Chữ ký điện tử và thủ tục xác nhận

Chữ ký điện tử và thủ
Chữ ký điện tử và thủ
tục xác nhận
tục xác nhận
Fourth Edition
Fourth Edition
by William Stallings
by William Stallings
Lecture slides by Lawrie Brown
Lecture slides by Lawrie Brown

Chữ ký điện tử
Chữ ký điện tử
Digital Signatures
Digital Signatures

Được xem như mẩu tin được xác thực
Được xem như mẩu tin được xác thực

Cung cấp các khả năng để
Cung cấp các khả năng để

Kiểm chứng tác giả, ngày và giờ ký
Kiểm chứng tác giả, ngày và giờ ký


Xác thực nội dung mẩu tin
Xác thực nội dung mẩu tin

Được kiểm chứng bởi bên thứ 3 để chống từ
Được kiểm chứng bởi bên thứ 3 để chống từ
chối
chối

Vì vậy bao gồm hàm xác thực
Vì vậy bao gồm hàm xác thực

và một số khả năng bổ sung
và một số khả năng bổ sung

Các tính chất của chữ ký điện tử
Các tính chất của chữ ký điện tử
Digital Signature Properties
Digital Signature Properties

Cần phải phụ thuộc vào nội dung ký
Cần phải phụ thuộc vào nội dung ký

Cần sử dụng thông tin đặc trưng duy nhất
Cần sử dụng thông tin đặc trưng duy nhất
đối với người gửi
đối với người gửi

Để chống cả giả mạo và từ chối
Để chống cả giả mạo và từ chối


Cần phải tương đối dễ dàng tạo ra
Cần phải tương đối dễ dàng tạo ra

Dễ dàng đoán nhận và kiểm chứng
Dễ dàng đoán nhận và kiểm chứng

Không thể tính toán giả mạo được
Không thể tính toán giả mạo được

Với bản tin mới và chữ ký đã có
Với bản tin mới và chữ ký đã có

Với chữ ký giả mạo cho 1 bản tin
Với chữ ký giả mạo cho 1 bản tin

Có thể lưu trữ cất chữ ký điện tử
Có thể lưu trữ cất chữ ký điện tử

Chữ ký điện tử trực tiếp
Chữ ký điện tử trực tiếp
Direct Digital Signatures
Direct Digital Signatures

Bao gồm chỉ người gửi và người nhận
Bao gồm chỉ người gửi và người nhận

Người nhận được phép có khoá công khai của
Người nhận được phép có khoá công khai của
người gửi
người gửi


Chữ ký được người gửi ký trên toàn bộ mẩu tin
Chữ ký được người gửi ký trên toàn bộ mẩu tin
hoặc Hash với khoá riêng
hoặc Hash với khoá riêng

Có thể mã bằng khoá công khai của người
Có thể mã bằng khoá công khai của người
nhận
nhận

Quan trọng là ký trước và sau đó mã hoá bản tin
Quan trọng là ký trước và sau đó mã hoá bản tin
và chữ ký
và chữ ký

Tính an toàn phụ thuộc vào khoá riêng của
Tính an toàn phụ thuộc vào khoá riêng của
người gửi
người gửi

Chữ ký điện tử có trọng tài
Chữ ký điện tử có trọng tài
Arbitrated Digital Signatures
Arbitrated Digital Signatures

Bao gồm cả việc sử dụng trọng tài A
Bao gồm cả việc sử dụng trọng tài A

Kiểm tra mọi mẩu tin được ký

Kiểm tra mọi mẩu tin được ký

Sau đó điền ngày giờ và gửi cho người nhận
Sau đó điền ngày giờ và gửi cho người nhận

Đòi hỏi mức độ tin cậy hợp lý đối với trọng
Đòi hỏi mức độ tin cậy hợp lý đối với trọng
tài
tài

Có thể cài đặt với thuật toán khoá riêng
Có thể cài đặt với thuật toán khoá riêng
hoặc khoá công khai.
hoặc khoá công khai.

