Bài giảng An ninh mạng - Chương 2: Mã đối xứng (Cổ điển)
CHƯƠNG II
Mã đối xứng (cổ điển)
NN
BMHTTT
1
II.1 Mở đầu
Mã hoá cổ điển là phương pháp mã hoá đơn giản
nhất xuất hiện đầu tiên trong lịch sử ngành mã
hoá.
Thuật toán đơn giản và dễ hiểu.
Những phương pháp mã hoá này là cở sở cho việc
nghiên cứu và phát triển thuật toán mã hoá đối
xứng được sử dụng ngày nay.
Trong mã hoá cổ điển có hai phương pháp nổi bật
đó là:
Mã hoá thay thế
Mã hoá hoán vị
Mọi mã cổ điển đều là mã đối xứng
NN
BMHTTT
2
II.1 Mã đối xứng
II.1.1 Các khái niệm cơ bản
Mật mã đối xứng sử dụng cùng một khóa cho việc
mã hóa và giải mã. Có thể nói mã đối xứng là mã
một khoá hay mã khóa bí mật hay mã khoá thỏa
thuận
Giả sử X là văn bản cần mã hóa và Y là dạng văn
bản đã được thay đổi qua việc mã hóa
Y = EK(X) X = DK(Y)
Khoá chung K
E là hàm biến đổi bản rõ thành bản mã
D là hàm biến đổi bản mã trở về bản rõ.
NN
BMHTTT
3
Các khái niệm cơ bản
Thông tin về khóa được chia sẻ giữa người
gửi và người nhận.
Mã đối xứng là kiểu duy nhất trước khi phát
minh ra khoá mã công khai (còn được gọi là
mã không đối xứng) vào những năm 1970.
Hiện nay các mã đối xứng và công khai tiếp
tục phát triển và hoàn thiện. Mã công khai ra
đời hỗ trợ mã đối xứng chứ không thay thế
nó, mã đối xứng đến nay vẫn được sử dụng
rộng rãi.
NN
BMHTTT
4
Thuật ngữ về mã hóa
1. Bản rõ X được gọi là là bản tin gốc. Bản rõ có thể
được chia nhỏ có kích thước phù hợp.
2. Bản mã Y là bản tin gốc đã được mã hoá. Ở đây
ta thường xét phương pháp mã hóa mà không làm
thay đổi kích thước của bản rõ, tức là chúng có
cùng độ dài.
3. Mã là thuật toán E chuyển bản rõ thành bản mã.
Thông thường chúng ta cần thuật toán mã hóa
mạnh, cho dù kẻ thù biết được thuật toán, nhưng
không biết thông tin về khóa cũng không tìm được
bản rõ.
NN
BMHTTT
5
Thuật ngữ về mã hóa
4. Khoá K là thông tin tham số dùng để mã hoá, chỉ
có người gửi và người nhận biết. Khóa là độc lập
với bản rõ và có độ dài phù hợp với yêu cầu bảo
mật.
5. Mã hoá là quá trình chuyển bản rõ thành bản
mã, thông thường bao gồm việc áp dụng thuật
toán mã hóa và một số quá trình xử lý thông tin
kèm theo.
6. Giải mã chuyển bản mã thành bản rõ, đây là quá
trình ngược lại của mã hóa.
NN
BMHTTT
6
Thuật ngữ về mã hóa
7. Mật mã học là chuyên ngành khoa học của Khoa
học máy tính nghiên cứu về các nguyên lý và phương
pháp mã hoá. Hiện nay người ta đưa ra nhiều chuẩn
an toàn cho các lĩnh vực khác nhau của công nghệ
thông tin.
8. Thám mã nghiên cứu các nguyên lý và phương pháp
giải mã thường là không biết khóa. Thông thường khi
đưa các mã mạnh ra làm chuẩn phổ biến công khai
các mã đó được các kẻ thám mã cũng như những
người phát triển mã tìm hiểu nghiên cứu.
9. Lý thuyết mã bao gồm cả mật mã và thám mã để
đánh giá một mã mạnh hay không.
NN
BMHTTT
7
Mô hình mã đối xứng
BMHTTT
8
II.1.2 Các yêu cầu
Một mã đối xứng có các đặc trưng là cách xử
lý thông tin của thuật toán mã hóa, giải mã,
tác động của khóa vào bản mã, độ dài của
khóa.
Mối liên hệ giữa bản rõ, khóa và bản mã
thông qua thuật toán càng phức tạp càng
tốt.
NN
BMHTTT
9
Các yêu cầu
Cụ thể hai yêu cầu để sử dụng an toàn mã
khoá đối xứng là
Thuật toán mã hoá mạnh: Có cơ sở toán học
vững chắc đảm bảo rằng dù công khai thuật
toán, nhưng việc thám mã là rất khó khăn và
phức tạp nếu không biết khóa.
Khoá được giữ bí mật:
Chỉ có người gửi và người nhận biết.
Có kênh an toàn để phân phối khoá giữa các
người sử dụng chia sẻ khóa.
Mối liên hệ giữa khóa và bản mã là không nhận
NN
biết được.
BMHTTT
10
II.1.3 Mật mã
Hệ mật mã được đặc trưng bởi các yếu tố sau
Kiểu của thao tác mã hoá được sử dụng trên bản
rõ:
Phép thế: thay thế các ký tự trên bản rõ bằng các
ký tự khác
Hoán vị: thay đổi vị trí các ký tự trong bản rõ, tức
là thực hiện hoán vị các ký tự của bản rõ.
