Truyền và bảo mật thông tin - Nguyễn Văn Khang - ĐHSP Huế1
TRUYỀN VÀ BẢO MẬT
THÔNG TIN
NguyễnVăn Khang – Khoa Tin học, ĐHSP Huế
nguyenvankhang@dhsphue.edu.vn
Truyền và bảo mật thông tin 2
2
Tài liệuthamkhảo
1. Phan Đình Diệu. Lý thuyếtmật mã và An toàn thông tin,
ĐạihọcQuốc Gia Hà Nội
2. NguyễnHữu Tuân, Giáo trình An toàn và bảomật thông tin,
Trường đạihọc Hàng hải- Hải Phòng
3. TS. Lê Quy ếtThắng, ThS. Phan Tấn Tài, Ks. Dương Văn
Hiếu, Giáo trình lý thuyết thông tin.
4. Douglas R. Stinson. Cryptography Theory and practice. CRC
Press. 1995.
5. David J.C. Mackey, Information Theory, Infernce, and
Learning Algorithms, CamBridge
6. University Express-2003.
7. G.J.ChaiTin, Algorithmic Information Theory, CamBridge
University Express-1992.
8. Sanford Goldman, Information Theory.
Thông tin và truyềnthôngtin
PhầnI.
MỞ ĐẦU
Chương I.
Truyền và bảo mật thông tin - Nguyễn Văn Khang - ĐHSP Huế2
Truyền và bảo mật thông tin 5
5
Thông tin
Thông tin là một khái niệmtrừutượng, khó định nghĩachính
xác. Hai định nghĩavềthông tin tiêu biểu:
Thông tin là sựcảmhiểucủa con ngườivềthếgiới xung quanh
thông qua sựtiếpxúcvới nó.
Thông tin là mộthệthống những tin báo và mệnh lệnh giúp loại
trừsựkhông chắcchắn (uncertainty) trong trạng thái củanơi
nhận tin. Nói ngắngọn, thông tin là cái mà loạitrừsựkhông
chắcchắn.
Định nghĩađầuchưanóilên đượcbảnchấtcủa thông tin.
Định nghĩathứhai nói rõ hơnvềbảnchấtcủa thông tin và
được dùng để định lượng thông tin trong kỹthuật.
Truyền và bảo mật thông tin 6
Truyềnvàbảomật thông tin 6
Thông tin
Thông tin là cái đượctruyềntừđốitượng này đếnđốitượng
khác để báo một“điều”gìđó. Thông tin chỉcó ý nghĩakhi
“điều” đó bên nhậnchưabiết.
Thông tin xuấthiệndướinhiềudạng âm thanh , hình ảnh, ...
Những dạng này chỉlà “vỏbọc”vậtchấtchứathôngtin. “Vỏ
bọc” là phần “xác”, thông tin là phần“hồn”.
Ngữnghĩacủa thông tin chỉcó thểhiểuđược khi bên nhận
hiểuđượccáchbiểudiễnngữnghĩacủa bên phát.
Một trong những phương tiệnđể diễnđạt thông tin là ngôn
ngữ.
Có hai trạng thái của thông tin: truyềnvà lưutrữ. Môi trường
truyền/lưutrữđượcgọi chung là môi trường chứa tin hay
kênh tin.
Truyền và bảo mật thông tin 7
7
Mô hình quá trình truyềntin
Lý thuyết thông tin nghiên cứu quá trình xửlý
tín hiệunhưsau:
Đầu vào (input): nhận tín hiệutừmộtlĩnh vực
cụthể, tức là tín hiệuxuấthiện theo các ký
hiệu (symbol) từmộttậphợpchotrướcvà
theo phân phốixácsuấtđãbiết.
Tín hiệuđượctruyềnđi trên kênh truyền
(channel) và có thểbịnhiễucũng theo một
phân phốixácsuất nào đó.
Truyền và bảo mật thông tin 8
8
Mô hình quá trình truyềntin
Kênh truyềncóthểđượchiểudướihainghĩa:
Dướinghĩavật lý: kênh truyềnlàmộthệthống truyền
tín hiệu (dây dẫn, mạch, sóng, ...) và gây nhiễutùy
thao chấtlượng củahệthống.
Dướinghĩatoánhọc: kênh truyềnlàcácphânphối
xác suấtxácđịnh trên lớp các tín hiệuđang xét ở
đầunhận tín hiệu(output).
Truyền và bảo mật thông tin - Nguyễn Văn Khang - ĐHSP Huế3
Truyền và bảo mật thông tin 9
Truyềnvàbảomật thông tin 9
Mô hình quá trình truyềntin
Nguồn tin (information source): Là mộttậphợp
các tin mà hệthống truyền tin dùng để lậpcác
bảng tin hay thông báo (message) để truyền
tin.
Các tín hiệunhưâm thanh, hình ảnh.. Là các
hàm liên tụctheothời gian, nguồntin nhưthế
gọilànguồn liên tục(continuous source), các
tin đóđượcgọilàtin liên tục(continuous
information) và kênh tin đượcgọilàkênh liên
tục(continuous channel).
Truyền và bảo mật thông tin 10
10
Mô hình quá trình truyềntin
Các tín hiệunhưđiện tín, các lệnh điềukhiển…là rờirạc theo
thời gian, nguồntin nhưthếgọilànguồnrờirạc(discrete
source), các tin đóđượcgọilàtin rờirạc(discrete information)
và kênh tin đượcgọilàkênh rờirạc(discrete channel).
