Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài đặt chương trình minh họa.
Luận văn
Đề tài " Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài
đặt chương trình minh họa "
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
1
Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài đặt chương trình minh họa.
Mục lục khóa luận
Phần 1: Tìm hiểu lịch sử về an toàn thông tin, chứng thực thông tin và chữ ký điện tử 8
Phần 2: Nội dung 11
I. Tổng quan về chứng thực và an toàn thông tin 11
II. Mã hóa dữ liệu và giải mã 12
a. Tổng quan về mã hóa dữ liệu và giải mã: 13
b. Mã hóa bất đối xứng (asymmetric) 14
c. Mã hóa đối xứng (symmetric) 17
d. Hàm băm (Hashing) 18
- Tính chất của hàm băm 19
- Một số hàm băm nổi tiếng 20
+ MD5 (Message Digest) 20
+ SHA (Secure Hash Algorithm) 26
III. Chữ ký điện tử 29
1. Tổng quan 29
2. Quy trình sử dụng chữ ký điện tử 31
3. Một số sơ đồ CKĐT phổ biến 33
a. Rivest Shamir Adleman (RSA) 33
- Sơ lược về các khái niệm toán học dùng trong RSA 33
- Cách tạo khóa: 35
- Quy trình thực hiện ký và xác nhận văn bản 36
Phần này đã được cắt bỏ, hãy liên hệ chủ đề tài để nhận được bản chi tiết hơn. 36
- Tính bảo mật 38
- SHA: Secure Hash Algorithm
- MD5: Message Digest
- CKĐT: Chữ ký điện tử
- CA: Certificate Authority - ủy quyền chứng chỉ
- UCLN: Ước chung lớn nhất
Liên hệ mail: or đt: 0982.070.520
để lấy bài + Code đầy đủ và chi tiết hơn!
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
3
Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài đặt chương trình minh họa.
A. PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Ngày nay, các ứng dụng của công nghệ thông tin ngày càng không thể thiếu được
đối với các thành phần như xã hội, kinh tế, chính trị, quân sự Một lĩnh vực quan
trọng mà công nghệ thông tin được ứng dụng rất mạnh mẽ và không thể thiếu đó là
lĩnh vực truyền thông. Rất nhiều thông tin liên quan đến những công việc hàng ngày
đều do máy vi tính quản lý và truyền gửi đi trên hệ thống mạng, kéo theo đó là vấn
đề về xác thực nguồn thông tin nhận được. Và vấn đề được đặt ra là làm thế nào để
xác thực được một cách chính xác nguồn thông tin nhận là của một người, một máy
chủ hay của một thực thể nào đó gửi tin trên hệ thống mạng?
Hình 1.1 – Mô hình trao đổi thông tin qua mạng INTERNET.
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
A
INTERNE
T
B
D
4
Nghiên cứu lý thuyết về chứng thực thông tin, hệ mã hóa công khai RSA, hàm
băm SHA và cài đặt chương trình minh họa.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Hoạt động nghiên cứu cá nhân
- Hoạt động nghiên cứu tài liệu
- Trao đổi với giảng viên hướng dẫn
7. Cấu trúc khóa luận
Gồm 5 phần chính:
1. Phần mở đầu
2. Phần nội dung
3. Phần kết luận
4. Phần tài liệu tham khảo
5. Phần phụ lục
A. Phần mở đầu:
Lý do chọn đề tài
Mục đích nghiên cứu
Nhiệm vụ nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu
Cấu trúc khóa luận
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
6
Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài đặt chương trình minh họa.
B. Phần nội dung: Gồm 2 Phần:
Phần 1: Tìm hiểu lịch sử về an toàn thông tin, chứng thực thông tin, chữ ký
điện tử.
Phần 2: Nội dung.
