Mã hóa bảo mật trong Wimax

Chia sẻ: Truong Van Duong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

230
lượt xem 68
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Viễn thông là một lĩnh vực phát triển mạnh mẽ, không chỉ gia tăng về mặt dịch vụ mà vẫn đề công nghệ cũng được quan tâm nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng, đặc biệt là vấn đề bảo mật thông tin của người sử dụng trong môi trường truyền dẫn không dây wireless

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Mã hóa bảo mật trong Wimax

TRƯ NG I H C K THU T CÔNG NGHI P THÁI NGUYÊN KHOA I N T ------------o0o------------ TÀI NGHIÊN C U KHOA H C NĂM 2012 MÃ HÓA B O M T TRONG WIMAX Nhóm sinh viên th c hi n Ch nhi m tài : Trương Văn Dương C ng tác viên : Hoàng Công Thá Nguy n Th Ng c Anh Thái Nguyên, ngày 14 tháng 04 năm 2012
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax L I NÓI U Vi n thông là m t lĩnh v c phát tri n m nh m , không ch gia tăng v m t d ch v mà v n công ngh cũng ư c quan tâm nh m áp ng nhu c u ngày càng cao c a ngư i s d ng, c bi t là v n b o m t thông tin c a ngư i s d ng trong môi trư ng truy n d n không dây wireless. Thông tin không dây (wireless-hay còn ư c g i là vô tuy n) ang có m t t i kh p m i nơi và phát tri n m t cách nhanh chóng, các h th ng thông tin di ng t bào s d ng công ngh GSM và CDMA ang d n thay th các h th ng m ng i n tho i c nh h u tuy n.Các h th ng m ng LAN không dây- còn ư c bi t v i tên thông d ng hơn là Wi-fi cũng ang hi n h u trên r t nhi u tòa nhà văn phòng, các khu vui chơi gi i trí. Trong vài năm g n ây m t h th ng m ng MAN không dây (Wireless MAN) thư ng ư c nh c nhi u n như là m t gi i pháp thay th và b sung cho công ngh XDSL là Wimax. Wimax còn ư c g i là Tiêu chu n IEEE 802.16, nó áp ng ư c nhi u yêu c u k thu t và d ch v kh t khe mà các công ngh truy nh p không dây th h trư c nó (như Wi-fi và Bluetooth) chưa t ư c như bán kính ph sóng r ng hơn, băng thông truy n d n l n hơn, s khách hàng có th s d ng ng th i nhi u hơn, tính b o m t t t hơn,…Wimax là công ngh s d ng truy n d n trong môi trư ng vô tuy n, tín hi u s ư c phát qu ng bá trên m t kho ng không gian nh t nh nên d b xen nhi u, l y c p ho c thay i thông tin do v y vi c b o m t trong công ngh này c n ư c quan tâm tìm hi u, ánh giá và phân tích trên nhi u khía c nh. tài: “Mã hóa b o m t trong Wimax” dư i ây là m t ph n trong v n bomt trong h th ng Wimax. tài này bao g m như sau: Chương 1: Gi i thi u t ng quan v h th ng Wimax, c i m, ưu như c i m c a h th ng, m t s chu n hóa dùng trong h th ng Wimax. Chương 2: Gi i thi u,phân lo i các phương pháp mã hóa b o m t. Chương 3: Mã hóa b o m t trong Wimax Công ngh Wimax v n ang ư c nghiên c u và phát tri n. B o m t là m t vn tương i khó cùng v i kh năng hi u bi t h n ch c a nhóm v v n mã hóa b o m t, do ó không tránh ư c nh ng sai sót trong bài làm. Mong ưcs óng góp ý ki n c a m i ngư i quan tâm n v n b o m t. 1 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax CHƯƠNG I : GI I THI U V WIMAX 1.1 Gi i thi u v công ngh Wimax Wimax (World Interoperability for Microware Access) – Kh năng khai thác m ng trên toàn c u i v i m ng truy nh p vi ba. ây là m t k thu t cho phép ng d ng truy nh p cho m t khu v c ô th r ng l n. Ban u chu n 802.16 ư c t ch c IEEE ưa ra nh m gi i quy t các v n k t n i cu i cùng trong m t m ng không dây ô th WMAN ho t ng trong t m nhìn th ng (Line of Sight) v i kho ng cách t 30 t i 50 km. Nó ư c thi t k th c hi n ư ng tr c lưu lư ng cho các nhà cung c p d ch v Internet không dây, k t n i các i m nóng WiFi, các h gia ình và các doanh nghi p…. m b o QoS cho các d ch v tho i, video, h i ngh truy n hình th i gian th c và các d ch v khác v i t c h tr lên t i 280 Mbit/s m i tr m g c. Chu n IEEE 802.16-2004 h tr thêm các ho t ng không trong t m nhìn th ng t i t n s ho t ng t 2 t i 11 GHz v i các k t n i d ng mesh (lư i) cho c ngư i dùng c nh và kh chuy n. Chu n m i nh t IEEE 802.16e, ư c gi i thi u vào ngày 28/2/2006 b sung thêm kh năng h tr ngư i dùng di ng ho t ng trong băng t n t 2 t i 6 GHz v i ph m vi ph sóng t 2-5 km. Chu n này ang ư c hy v ng là s mang l i d ch v băng r ng th c s cho nh ng ngư i dùng thư ng xuyên di ng v i các thi t b như laptop, PDA tích h p công ngh Wimax [3]. Th c t WiMax ho t ng tương t WiFi nhưng tc cao và kho ng cách l n hơn r t nhi u cùng v i m t s lư ng l n ngư i dùng. M t h th ng WiMax g m 2 ph n [5][35]: • Tr m phát: gi ng như các tr m BTS trong m ng thông tin di ng v i công su t l n có th ph sóng m t vùng r ng t i 8000km2. • Tr m thu: có th là các anten nh như các Card m ng c m vào ho c ư c thi t l p s n trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà WiFi v n dung. 2 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax Hình 1.1 Mô hình truy n thông c a m ng Wimax. Các tr m phát BTS ư c k t n i t i m ng Internet thông qua các ư ng truy n t c cao dành riêng ho c có th ư c n i t i m t BTS khác như m t tr m trung chuy n b ng ư ng truy n th ng (line of sight), và chính vì v y WiMax có th ph sóng n nh ng vùng r t xa. Các anten thu/phát có th trao i thông tin v i nhau qua các tia sóng truy n th ng ho c các tia ph n x . 1.1.1 M t s c i m c a Wimax Wimax ã ư c tiêu chu n hoá theo chu n IEEE 802.16. H th ng Wimax là h th ng a truy c p không dây s d ng công ngh OFDMA có các c i m sau: • Kho ng cách gi a tr m thu và phát có th t 30Km t i 50Km. • Tc truy n có th thay i, có th lên t i 70Mbit/s 3 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax • Ho t ng trong c hai môi trư ng truy n d n: ư ng truy n t m nhìn th ng LOS và ư ng truy n b che khu t NLOS. • D i t n làm vi c t 2-11GHz và t 10-66GHz r ng băng t n c a WiMax t 5MHz n trên 20MHz ư c chia thành • nhi u băng con 1,75MHz. M i băng con này ư c chia nh hơn n a nh công ngh OFDM, cho phép nhi u thuê bao có th truy c p ng th i m t hay nhi u kênh m t cách linh ho t m b o t i ưu hi u qu s d ng băng t n. • Cho phép s d ng c hai công ngh TDD và FDD cho vi c phân chia truy n d n c a hư ng lên (uplink) và hư ng xu ng (downlink). Trong cơ ch TDD, khung ư ng xu ng và ư ng lên chia s m t t n s nhưng tách bi t v m t th i gian. Trong FDD, truy n t i các khung ư ng xu ng và ư ng lên di n ra cùng m t th i i m, nhưng t i các t n s khác nhau. V c u trúc phân l p, h th ng WiMax ư c phân chia thành 4 l p : L p con h i t (Convergence) làm nhi m v giao di n gi a l p a truy nh p và các l p trên, l p i u khi n a truy nh p (MAC layer), l p truy n d n (Transmission) và l p v t lý (Physical) Hình 1.2 Mô hình phân l p c a h th ng Wimax 1.1.2. C u hình m ng trong Wimax Công ngh Wimax h tr m ng PMP và m t d ng c a c u hình m ng phân tán là m ng lư i MESH . 1.1.2.1 C u hình m ng i m – a i m. 4 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax PMP là m t m ng truy nh p v i m t ho c nhi u BS có công su t l n và nhi u SS nh hơn. Ngư i dùng có th ngay l p t c truy nh p m ng ch sau khi l p t thi t b ngư i dùng. SS có th s d ng các anten tính hư ng n các BS, các BS có th có nhi u anten có hư ng tác d ng theo m i hư ng hay m t cung. V i c u hình này tr m g c BS là i m trung tâm cho các tr m thuê bao SS. hư ng DL có th là qu ng bá, a i m hay ơn i m. K t n i c a m t SS n BS ư c c trưng qua nh n d ng k t n i CID. Hình 1.3 C u hình m ng i m – a i m 1.1.2.2. C u hình m t lư i MESH V i c u hình này SS có th liên l c tr c ti p v i nhau. Tr m g c Mesh BS k t n i v i m t m ng bên ngoài m ng MESH [5]. Ki u MESH khác PMP là trong ki u PMP các SS ch liên h v i BS và t t c lưu lư ng i qua BS trong khi trong ki u MESH t t c các node có th liên l c v i m i node khác m t cách tr c ti p ho c b ng nh tuy n nhi u bư c thông qua các SS khác. M t h th ng v i truy nh p n m t k t n i backhaul ư c g i là Mesh BS, trong khi các h th ng còn l i ư c g i là Mesh SS. Dù cho MESH có m t h th ng ư c g i là Mesh BS, h th ng này cũng ph i ph i h p qu ng bá v i các node khác. 5 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax Hình 1.4 C u hình m t lư i Mesh 1.2 Gi i thi u v các chu n Wimax Wimax là m t công ngh truy nh p không dây băng r ng mà h tr truy nh p c nh, lưu trú, xách tay và di ng. có th phù h p v i các ki u truy nh p khác nhau, hai phiên b n chu n dùng Wimax ã ư c ưa ra. Phiên b n u tiên IEEE 802.16d-2004 s d ng OFDM, t i ưu hóa truy nh p c nh và lưu trú. Phiên b n hai IEEE 802.16e-2005 s d ng SOFDMA h tr kh năng xách tay và tính di ng. 1.2.1 Chu n IEEE 802.16d-2004 Chu n IEEE 802.16d-2004 ư c IEEE ưa ra vào tháng 7 năm 2004. Chu n IEEE 802.16d-2004 h tr truy n thông LOS trong d i băng t 11-66GHz và NLOS trong d i băng t 2-11GHz. Chu n này cũng t p trung h tr các ng d ng c nh và lưu trú. Hai kĩ thu t i u ch a sóng mang h tr cho 802.16d- 2004 là OFDM 256 sóng mang và OFDMA 2048 sóng mang. Các c tính c a WiMAX d a trên 802.16d-2004 phù h p v i các ng d ng c nh, trong ó s d ng các anten hư ng tính, b i vì OFDM ít ph c t p hơn so v i SOFDMA. Do ó, các m ng 802.16-2004 có th ư c tri n khai nhanh hơn, v i chi phí th p hơn. 1.2.2 Chu n IEEE 802.16e-2005 6 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax Chu n IEEE 802.16e-2005 ư c IEEE thông qua vào tháng 12 năm 2005. Chu n IEEE 802.16e-2005 h tr SOFDMA cho phép thay i s lư ng sóng mang, b sung cho các ch OFDM và OFDMA. Sóng mang phân b thi t k sao cho nh hư ng nhi u ít nh t t i các thi t b ngư i dùng b ng các anten ng hư ng. Hơn n a, IEEE 802.16e-2005 còn mu n cung c p h tr cho MIMO,và AAS cũng như hard và soft handoff. Nó cũng cái thi n ư c kh năng ti t ki m ngu n cho các thi t b mobile và tăng cư ng b o m t hơn. OFDMA ưa ra c tính c a 802.16e như linh ho t hơn khi qu n lý các thi t b ngư i dùng khác nhau v i nhi u ki u anten và các y u t nh d ng khác nhau. 802.16e ưa ra các y u t c n thi t khi h tr các thuê bao di ng ó là vi c gi m ư c nhi u cho các thi t b ngư i dùng nh các anten ng hư ng và c i thi n kh năng truy n NLOS. Các kênh ph xác nh các kênh con có th gán cho các thuê bao khác nhau tuỳ thu c vào các tr ng thái kênh và các yêu c u d li u c a chúng. i u này t o i u ki n nhà khai thác linh ho t hơn trong vi c qu n lý băng thông và công su t phát, và d n n vi c s d ng tài nguyên hi u qu hơn. 1.2.3 M t s chu n 802.16 khác a. Chu n IEEE 802.16f Chu n IEEE802.16f cung c p ch qu n lí tham kh o cho các m ng 802.16- 2004 cơ b n. Ch này bao g m m t h qu n lí m ng-NMS(Network Management System), các node m ng, cơ s d li u lu ng d ch v . BS và các node qu n lí ư c l a ch n theo yêu c u c a thông tin qu n lí và cung c p t i các NMS thông qua các giao th c qu n lí, như SNMP(Simple Network Management Protocol) qua k t n i qu n lí th 2 ã nh nghĩa trong 802.16-2004. IEEE802.16f d a trên các SNMP phiên b n 2, và có th hư ng v các SNMP phiên b n 1, và hi n này ang l a ch n h tr SNMP phiên b n 3. b. Chu n IEEE 802.16i M c ích c a 802.16i là cung c p c i ti n di ng trong MIB 802.16 trong t ng MAC, t ng PHY và các quá trình liên quan t i qu n lí. Nó s d ng phương 7 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax pháp lu n giao th c trung bình (Protocol-neutral Methodology) cho vi c qu n lí m ng xác nh ch tài nguyên và liên h thi t l p gi i pháp cho qu n lí các thi t b trong m ng di ng 802.16 a nhà cung c p. c. Chu n IEEE 802.16g M c ích c a 802.16g là t o ra các quá trình và tri n khai d ch v c a 802.16- 2004 và 802.16-2005, cung c p h th ng qu n lí m ng qu n lí tương thích và hi u qu tài nguyên, tính di ng và ph c a m ng và m t b ng qu n lí chu n cho các thi t b 802.16 c nh và di ng. Hi n nay thì chu n IEEE 802.16 v n ang phát tri n. d. Ngoài các chu n ó còn có các chu n sau cũng ang ư c phát tri n ó là : chu n IEEE 802.16k , chu n IEEE 802.16h, chu n IEEE 802.16j… 1.3. L p con b o m t trong Wimax L p con b o m t ư c nh nghĩa trong IEEE 802.16e, và hi u ch nh cho các ho t ng c a 802.16-2004, có m t s h b o m t (như vi c nh n th c c a BS) và các yêu c u b o m t cho các d ch v di ng không gi ng như cho các d ch v c nh. L p con này bao g m hai giao th c thành ph n sau[10][13] : • Giao th c óng gói d li u (Data Encapsulation Protocol): Giao th c này dùng cho vi c b o m t gói d li u truy n qua m ng BWA c nh. Giao th c này nh nghĩa t o m t t p h p các b m t mã phù h p, như k t h p gi a mã hóa d li u và thu t toán nh n th c, và quy lu t áp d ng thu t toán cho t i tin PDU c a l p MAC. Giao th c qu n lí khóa (Key Management Protocol): Giao th c này cung c p phân ph i khóa b o m t d li u t BS t i SS.Qua giao th c qu n lí khóa thì SS và BS ư c ng b v khóa d li u. Thêm vào ó, BS cũng s d ng giao th c truy nh p v i i u ki n b t bu c t i các m ng d ch v . 802.16e tri n khai nh nghĩa ư c PKM phiên b o 2 v i các c tính m r ng. 8 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax CHƯƠNG II : CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA B O M T TRONG WIMAX 2.1. Gi i thi u v mã hóa b o m t C m t “Crytology”-m t mã, ư c xu t phát t các t Hi L p “krypto’s”- t m d ch là “hidden” - b n, d u và t “lo’gos”- t m d ch là “word”- t . Do ó, c m t “Cryptology” theo nghĩa chu n nh t là “hidden word” - t b n. Nghĩa này ã ưa ra m c ích u tiên c a m t mã, c th là làm n nghĩa chính c a t và b o v tính an toàn c a t và b o m t kèm theo. H th ng mã hóa ch ra: ”m t t p các thu t toán m t mã cùng v i các quá trình qu n lí khóa mà h tr vi c s d ng các thu t toán này tùy theo hoàn c nh ng d ng”. Các h th ng mã hóa có th ho c không s d ng các tham s bí m t (ví d như: các khóa m t mã,…). Do ó, n u các tham s bí m t ư c s d ng thì chúng có th ho c không ư c chia s cho các i tư ng tham gia. Vì th , có th phân tách thành ít nh t 3 lo i h th ng m t mã. ó là : • H m t mã hóa không s d ng khóa: M t h m t mã không s d ng khóa là m t h m t mã mà không s d ng các tham s bí m t. • H m t mã hóa khóa bí m t: M t h m t mã khóa bí m t là h mà s d ng các tham s bí m t và chia s các tham s ó gi a các i tư ng tham gia. • H m t mã hóa khóa công khai: M t h m t mã khóa công khai là h mà s d ng các tham s bí m t và không chia s các tham s ó gi a các i tư ng tham gia. 2.2. Các phương pháp mã hóa b o m t 2.2.1. Mã hóa không dùng khóa 2.2.1.1. Hàm mũ r i r c T t p s th c, ta bi t r ng các hàm mũ và hàm Logarit là hàm ngư c c a nhau nên chúng có th tính nghi m ư c cho nhau. i u này d n t i vi c chúng ta ph i tin tư ng vào quan i m này trong c u trúc i s . Như v y, tuy r ng v i 9 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax các c u trúc i s thì ta có th tính ư c nghi m c a hàm mũ, nhưng ta không th bi t ư c thu t toán ư c s d ng tính nghi m c a hàm Logarit. Theo cách nói thông thư ng thì hàm f: X ->Y là hàm m t chi u n u tính toán theo chi u X->Y thì d nhưng khó tính theo chi u ngư c l i. Và ta có nh nghĩa hàm m t chi u như sau : M t hàm f: X->Y là hàm m t chi u n u f(x) có th tính ư c nghi m v i m i x Є X, nhưng hàm f-1(y) thì không th tính ư c nghi m v i y ЄR Y. Hình 2.1 :Mô t hàm m t chi u Ví d như, ta có p là m t s nguyên t và g là m t hàm sinh (ho c là g c) c a Z*p . Khi ó: Expp,g : Zp-1 →Zp* x → gx Hàm này ư c g i là hàm mũ r i r c d a trên g. Nó ư c nh nghĩa là m t ng c u t nhóm c ng (Zp-1, +) t i nhóm nhân (Zp*, .). Nghĩa là Expp,g (x+ y) = Expp,g(x) (.) Expp,g(y). B i vì, Exp p.g là m t song ánh, nó có hàm ngư c ư c nh nghĩa như sau: Logp,g : Z* → Zp-1 x → loggx 10 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax Hàm này ư c g i là hàm logarit r i r c. V i m i x Є Z*p, hàm logarit r i r c tính ư c logarit r i r c c a x d a vào g, ư c kí hi u là loggx . 2.2.1.2. Hàm bình phương module Tương t như hàm mũ, hàm bình phương có th tính ư c và k t qu c a hàm ngư c là các s th c, nhưng không bi t cách tính ngư c trong nhóm Cyclic. * N u ví d như ta có Z n , sau ó các bình phương module có th tính ư c, nhưng các g c c a bình phương module thì ch tính ư c n u tham s cơ b n c a n ã bi t. Trong th c t , có th bi u di n giá tr mà các g c bình phương module trong Zn* và h s n là các giá tr tính ư c. Do ó, hàm bình phương module gi ng như hàm m t chi u. Nhưng, hàm bình phương module (không khuôn d ng chung) không là hàm ơn ánh cũng không là hàm toàn ánh. Tuy nhiên, nó có th là hàm ơn ánh ho c toàn ánh (s là song ánh) n u domain và d i u b h n ch (ví d như, t p các th ng dư b c 2 ho c các bình phương module n, …) v i n là s nguyên Blum. Khi ó hàm : Square n : QR n → QR n x → x2 ư c g i là hàm bình phương. ây là m t song ánh, và do ó, hàm ngư c c a nó là: Sqrt n : QR n → QR n x → x 1/2 ư c g i là hàm g c bình phương. Tương ng m i ph n t trong t p QR n s có m t ph n t c a QR n . 2.2.1.3. B t o bít ng u nhiên 11 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax Hình 2.2: B t o bít ng u nhiên Tính ng u nhiên là m t trong nh ng thành ph n cơ b n nh t và là i u ki n trư c tiên c a tính b o m t trong m t h th ng b o m t. Hi n nay, s hình thành b o m t và các giá tr ng u nhiên không oán trư c ư c (ví d như, các bít ng u nhiên ho c các s ng u nhiên, …) là ph n tr ng tâm c a h u h t các v n liên quan t i h th ng m t mã. Ví d , khi xem xét h m t mã khóa bí m t, ta ph i bi t s lư ng khóa bí m t ư c s d ng. Ta c n ph i có m t bit ng u nhiên cho m i bit khác mà ta mu n mã hóa.Còn khi xem xét mã hóa công khai thì ta c n bi t s lư ng bit ng u nhiên t o các c p khóa công khai. M t b t o bit ng u nhiên là m t thi t b ho c thu t toán mà u ra là m t chu i các bit ng u nhiên và c l p th ng kê v i nhau. Các b t o bít ng u nhiên có th d a trên ph n c ng ho c ph n m m. Trư c tiên, ta cùng tìm hi u v b t o bit ng u nhiên d a trên ph n c ng, khai thác tính ng u nhiên c a vi c xu t hi n các phương pháp và hi n tư ng v t lí. M t s phương pháp và hi n tư ng như sau: • Kho ng th i gian gi a các h t phóng x trong quá trình phân rã phóng x . • T p âm nhi t t i n tr và diode bán d n • T n s không n nh trong máy dao n g t n s ch y • Giá tr c a m t t bán d n cách i n kim lo i là tích i n trong m t chu kì c nh. • S chuy n ng h n lo n c a không khí trong ĩa kín là nguyên nhân d n t i thăng giáng ng u nhiên trong t ng sector c a ĩa c b tr . • Âm thanh c a microphone ho c video mà u vào t máy quay phim T t nhiên là, các phương pháp và hi n tư ng v t lí khác có th ư c s d ng b i các b t o bít ng u nhiên d a trên ph n c ng. B t o bít ng u nhiên d a trên ph n c ng có th d dàng tích h p trong h th ng máy tính hi n nay. Do b t o bit ng u nhiên d a trên ph n c ng chưa ư c tri n khai r ng rãi nên nó ch ư c s d ng ph c v cho các ngu n mang tính ng u nhiên. 12 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax Vi c thi t k b t o bít ng u nhiên d a trên ph n m m là khó hơn so v i th c hi n trên ph n c ng. M t s phương pháp d a trên các b t o bít ng u nhiên d a trên ph n m m là: • H th ng ng h • Kho ng th i gian gi a phím gõ và di chuy n chu t • N i dung u vào/ u ra c a b m u vào cung c p b i ngư i s d ng • • Giá tr các bi n ho t ng c a h th ng, cũng như t i tr ng c a h th ng ho c th ng kê m ng Có th phán oán r ng chi n lư c t t nhât cho vi c áp ng yêu c u c a các bit ng u nhiên không th oán ư c trong tình tr ng thi u m t ngu n tin c y ơn là cách tìm ư c u vào ng u nhiên t m t lư ng l n c a các ngu n mà không tương quan t i nhau, và k t h p chúng b ng m t hàm tr n m nh. M t hàm tr n m nh, là m t s k t h p c a hai ho c nhi u u vào và tìm m t u ra mà bit u ra ph i là m t hàm phi tuy n ph c c a t t c các bit u vào khác bi t h n. Trung bình c thay i m t bit u vào s thay i m t n a s bit u ra. Nhưng b i vì quan h này là ph c t p và phi tuy n nên không riêng bit u ra nào ư c dám ch c s thay i khi m t s thành ph n bit u vào ã thay i. M t ví d ơn thu n như, m t hàm mà c ng thêm vào 232 . Các hàm tr n m nh (v i hơn 2 u vào) có th ư c xây d ng s d ng trong các h th ng m t mã khác, các hàm Hash m t mã ho c các h m t mã i x ng. 2.2.2. Mã hóa khóa bí m t Mã hóa khóa bí m t, hay cũng ư c bi t n là mã hóa i x ng ã ư c s d ng t r t lâu t ơn gi n n nh ng phương th c ph c t p hơn. M t mã i x ng, hay m t mã khóa bí m t g m có các d ng m t mã mà trong ó s d ng m t khóa duy nh t cho c hai quá trình mã hóa và gi i mã văn b n. M t trong nh ng phương pháp mã hóa ơn gi n nh t ó là phương pháp mã hóa thư ng ư c bi t n b ng cái tên m t mã Caesar. Mã hóa khóa bí m t g m 5 ph n chính ó là: 13 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax Văn b n g c : ây là m t b n tin hay m t lo i d li u có th hi u ư c m t cách thông thư ng, ư c xem như là u vào c a gi i thu t. Thu t toán mã hóa : Thu t toán mã hóa bi u di n các phép thay th và bi n i khác nhau trên văn b n g c. Khóa bí m t : Khóa bí m t cũng là u vào c a thu t toán mã hóa. Khóa có giá tr c l p v i văn b n g c cũng như v i thu t toán. Thu t toán s tính toán ư c u ra d a vào vi c s d ng m t khóa xác nh. Nh ng thay th và bi n i chính xác ư c bi u di n b i thu t toán s ph thu c vào khóa. Văn b n m t mã: ây là b n tin ã xáo tr n n i dung ư c t o ra v i tư cách như là u ra. Nó ph thu c vào văn b n g c và khóa bí m t. V i m t b n tin ư c ưa ra, hai khóa khác nau s t o ra hai văn b n m t mã khác nhau. Văn b n m t mã nhìn bên ngoài s như là m t lu ng d li u ng u nhiên không th xác nh ư c n i dung, khi c nh. Thu t toán gi i mã: V cơ b n thì ây cũng là m t thu t toán mã hóa nhưng ho t ng theo chi u ngư c l i. Nó ư c th c hi n v i văn b n mã hóa và khóa bí m t và s t o l i văn b n g c ban u. Hình 2.3 : Mô hình ơn gi n c a mã hóa thông thư ng 2.2.2.1. M t mã Caesar M t trong nh ng m t mã hóa ra i s m nh t là m t mã Caesar, ư c t o ra b i Julius Caecar trong cu c chi n tranh Gallic, vào th k th nh t trư c công 14 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax nguyên. Trong lo i m t mã hóa này, m i ch cái t A n W ư c mã hóa b ng cách chúng s ư c th hi n b ng ch cái xu t hi n sau nó 3 v trí trong b ng ch cái. Ba ch cái X, Y, Z tương ng ư c bi u di n b i A, B, và C. M c dù Caesar s d ng phương pháp d ch i 3 nhưng i u này cũng có th th c hi n v i b t kì con s nào n m trong kho ng t 1 n 25. Trong hình 2.4 bi u di n hai vòng tròn ng tâm, vòng bên ngoài quay t do. N u ta b t u t ch cái A bên ngoài A, d ch i 2 ch cái thì k t qu thu ư c s là C s bên ngoài A… Bao g m c d ch 0, thì có t t c 26 cách phép d ch. Hình 2.4 : “Máy” th c hi n mã hóa Caesar Do ch có 26 khóa nên m t mã Caesar có th b t n thương d dàng. Khóa có th ư c xác nh ch t m t c p ch cái tương ng t b n tin g c và b n tin mã hóa. Cách ơn gi n nh t tìm ư c khóa ó là c các th t t trư ng h p d ch, ch có 26 khóa nên r t d dàng. M i ch cái có th ư c d ch i t i a lên n 25 v trí nên có th phá ư c mã này, chúng ta có th li t kê toàn b các b n tin có th có và ch n ra b n tin có n i dung phù h p nh t. 2.2.2.2. M t mã Affine Vì m t mã Caesar ch có th ưa ra ư c 25 cách bi n i b n tin nh t nh, nên ây là phương pháp mã hóa không th c s an toàn. M t mã Affine là trư ng h p suy r ng c a m t mã Caesar, và nó t t hơn v kh năng b o m t. M t mã Affine áp d ng phép nhân và phép c ng vào m i ch cái, s d ng hàm sau : y = (ax + b) mod m 15 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax Trong ó x là giá tr s c a ch cái trong b n tin chưa mã hóa, m là s ch cái trong b ng ch cái b n tin chưa mã hóa, a và b là các s bí m t, và y là k t qu thu ư c c a phép bi n i. y có th ư c gi i mã tr l i x b ng các s d ng bi u th c: x = inverse (a)(y-b) mod m inverse(a) là giá tr mà n u nó ư c nhân v i k t qu a mod m s cho ta k t qu là 1 ((a * inverse(a)) mod m = 1.). Ví d : Gi s b n tin ư c mã hóa b ng hàm y = (11x+4) mod 26. mã hóa b n tin MONEY. Các giá tr s tương ng v i b n tin g c MONEY là 12,14,13,4 và 24. Áp d ng vào hàm cho m i giá tr , ta thu ư c l n lư t tương ng y = 6, 2, 17, 22, 28 ( M: y = (11*12 + 4) MOD 26 = 6 ). Và các ch cái tương ng là GCRWI, ó là b n tin ã ư c mã hóa. gi i mã, ta bi n i hàm s y thành x = inverse (a) (y-b) mod m. Ta có x = inverse (11)( (y-4) mod 26. Mà inverse (11) mod 26 = 19, do ó x = 19 (y – 4) mod 26. Áp d ng v i b n tin mã hóa GCRWI ta thu ư c các giá tr x = 12, 14, 13, 4, 24. Các ch cái tương ng là MONEY. 2.2.2.3. M t mã thay th Mã hóa thay th là m t trong nh ng phương pháp mã hóa mà b ng ch cái ã mã hóa là s s p x p l i c a b ng ch cái chưa mã hóa . M c dù vi c có m t s lư ng l n các khóa là yêu c u c n thi t cho b o m t, nhưng i u ó không có nghĩa là h th ng mã hóa là m nh. Mã hóa thay th , m c dù có 26! kh năng thay i v trí s p x p, th c t l i không có kh năng b o m t cao và có th b phá m t cách d dàng b ng cách s d ng t n su t xu t hi n c a các ch cái. Mã hóa thay th là phương pháp t t mã hóa các b n tin c n mã hóa v hình th c b ngoài và d dàng phá. Ví d ta s d ng t khóa “the cows go moo in the field”. B ng ch cái chưa mã hóa và b ng ch cái ã ư c mã hóa ư c ưa ra như sau: 16 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax Plaintext: A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U VWXYZ Ciphertext: T H E C O W S G M I N F L D A B J K P Q R U V X Y Z. N a u c a các ch cái ư c mã hóa ư c chuy n i thông qua c m t khóa (b qua nh ng ch cái ư c l p l i), và n a sau ư c t o ra b ng cách s d ng các ch cái còn l i c a b ng ch cái t A-Z. Ví d , th c hi n mã hóa b n tin “Meet me at five o’clock”. mã hóa b n tin này, ơn gi n ch c n li t kê m i ch cái trong b n tin tương ng v i m i ch cái ư c mã hóa trong b ng ch cái. T ó ra thu ư c b n tin ư c mã hóa như sau: LOOQLOTQWMUOAEFAEN. Vì ngư i nh n bi t ư c c m t khóa, nên h có th d dàng gi i mã u c b n tin mã hóa b ng cách li t kê ngư c l i t các ch cái trong b ng ch cái ã mã hóa sang các ch cái trong b ng ch cái chưa mã hóa. T ó s thu ư c b n tin gi i mã : meetmeatfiveoclock Tuy nhiên vi c s d ng phương pháp mã hóa này cũng có nhi u i m không thu n l i. V n chính c a phương pháp mã hóa thay th chính là t n su t xu t hi n c a các ch cái không ư c che gi u m t chút nào. N u b n tin ư c mã hóa LOOQLOTQWMUOAEFAEN ư c phân chia ra, ngư i ta có th xác nh ư c t n su t xu t hi n c a m i ch cái và so sánh chúng v i t n su t xu t hi n c a các ch cái trong ti ng Anh: ‘O’ ư c s d ng 4 l n trong b n tin mã hóa, L,Q,A và A xu t hi n m i ch cái 2 l n. 9 ch cái có t n su t xu t hi n nhi u nh t trong ti ng Anh là E, T, A, O, N, I, S, R và H. T ó có th suy oán ư c b n tin mã hóa. 2.2.2.4. Các mã hoán v Ý tư ng ng sau m t mã hoán v là t o ra m t s thay i v trí c a các ch cái trong b n tin g c, i u này s làm xu t hi n b n tin mã hóa. Mã hóa hoán v không có tính b o m t cao b i vì chúng không thay i các ch cái trong b n tin g c ho c th m chí là xu t hi n nhi u l n, nhưng chúng có th ư c xây d ng 17 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax tr thành phương pháp mã hóa b o m t hơn. M t ví d c a mã hoán v là mã rail fence. • Mã Rail fence: là m t hoán v theo c t h t s c ơn gi n, l y m t chu i và chia nh các ch cái thành hai nhóm theo ư ng zigzag như dư i ây: B n tin g c : WHEN-DRINKING-WATER-REMEMBER-ITS-SOURCE. Zig : W E D I K N W TRE EBRT SUC Zag: H N RN I G A E R M ME I S OR E. Bn tin mã hóa = zig + zag = WEDIKNWTREEBRTSUCHNRNIGAERMMEIORE • M t mã Scytale: Vào th k th 4 trư c công nguyên, m t thi t b tên là Scytale ư c s d ng mã hóa các b n tin c a quân i và chính ph Spartan. Thi t b bao g m m t tr g v i m t d i gi y cu n quanh nó. Khi gi y ư c b i, nó ơn gi n ch là m t dãy các ch cái h n n, nhưng trong khi cu n xung quanh tr g , b n tin s tr nên rõ ràng. Scytale l y ý tư ng t mã hóa rail fence và m r ng nó b ng cách s d ng m t khóa có dài xác nh h tr vi c che gi u b n tin. Ví d văn b n g c là When drinking water, remember its source, dài là 34, ta ch n dài khóa là 4. Chia b n tin dài 34 ra các khóa dài 4, ta ư c 8 còn dư 2. Do ó ta làm tròn dài m i hàng c a Scytale lên 9 và thêm vào b n tin 2 ch cái Z. 18 Trương Văn Dương k44DVT02
Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax W H E N D R I N K I N G W A T E R R E M E M B E R I T S S O U R C E Z Z B ng 2.1 : Mã hóa Scytale B ng cách s p x p các ch cái theo t ng c t t trái qua ph i ta thu ư c : WIESHNMSEGEONWMUDABRRTECIERENRIZKRTZ. gi i mã, ta bi t r ng kích thư c c a khóa là 4, do ó ta vi t 4 ch cái u tiên t trên xu ng dư i r i n 4 ch cái ti p theo. c các ch cái và b i các ch cái cu i cùng ta s nh n ư c b n tin g c. i u không thu n l i cho phương pháp này là v i nh ng b n tin nh , văn b n mã hóa có th d dàng b phát hi n b ng cách th các giá tr khóa khác nhau. Mã Rail fence không có tính th c t cao, do vi c thi t k ơn gi n và b t kỳ ngư i nào cũng có th b gãy. Ngư c l i mã Scytale th c t l i r t h u d ng cho vi c ưa nh ng b n tin nhanh c n thi t gi i mã b ng tay. V n chính c a c hai lo i mã này là các ch cái không thay i, do ó m t n su t xu t hi n c a các ch cái có th giúp khôi ph c b n tin g c. 2.2.2.5. M t mã Hill M t lo i m t mã khác cũng liên quan n vi c chuy n i các ch cái ó là m t mã Hill, ư c phát tri n b i nhà toán h c Lester Hill vào năm 1929 [11]. M t mã Hill là m t ví d c a m t mã kh i. M t mã kh i là m t lo i m t mã mà các nhóm các ch cái ư c mã hóa cùng v i nhau theo các kh i có dài b ng nhau. mã hóa m t b n tin s d ng m t mã Hill, ngư i g i và ngư i nh n trư c h t ph i th ng nh t v ma tr n khóa A c n× n. A ph i là ma tr n kh ngh ch. 19 Trương Văn Dương k44DVT02