CNTT 2 9
Hệ mã hóa Caesar
zLà hệ mã hóa thay thế xuất hiện sớm nhất và
đơn giản nhất
zSử dụng đầu tiên bởi Julius Caesar vào mục đích
quân sự
Dịhh ểòththứt hữái
8/14/2012 Bộ môn CNTT 3 0
z
Dị
c
h
c
h
uy
ể
n xoay v
ò
ng
th
eo
thứ
t
ự c
hữ
c
ái
zKhóa k là số bước dịch chuyển
zVới mỗi chữ cái của văn bản
zĐặt p = 0 nếu chữ cái là a, p = 1 nếu chữ cái là b,...
zMã hóa : C = E(p) = (p + k) mod 26
zGiải mã : p = D(C) = (C - k) mod 26