I. Tổng quan về chứng thực và an toàn thông tin.
trao đổi và truyền đưa thông tin cho nhau, đặc biệt khi các thông tin đó đã được thể
hiện dưới hình thức ngôn ngữ, thư từ. Lịch sử cho ta biết, các hình thức mật mã
được tìm thấy từ khoảng bốn nghìn năm trước trong nền văn minh Ai Cập cổ đại.
Trải qua hàng nghìn năm lịch sử, mật mã đã được sử dụng rộng rãi trên khắp thế
giới từ Đông sang Tây để giữ bí mật cho việc giao lưu thông tin trong nhiều lĩnh
vực hoạt động giữa con người và các quốc gia, đặc biệt trong các lĩnh vực quân sự,
chính trị, ngoại giao. Mật mã trước hết là một loại hoạt động thực tiễn, nội dung
chính của nó là để giữ bí mật thông tin (chẳng hạn dưới dạng một văn bản).
Suốt mấy nghìn năm lịch sử, các thông báo, thư từ được truyền đưa và trao đổi
với nhau thường là các văn bản, tức là có dạng các dãy ký tự trong một ngôn ngữ
nào đó. Vì vậy, các thuật toán lập mật mã thường cũng đơn giản là thuật toán xáo
trộn, thay đổi các ký tự được xác định bởi các phép chuyển dịch, thay thế hay hoán
vị các ký tự trong bảng ký tự của ngôn ngữ tương ứng, khóa mật mã là thông tin
dùng để thực hiện phép lập mật mã và giải mật mã cụ thể, thí dụ như số vị trí đối
với phép chuyển dịch, bảng xác định các cặp ký tự tương ứng đối với phép thay thế
hay hoán vị, Mật mã chưa phải là một khoa học, do đó chưa có nhiều kiến thức
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
8
Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài đặt chương trình minh họa.
sách vở để lại, tuy nhiên hoạt động bảo mật và thám mã trong lịch sử các cuộc đấu
tranh chính trị, ngoại giao và quân sự thì hết sức phong phú, và mật mã đã có nhiều
tác động rất quan trọng đưa đến những kết quả lắm khi có ý nghĩa quyết định trong
các cuộc đấu tranh đó. Do trong một thời gian dài, bản thân hoạt động mật mã cũng
được xem là một bí mật, nên các tài liệu kỹ thuật về mật mã được phổ biến đến nay
thường chỉ ghi lại các kiến thức kinh nghiệm, thỉnh thoảng mới có một vài "phát
minh" như các hệ mật mã Vigenère vào thế kỷ 16 hoặc hệ mật mã Hill ra đời năm
1929 là các hệ mã thực hiện phép chuyển dịch (đối với mã Vigenère) hay phép thay
thế (mã Hill) đồng thời trên một nhóm ký tự chứ không phải trên từng ký tự riêng
rẽ. [2 - tr12,13]
cuộc sống một cách rộng rãi.
Vào thập kỷ 1980, các công ty và một số cá nhân bắt đầu sử dụng máy fax để
truyền đi các tài liệu quan trọng. Mặc dù chữ ký trên các tài liệu này vẫn thể hiện
trên giấy nhưng quá trình truyền và nhận chúng hoàn toàn dựa trên tín hiệu điện tử.
Hiện nay, chữ ký điện tử có thể bao hàm các cam kết gửi bằng email, nhập các số
định dạng cá nhân (PIN) vào các máy ATM, ký bằng bút điện tử với thiết bị màn
hình cảm ứng tại các quầy tính tiền, chấp nhận các điều khoản người dùng (EULA)
khi cài đặt phần mềm máy tính, ký các hợp đồng điện tử online [7]
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
10
Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài đặt chương trình minh họa.
Phần 2: Nội dung.
I. Tổng quan về chứng thực và an toàn thông tin.
Chúng ta đang sống trong một thời đại bùng nổ thông tin. Nhu cầu trao đổi thông
tin và các phương tiện truyền đưa thông tin phát triển một cách nhanh chóng. Và
cùng với sự phát triển đó, đòi hỏi bảo vệ tính bí mật và chứng thực nguồn thông tin
cũng càng ngày càng to lớn và có tính phổ biến. Có nhiều bài toán khác nhau về yêu
cầu an toàn thông tin tùy theo những tình huống khác nhau.
Ví dụ trong thực tế, một số bài toán chung nhất mà ta thường gặp là những bài
toán sau đây:
- Bảo mật: Giữ thông tin được bí mật đối với tất cả mọi người, trừ một ít người có
thẩm quyền được đọc, biết thông tin đó.
- Toàn vẹn thông tin: Bảo đảm thông tin không bị thay đổi hay xuyên tạc bởi
những kẻ không có thẩm quyền hoặc bằng những phương tiện không được phép.
- Nhận thực một thực thể: Xác nhận danh tính của một thực thể, chẳng hạn một
người, một máy tính cuối trong mạng, một thẻ tín dụng,
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
11
Sự phát triển chóng mặt của Internet đã tác động đến cả công việc kinh doanh và
người tiêu dùng với sự hứa hẹn về việc thay đổi cách mà con người sống và làm
việc. Nhưng mối lo ngại lớn nhất được đề cập đến là việc bảo mật trên Internet, đặc
biệt khi các thông tin mang tính nhạy cảm và riêng tư được gửi đi trên mạng.
Mã hóa là ngành nghiên cứu các thuật toán và phương thức để đảm bảo tính bí mật
và (thường là dưới dạng các văn bản lưu trữ trên máy tính). Các sản phẩm của lĩnh
vực này là các hệ mã mật, các hàm băm, các hệ chữ ký điện tử, các cơ chế phân
phối, quản lý khóa và các giao thức mật mã.
Có rất nhiều thông tin mà chúng ta không muốn người khác biết khi gửi đi như:
thông tin về Credit-Card, thông tin về kinh doanh của công ty, thông tin về tài
khoản cá nhân, thông tin về cá nhân như số chứng minh thư, số thẻ
Quá trình mã hoá trong máy tính dựa vào khoa học về mật mã (Cryptography) đã
được con người sử dụng từ lâu đời. Trước thời đại số hoá, người sử dụng mật mã
nhiều nhất vẫn là chính phủ, chủ yếu trong mục đích quân sự. Hầu hết các phương
pháp mã hoá được dùng hiện nay dựa vào các máy tính, đơn giản là do các mã do
con người sinh ra rất dễ bị phá bởi công cụ máy tính. Các hệ thống mã hoá trong
máy tính phổ biến nhất thuộc một trong hai loại sau:
* Mã hoá với khoá đối xứng (Symmetric-key Encryption)
* Mã hoá với khoá công khai (Public-key Encryption)
Gần đây nhất là các sự kiện liên quan tới các hàm băm MD5 (một hàm băm thuộc
họ MD do Ron Rivest phát triển) và SHA. Một nhóm các nhà khoa học người Trung
Quốc (Xiaoyun Wang, Yiqun Lisa Yin, Hongbo Yu) đã phát triển các phương pháp
cho phép phát hiện ra các đụng độ của các hàm băm được sử dụng rộng rãi nhất
trong số các hàm băm này. Đây là một sự kiện lớn đối với ngành mật mã học do sự
ứng dụng rộng rãi và có thể xem là còn quan trọng hơn bản thân các hệ mã mật của
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
13
Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài đặt chương trình minh họa.
các hàm băm. Do sự kiện này các hãng viết phần mềm lớn (như Microsoft) và các
- Tạo chữ ký số: cho phép kiểm tra một văn bản có phải đã được tạo với một khóa
bí mật nào đó hay không.
- Thỏa thuận khóa: cho phép thiết lập khóa dùng để trao đổi thông tin mật giữa 2
bên.
Thông thường, các kỹ thuật mật mã hóa khóa công khai đòi hỏi khối lượng tính
toán nhiều hơn các kỹ thuật mã hóa khóa đối xứng nhưng những lợi điểm mà chúng
mang lại khiến cho chúng được áp dụng trong nhiều ứng dụng.