Các hệthống liên tục có nhiềunhượcđiểmnhưcồng kềnh,
không hiệuquả, và chi phí cao.
Các hệthống truyềntin rờirạc có nhiềuưuđiểmhơn, khắc
phụcđượcnhững nhượcđiểmtrêncủacáchệthống liên tục
và đặ c biệtđang ngày càng được phát triểnvàhoànthiện
dần.
ÆRờirạc hóa các kênh liên tục
Truyền và bảo mật thông tin 11
11
Mô hình quá trình truyềntin
Rờirạc hóa: Thường mộttronghailoại:
Rờirạc hoá theo trụcthời gian, còn đượcgọi
là lấymẫu(sampling) và rờirạc hoá theo biên
độ , còn đượcgọilàlượng tửhoá (quantize).
LấymẫuLượng tửhóa
Truyền và bảo mật thông tin 12
12
Mô hình quá trình truyềntin
Nguồn tin liên tụcsaukhi đượclấymẫuvà
lượng tửhoá sẽtrởthành nguồnrờirạc.
Chúng ta họcchủyếu các nguồnrờirạc.
Truyền và bảo mật thông tin - Nguyễn Văn Khang - ĐHSP Huế4
Truyền và bảo mật thông tin 13
13
Mô hình quá trình truyềntin
Lý thuyết thông tin đượcxétởđây theo quan
điểmcủa Shannon. Đốitượng nghiên cứulà
mộthệthống liên lạctruyềntin
(communication system) nhưsơđồdướiđây:
Truyền và bảo mật thông tin 14
14
Lượng tin biếtvàchưabiết
Mộtbiếnngẫu nhiên (BNN) X luôn mang mộtlượng
tin nào đó.
NếuX chưaxảyrathìX cómộtlượng tin chưabiết.
NếuX đãxảyrathìlượng tin vềbiếnX coinhưđã
biết hoàn toàn.
Nếubiết thông tin củamột BNN X thông qua BNN Y
đãxảy ra thì ta có thểnói: chúng ta chỉbiếtmộtphần
lượng thông tin củaX đótrêncơsởbiếtY.
Truyền và bảo mật thông tin 15
15
Lượng tin biếtvàchưabiết
Ta xét ví dụtrò chơitungmộtđồng tiền“cóđầuhình
– không có đầuhình”.
Tuy nhiên ngườitổchứcchơicóthể“ăn gian” bằng
cách sửdụng 2 đồng tiền“Thật- Giả” khác nhau sau:
Đồng tiềnloại1 (hay đồng tiềnthật): đồng chấtcó1 mặt
có đầu hình.
Đồng tiềnloại2 (hay đồng tiềngiả): đồng chất, mỗimặt
đềucó1 đầu hình.
Mặcdùngườitổchứcchơicóthể“ăn gian” nhưng
quá trình trao đổi2 đồng tiềnchonhaulàngẫunhiêu
Truyền và bảo mật thông tin 16
16
Lượng tin biếtvàchưabiết
Ta thửxét mộttrường hợpsau: nếungười
chơilấyngẫu nhiên 1 đồng tiềnvàsauđóthực
hiệnviệc tung đồng tiềnđó2 lần. Qua 2 lần
tung đồng tiền, ta đếmđượcsốđầuhìnhxuất
hiện.
Dựavàosốđầuhìnhxuấthiện, ta có thểphán
đoán đượcngườitổchứcchơiđãlấyđược
đồng tiền nào.
Truyền và bảo mật thông tin - Nguyễn Văn Khang - ĐHSP Huế5
Truyền và bảo mật thông tin 17
Truyềnvàbảomật thông tin 17
Lượng tin biếtvàchưabiết
Chẳng hạn: Nếusốđầuhìnhđếmđược sau 2
lầntưng là 1 thì đồng tiềnđãlấyđượclàđồng
tiềnthật. Ngượclạinếusốđầuhìnhđếmđược
là 2 thì đồng tiềnđãlấyđượccóthểlà thật
hay cũng có thểlà giả. Nhưvậy, ta đãnhận
đượcmộtphần thông tin vềloạiđồng tiềnqua
sốđầuhìnhđếmđượcsau2 lần tung.
Truyền và bảo mật thông tin 18
Truyềnvàbảomật thông tin 18
Lượng tin biếtvàchưabiết
Dướiđây là mộtsốbảng phân phốicủa bài
toán trên:
Gọi BNN X vềloạiđồng tiền (X=1 hoặc2).
Khi đóphânphốicủaX códạng:
Truyền và bảo mật thông tin 19
Truyềnvàbảomật thông tin 19
Lượng tin biếtvàchưabiết
Đặt BNN Y là BNN vềsốđầuhìnhđếmđược
sau 2 lần tung. Khi đótacóthểxác định được
phân phốicủaY vớiđiềukiệnxảyracủaX
trong 2 trường hợp sau:
Truyền và bảo mật thông tin 20
Truyềnvàbảomật thông tin 20
Bài tập
Tìm phân phốicủaY?
Tính XS X=1 khi Y=2?
Nhớlại:
Định lý Bayes
Nếu p(y) > 0 thì: