BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ QUỐC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
TRẦN XUÂN BAN
NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN MỘT SỐ THUẬT TOÁN
NÂNG CAO KHẢ NĂNG BẢO MẬT CHO CÁC THIẾT BỊ
TRONG MẠNG IoT
Ngành: Cơ sở toán học cho tin học
Mã số: 9460110
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TOÁN HỌC
Hà Nội, 2024
Công trình được hoàn thành tại:
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Nguyễn Linh Giang
2. TS Nguyễn Ngọc Cương
Phản biện 1:
GS.TS Nguyễn Hiếu Minh
Học viện Kỹ thuật Mật mã
Phản biện 2:
PGS.TS Đỗ Trung Tuấn
Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
Phản biện 3:
TS Đỗ Việt Bình
Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Viện,
họp tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi: giờ phút,
ngày … tháng….. năm 2024
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
[CT1]. Trần Xuân Ban và Hồ Văn Canh (2017). Đề xuất thuật toán
trao đổi khóa hiệu quả sử dụng mật mã khóa đối xứng. Tạp chí Nghiên cứu
KH&CN quân sự, Số Đặc San, 256.
[CT2]. Trần Xuân Ban và Nguyễn Ngọc Cương (2022). Thách thức
về an ninh, bảo mật cho mạng Internet of Things và một số vấn đề cần tập
trung nghiên cứu. Khoa học giáo dục Kỹ thuật - Hậu cần, 28, 46–51.
[CT3]. Lê Hải Triều và Trần Xuân Ban (2018). Đề xuất thuật toán
sinh số giả ngẫu nhiên có chu kỳ cực đại bằng phương pháp đồng dư tuyến
tính. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, 55, 106.
[CT4]. Son D.T., Dung N.X., và Ban T.X. (2018). A Distributed
Model for Trust-based Security. Hội thảo lần thứ III: Một số vấn đề chọn
lọc về an toàn an inh thông tin, Đà Nẵng.
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Mạng Internet of Things (IoT) phát triển với nhiều hệ sinh thái mới và
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống như: giám sát y tế, giám sát
điều khiển giao thông, giám sát trong nông nghiệp, đặc biệt là các lĩnh vực
an ninh, quốc phòng …Các thiết bị kết nối trong mạng IoT đa dạng về công
nghệ và có xu hướng sử dụng những thiết bị hạn chế năng lực tính toán, kích
thước nhỏ, năng lượng tiêu thụ ít, được lắp đặt trong những môi trường dễ bị
tấn công để đánh cắp thông tin dữ liệu. Các nguy cơ mất an ninh, an toàn và
bảo mật của mạng IoT tương tự như trong mạng internet truyền thống [CT2].
Chính phủ nhiều nước trên thế giới đã có những chính sách để thúc
đẩy phát triển mạng IoT, bao gồm cả việc đảm bảo an ninh, an toàn cho mạng
IoT như: Chính phủ Mỹ ra Điều luật SB-327-California có hiệu lực từ ngày
01/01/2020 quy định về việc ngăn cấm sử dụng mật khẩu mặc định đối với
thiết bị IoT có kết nối mạng internet vì tin tặc sử dụng các thiết bị này làm
bàn đạp tấn công (Botnet) vào hệ thống mạng máy tính trọng yếu quốc gia;
Chính phủ Anh ban hành đạo luật liên quan đến đảm bảo an ninh, an toàn
lĩnh vực IoT có hiệu lực từ ngày 21/01/2020 quy định mật khẩu mặc định
của thiết bị phải được thay đổi trước khi đưa vào sử dụng, việc cập nhật vá
lỗi phần mềm, thông tin các điểm liên lạc phục vụ cộng đồng trong vấn đề
bảo mật thiết bị IoT; Chính phủ Nhật Bản đã thực hiện chính sách về an toàn
không gian mạng, trong đó chú trọng vào hạ tầng thiết bị IoT và có chiến
lược an toàn, an ninh mạng thể hiện trong Luật An toàn, an ninh mạng, đồng
thời cũng ban hành các văn bản pháp lý quy định về đảm bảo an toàn, nâng
cao uy tín quốc tế về hệ thống mạng IoT từ khâu thiết kế, chế tạo sản phẩm,
tạo kết nối giữa các tổ chức, cá nhân trong và ngoài nước để thiết lập các tiêu
chuẩn chung về bảo mật IoT. Việt Nam hiện đã ban hành nhiều văn bản quy
phạm pháp luật như: Luật An ninh mạng có hiệu lực từ ngày 01/01/2019,
Nghị quyết số 52-NQ/TW ngày 27/9/2019 đề ra những chủ trương chính sách
tham gia vào cuộc cách mạng công nghệ số; Chiến lược Chuyển đổi số của
Chính phủ; Nghị quyết số 30-NQ/TW ngày 25/7/2018 của Bộ Chính trị về
Chiến lược an ninh mạng quốc gia. Để đấu tranh phòng chống tội phạm lợi
dụng không gian mạng máy tính, thiết bị công nghệ trong đó có mạng IoT
để thực hiện hành vị phạm tội, Bộ Công an đã thành lập Cục An ninh mạng
và phòng chống tội phạm công nghệ cao để thực hiện nhiệm vụ quản lý nhà
nước và phòng, chống tội phạm liên quan lĩnh vực này.
2
Có nhiều giải pháp kỹ thuật đề xuất để đảm bảo an ninh, an toàn cho
hệ thống mạng IoT, trong đó giải pháp sử dụng mã hóa nhẹ để bảo mật thông
tin dữ liệu cho hệ thống mạng đang được nhiều học giả quan tâm nghiên cứu.
Đặc trưng chung của các thiết bị mạng IoT là nhỏ gọn, năng lực tính
toán yếu, bộ nhớ nhỏ nên các thuật toán sử dụng cần phải có sự cần bằng
giữa độ phức tạp tính toán, khả năng tính toán, yêu cầu chi phí cài đặt,... để
đảm bảo tính khả thi.
Từ những nội dung tổng hợp, phân tích, đánh giá trên thấy rằng việc
“Nghiên cứu, phát triển một số thuật toán nâng cao khả năng bảo mật cho
các thiết bị trong mạng IoT” có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn và lý luận,
góp phần bổ sung những giải pháp về kỹ thuật để tăng cường khả năng đảm
bảo an ninh, an toàn và bảo mật cho mạng IoT nhằm chống lại xâm nhập trái
phép và tấn công đánh cắp dữ liệu trong bối cảnh mạng IoT ngày càng được
sử dụng phổ biến, dữ liệu được sinh ra lớn, việc trang bị các giải pháp đảm
bảo an toàn cho thiết bị từ nhà sản xuất là hạn chế do phải cân đối với khả
năng tính toán của chính các thiết bị.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu phát triển thuật toán mã hóa nhẹ trên cơ sở các thanh ghi
LFSR ứng dụng cho bảo mật trong mạng IoT, đồng thời đề xuất giải pháp
tạo và trao đổi khóa của thuật toán.
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án: Cấu trúc, đặc điểm của mạng
Internet of Things; Cơ sở toán học của hệ mật mã dòng, thanh ghi dịch phản
hồi tuyến tính, phương pháp đồng dư tuyến tính để sinh số giả ngẫu nhiên;
phương pháp trao đổi khóa cho hệ mật khóa đối xứng.
Phạm vi nghiên cứu: thiết bị có năng lực tính toán thấp như các thiết
bị cảm biến, thiết bị tập trung trong mạng IoT; thuật toán mã dòng sử dụng
thanh ghi dịch phản hồi tuyến tính; phương pháp tạo số giả ngẫu nhiên và
trao đổi khóa cho mật mã đối xứng.
4. Nội dung nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu các nội dung:
- Nghiên cứu phương pháp bảo mật cho thiết bị mạng IoT sử dụng
thuật toán mã hóa dòng nhẹ, gồm: Nghiên cứu xây dựng bộ mã có thể mã
hóa được hết các ký tự trong bảng chữ cái la tinh (26 chữ cái từ A đến Z);
Đề xuất hệ mã dòng nhẹ sử dụng thanh ghi dịch LFSR với số bit khóa phù
hợp thiết bị hạn chế năng lực tính toán và hạn chế bộ nhớ như các thiết bị