Sự ra đời của khái niệm hệ mật mã khoá công khai là một tiến bộ có tính chất
bước ngoặt trong lịch sử mật mã nói chung, gắn liền với sự phát triển của khoa học
tính toán hiện đại. Người ta có thể xem thời điểm khởi đầu của bước ngoặt đó là sự
xuất hiện ý tưởng của W. Diffie và M.E. Hellman được trình bày vào tháng sáu năm
1976 tại Hội nghị quốc gia hàng năm của AFIPS (Hoa kỳ) trong bài Multiuser
cryptographic techniques. [1 – tr78]
Một năm sau, năm 1977, R.L. Rivest, A. Shamir và L.M. Adleman đề xuất một hệ
cụ thể về mật mã khoá công khai mà độ an toàn của hệ dựa vào bài toán khó “phân
tích số nguyên thành thừa số nguyên tố”, hệ này về sau trở thành một hệ nổi tiếng
và mang tên là hệ RSA, được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn bảo mật và an toàn
thông tin. Cũng vào thời gian đó, M.O. Rabin cũng đề xuất một hệ mật mã khoá
công khai dựa vào cùng bài toán số học khó nói trên. Liên tiếp sau đó, nhiều hệ mật
mã khóa công khai được đề xuất, mà khá nổi tiếng và được quan tâm nhiều là các
hệ: hệ McEliece được đưa ra năm 1978 dựa trên độ NP(khó) của bài toán giải mã
đối với các hệ mã cyclic tuyến tính, hệ Merkle- Hellman dựa trên tính NP- đầy đủ
của bài toán xếp ba lô (knapsack problem), hệ mật mã nổi tiếng ElGamal dựa trên
độ khó của bài toán lôgarit rời rạc, hệ này về sau được mở rộng để phát triển nhiều
hệ tương tự dựa trên độ khó của các bài toán tương tự lôgarit rời rạc trên các cấu
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
15
Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài đặt chương trình minh họa.
trúc nhóm cyclic hữu hạn, nhóm các điểm nguyên trên đường cong eliptic, v.v Để
c. Mã hóa đối xứng (symmetric).
Trong mật mã học, các thuật toán khóa đối xứng (tiếng Anh: symmetric-key
algorithms) là một lớp các thuật toán mật mã hóa trong đó các khóa dùng cho việc
mật mã hóa và giải mã có quan hệ rõ ràng với nhau (có thể dễ dàng tìm được một
khóa nếu biết khóa kia). [8]
Khóa dùng để mã hóa có liên hệ một cách rõ ràng với khóa dùng để giải mã có
nghĩa chúng có thể hoàn toàn giống nhau, hoặc chỉ khác nhau nhờ một biến đổi đơn
giản giữa hai khóa. Trên thực tế, các khóa này đại diện cho một bí mật được phân
hưởng bởi hai bên hoặc nhiều hơn và được sử dụng để giữ gìn sự bí mật trong kênh
truyền thông tin.
Thuật toán đối xứng có thể được chia ra làm hai thể loại, mật mã luồng (stream
ciphers) và mật mã khối (block ciphers). Mật mã luồng mã hóa từng bit của thông
điệp trong khi mật mã khối gộp một số bit lại và mật mã hóa chúng như một đơn vị.
Cỡ khối được dùng thường là các khối 64 bit. Thuật toán tiêu chuẩn mã hóa tân tiến
(Advanced Encryption Standard), được NIST công nhận tháng 12 năm 2001, sử
dụng các khối gồm 128 bit. [8]
Các thuật toán đối xứng thường không được sử dụng độc lập. Trong thiết kế của
các hệ thống mật mã hiện đại, cả hai thuật toán bất đối xứng và thuật toán đối xứng
được sử dụng phối hợp để tận dụng các ưu điểm của cả hai. Những hệ thống sử
dụng cả hai thuật toán bao gồm SSL (Secure Sockets Layer), PGP (Pretty Good
Privacy) và GPG (GNU Privacy Guard) Các thuật toán chìa khóa bất đối xứng
được sử dụng để phân phối chìa khóa mật cho thuật toán đối xứng có tốc độ cao
hơn.