Tích: của chúng, tức là kết hợp cả hai kiểu thay
thế và hoán vị các ký tự của bản rõ.
NN
BMHTTT
11
Mật mã (tt)
Số khoá được sử dụng khi mã hóa:
Một khoá duy nhất: khoá riêng
Hai khoá: khoá công khai.
Cách mà bản rõ được xử lý, theo:
Khối: dữ liệu được chia thành từng khối có kích
thước xác định và áp dụng thuật toán mã hóa với
tham số khóa cho từng khối.
Dòng: từng phần tử ở đầu vào được xử lý liên tục
tạo phần tử đầu ra tương ứng.
NN
BMHTTT
12
II.1.4 Thám mã
Có hai cách tiếp cận tấn công mã đối xứng.
Tấn công dùng thuật toán: dựa trên thuật toán
và một số đặc trưng chung về bản rõ hoặc một số
mẫu bản rõ/bản mã. Kiểu tấn công này nhằm khai
phá các đặc trưng của thuật toán để tìm bản rõ cụ
thể hoặc tìm khóa.
Tấn công duyệt toàn bộ: kẻ tấn công tìm cách thử
mọi khóa có thể trên bản mã cho đến khi nhận
được bản rõ. Trung bình cần phải thử một nửa số
khóa.
NN
BMHTTT
13
Các kiểu tấn công thám mã
Biết thuật toán và bản mã, dùng phương
pháp thống kê, xác định bản rõ.
Biết thuật toán, biết được bản mã/bản rõ tấn
công tìm khóa.
Chọn bản rõ và nhận được bản mã, biết
thuật toán tấn công tìm khóa.
Chọn bản mã và có được bản rõ tương ứng,
biết thuật toán tấn công tìm khóa…
NN
BMHTTT
14
II.1.5 Tìm duyệt tổng thể (Brute-Force)
Về mặt lý thuyết phương pháp duyệt tổng
thể là luôn thực hiện được, do có thể tiến
hành thử từng khoá, mà số khoá là hữu hạn.
Phần lớn công sức của các tấn công đều tỷ
lệ thuận với kích thước khoá. Khóa càng dài
thời gian tìm kiếm càng lâu và thường tăng
theo hàm mũ.
Ta có thể giả thiết là kẻ thám mã có thể dựa
vào đặc trưng về ngữ cảnh để nhận biết
được bản rõ.
NN
BMHTTT
15
Thời gian đòi hỏi
NN
BMHTTT
16
II.1.6 Độ an toàn
An toàn không điều kiện: ở đây không
quan trọng máy tính mạnh như thế nào, có
thể thực hiện được bao nhiêu phép toán
trong một giây, bản mã không thể bị bẻ, vì
bản mã không cung cấp đủ thông tin để xác
định duy nhất bản rõ. Việc dùng bộ đệm
ngẫu nhiên một lần để mã dòng cho dữ liệu
mà ta sẽ xét cuối bài này được coi là an toàn
không điều kiện. Ngoài ra chưa có thuật toán
mã hóa nào được coi là an toàn không điều
kiện.
NN
BMHTTT
17
Độ an toàn (tt)
An toàn tính toán: với nguồn lực máy tính
giới hạn và thời gian có hạn (chẳng hạn thời
gian tính toán không quá tuổi của vũ trụ) mã
hoá coi như không thể bị bẻ. Trong trường
hợp này coi như mã hóa an toàn về mặt tính
toán. Nói chung từ nay về sau, một thuật
toán mã hóa an toàn tính toán được coi là an
toàn.
NN
BMHTTT
18
II.2 Các mã thế cổ điển thay thế
Mã thay thế là phương pháp mà từng kí tự (nhóm
kí tự) trong bản rõ được thay thế bằng một kí tự
(một nhóm kí tự) khác để tạo ra bản mã. Bên nhận
chỉ cần thay thế ngược lại trên bản mã để có được
bản rõ ban đầu.
Xét các mã cổ điển sử dụng phép thay thế các chữ
của bản rõ bằng các chữ khác của bảng chữ để tạo
thành bản mã.
Ở đây các chữ của bản rõ được thay bằng các chữ
hoặc các số hoặc các ký tự khác.
Hoặc nếu xem bản rõ như môt dãy bít, thì phép
thế thay các mẫu bít bản rõ bằng các mẫu bít bản
mã.
NN
BMHTTT
19
II.2.1 Mã Ceasar
Đây là mã thế được biết sớm nhất, được sáng tạo
bởi Julius Ceasar. Lần đầu tiên được sử dụng trong
quân sự. Việc mã hoá được thực hiện đơn giản là
thay mỗi chữ trong bản rõ bằng chữ thứ ba
tiếp theo trong bảng chữ cái.
Ví dụ:
Meet me after the toga party
PHHW PH DIWHU WKH WRJD SDUWB
c = E(p) = (p + k) mod (26)
p = D(c) = (c – k) mod (26)
Thám mã Ceasar: Chỉ có 26 khoá
GCUA VQ DTGCM ?
NN
BMHTTT
20
Tải về để xem bản đầy đủ
52 trang
25040
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng An ninh mạng - Chương 2: Mã đối xứng (Cổ điển)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_an_ninh_mang_chuong_2_ma_doi_xung_co_dien.pdf