Một số ví dụ các thuật toán đối xứng nổi tiếng bao gồm Twofish, Serpent, AES
(còn được gọi là Rijndael), Blowfish, CAST5, RC4, Tam phần DES (Triple DES),
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
17
Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài đặt chương trình minh họa.
và IDEA (International Data Encryption Algorithm - Thuật toán mật mã hóa dữ
vào theo một thuật toán h một chiều nào đó, rồi đưa ra một bản băm gọi là văn bản
đại diện có kích thước cố định. Do đó người nhận không biết được nội dung hay độ
dài ban đầu của thông điệp đã được băm bằng hàm băm.
Giá trị của hàm băm là duy nhất, và không thể suy ngược lại được nội dung thông
điệp từ giá trị băm này. [1 – tr109]
- Tính chất của hàm băm
Tính đụng độ: Theo nguyên lý Diricle: nếu có (n+1) con thỏ được bỏ vào n cái
chuồng thì phải tồn tại ít nhất một cái chuồng mà trong đó có ít nhất là hai con thỏ ở
chung. Rõ ràng với không gian giá trị Băm nhỏ hơn rất nhiều so với không gian tin
về mặt kích thước thì chắc chắn sẽ tồn tại đụng độ, nghĩa là có hai tin x # x’ mà giá
trị Băm của chúng là giống nhau, tức h(x) = h(x’) [1 - 109].
Sau đây chúng ta sẽ xét các dạng tấn công có thể có, từ đó rút ra các tính chất của
hàm Băm:
Tính chất 1: Hàm băm không va chạm yếu.
Hàm băm h là không va chạm yếu nếu khi cho trước một bức điện x, không thể
tiến hành về mặt tính toán để tìm ra một bức điện x’
≠
x mà h(x’) = h(x). [1 - tr110]
Ví dụ: Người A gửi cho B (x, y) với y = Sig
A
(h(x)). Nhưng trên đường truyền, tin
bị lấy trộm. Tên trộm, bằng cách nào đó tìm được một bản thông điệp x’ có h(x’) =
h(x) mà x’ ≠ x. Sau đó, tên trộm đưa x’ thay thế x rồi truyền tiếp cho người B.
Người B nhận được và vẫn xác thực được thông tin đúng đắn.
Để tránh tấn công trên, hàm băm phải không va chạm yếu.
Tính chất 2: Hàm băm không va chạm mạnh
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
19
Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài đặt chương trình minh họa.
< 512bit) của bức điện, chúng ta cộng thêm một bit 1 vào cuối của x, theo sau đó là
các bit 0 để được độ dài cần thiết (512 bit). Kết quả là bức điện vào là một chuỗi M
có độ dài chia hết cho 512, vì vậy ta có thể chia M ra thành các N khối con 32 bit
(N khối này sẽ chia hết cho 16).
Bây giờ, ta bắt đầu tìm cốt của bức điện với 4 khối 32 bit A, B, C và D (được xem
như thanh ghi) :
A = 0x01234567
B = 0x89abcdef
C = 0xfedcba98
D = 0x76543210.
Người ta thường gọi A, B, C, D là các chuỗi biến số (chaining variables).
Bức điện được chia ra thành nhiều khối 512 bit, mỗi khối 512 bit lại được chia ra
16 khối 32 bit đi vào bốn vòng lặp của MD5. Giả sử ta đặt a, b, c và d thay cho A,
B, C và D đối với khối 512 bit đầu tiên của bức điện. Bốn vòng lặp trong MD5 đều
có cấu trúc giống nhau. Mỗi vòng thực hiện 16 lần biến đổi: thực hiện với một hàm
phi tuyến của 3 trong 4 giá trị a, b, c và d; sau đó nó cộng kết quả đến giá trị thứ 4,
tiếp đó cộng với một khối con 32 bit và một hằng số. Sau đó, nó dịch trái một lượng
bit thay đổi và cộng kết quả vào một trong 4 giá trị a, b, c hay d. Kết quả cuối cùng
là một giá trị mới được thay thế một trong 4 giá trị a, b, c hay d.
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
21
Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài đặt chương trình minh họa.
Hình 1.2 sơ đồ vòng lặp chính của MD5
Có bốn hàm phi tuyến, mỗi hàm này được sử dụng cho mỗi vòng:
F(X,Y,Z ) = (X and Y) or ((not X) and Z)
G(X,Y,Z ) = ((X and Z) or (Y and (not Z)))
H(X,Y,Z ) = X xor Y xor Z
I(X,Y,Z ) = Y xor (X or (not Z)).
Những hàm này được thiết kế sao cho các bit tương ứng của X, Y và Z là độc lập
FF (a, b, c, d, M0, 7, 0x76aa478)
FF (d, a, b, c, M1, 12, 0xe8c7b756)
FF (c, d, a, b, M2, 17, 0x242070db)
FF (b, c, d, a, M3, 22, 0xc1bdceee)
FF (a, b, c, d, M4, 7, 0xf57c0faf)
FF (d, a, b, c, M5, 12, 0x4787c62a)
FF (c, d, a, b, M6, 17, 0xa8304613)
FF (b, c, d, a, M7, 22, 0xfd469501)
FF (a, b, c, d, M8, 7, 0x698098d8)
FF (d, a, b, c, M9, 12, 0x8b44f7af)
FF (c, d, a, b, M10, 17, 0xffff5bb1)
FF (b, c, d, a, M11, 22, 0x895cd7be)
FF (a, b, c, d, M12, 7, 0x6b901122)
FF (d, a, b, c, M13, 12, 0xfd987193)
FF (c, d, a, b, M14, 17, 0xa679438e)
FF (b, c, d, a, M15, 22, 0x49b40821).
Vòng 2:
GG (a, b, c, d, M1, 5, 0x61e2562)
GG (d, a, b, c, M6, 9, 0xc040b340)
GG (c, d, a, b, M11, 14, 0x265e5a51)
GG (b, c, d, a, M0, 20, 0xe9b6c7aa)
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
23
Khóa luận tốt nghiệp – 2011 Tìm hiểu về chữ ký điện tử và cài đặt chương trình minh họa.
GG (a, b, c, d, M5, 5, 0xd62f105d)
GG (d, a, b, c, M10, 9, 0x02441453)
GG (c, d, a, b, M15, 14, 0xd8a1e681)
GG (b, c, d, a, M4, 20, 0xe7d3fbc8)
GG (a, b, c, d, M9, 5, 0x21e1cde6)
II (d, a, b, c, M7, 10, 0x432aff97)
II (c, d, a, b, M14, 15, 0xab9423a7)
II (b, c, d, a, M5, 21, 0xfc93a039)
II (a, b, c, d, M12, 6, 0x655b59c3)
II (d, a, b, c, M3, 10, 0x8f0ccc92)
II (c, d, a, b, M10, 15, 0xffeff47d)
II (b, c, d, a, M1, 21, 0x85845dd1)
II (a, b, c, d, M8, 6, 0x6fa87e4f)
II (d, a, b, c, M15, 10, 0xfe2ce6e0)
II (c, d, a, b, M6, 15, 0xa3013414)
II (b, c, d, a, M13, 21, 0x4e0811a1)
II (a, b, c, d, M4, 6, 0xf7537e82)
II (d, a, b, c, M11, 10, 0xbd3af235)
II (c, d, a, b, M2, 15, 0x2ad7d2bb)
II (b, c, d, a, M9, 21, 0xeb86d391).
Liên hệ. Mail: or đt: 0982.070.520
25
Copyright: Tài liệu đại học ©