Trọng tài có thể được xem hoặc không
Trọng tài có thể được xem hoặc không
được xem mẩu tin
được xem mẩu tin

Thủ tục xác thực
Thủ tục xác thực
Authentication Protocols
Authentication Protocols

Làm cho các bên tin tưởng vào danh tính
Làm cho các bên tin tưởng vào danh tính
của nhau để trao đổi khoá kỳ
của nhau để trao đổi khoá kỳ


Có thể 1 chiều và đa trị
Có thể 1 chiều và đa trị

Vấn đề chính là
Vấn đề chính là

Bảo mật - để bảo vệ khoá kỳ
Bảo mật - để bảo vệ khoá kỳ

Thời sự - chống tấn công trì hoãn
Thời sự - chống tấn công trì hoãn

Các thủ tục đã công bố bị phát hiện có lỗi
Các thủ tục đã công bố bị phát hiện có lỗi
và cần được điều chỉnh
và cần được điều chỉnh

Tấn công trì hoãn
Tấn công trì hoãn
Replay Attacks
Replay Attacks

Bao gồm chỉ người gửi và người nhận
Bao gồm chỉ người gửi và người nhận

Người nhận được phép có khoá công khai của
Người nhận được phép có khoá công khai của
người gửi
người gửi


Chữ ký được người gửi ký trên toàn bộ mẩu tin
Chữ ký được người gửi ký trên toàn bộ mẩu tin
hoặc Hash với khoá riêng
hoặc Hash với khoá riêng

Có thể mã bằng khoá công khai của người
Có thể mã bằng khoá công khai của người
nhận
nhận

Quan trọng là ký trước và sau đó mã hoá bản tin
Quan trọng là ký trước và sau đó mã hoá bản tin
và chữ ký
và chữ ký

Tính an toàn phụ thuộc vào khoá riêng của
Tính an toàn phụ thuộc vào khoá riêng của
người gửi
người gửi

Sử dụng khoá đối xứng
Sử dụng khoá đối xứng
Using Symmetric Encryption
Using Symmetric Encryption

Như đã thảo luận trước có thể sử dụng
Như đã thảo luận trước có thể sử dụng
kiến trúc 2 tầng khoá
kiến trúc 2 tầng khoá


Thông thường có Trung tâm phân phối
Thông thường có Trung tâm phân phối
khoá tin cậy
khoá tin cậy

Mỗi bên chia sẻ khoá chính của mình với
Mỗi bên chia sẻ khoá chính của mình với
KDC
KDC

KDC sinh khoá kỳ được sử dụng trao đổi giữa
KDC sinh khoá kỳ được sử dụng trao đổi giữa
các bên
các bên

Khoá chính được dùng để phân phối khoá kỳ
Khoá chính được dùng để phân phối khoá kỳ

Needham-Schroeder Protocol
Needham-Schroeder Protocol

Thủ tục phân phối khoá có bên thứ 3 tham gia
Thủ tục phân phối khoá có bên thứ 3 tham gia

Tạo khoá kỳ giữa A và B do KDC cung cấp
Tạo khoá kỳ giữa A và B do KDC cung cấp

Thủ tục cụ thể như sau:
Thủ tục cụ thể như sau:
1.

1.
A->KDC:
A->KDC:
ID
ID
A
A


||
||
ID
ID
B
B


||
||
N
N
1
1
2
2
. KDC ->
. KDC ->


A: E

A: E
Ka
Ka
[Ks
[Ks


||
||
ID
ID
B
B


||
||
N
N
1
1
|| E
|| E
Kb
Kb
[
[
Ks
Ks
||

||
ID
ID
A
A
] ]
] ]
3.
3.
A ->
A ->


B:
B:
E
E
Kb
Kb
[
[
Ks
Ks
||
||
ID
ID
A
A
]

]
4.
4.
B ->
B ->


A:
A:
E
E
Ks
Ks
[
[
N
N
2
2
]
]
5.
5.
A ->
A ->


B:
B:
E

E
Ks
Ks
[f(
[f(
N
N
2
2
)]
)]

Needham-Schroeder Protocol
Needham-Schroeder Protocol

Sử dụng phân phối khoá bộ phận mới để A và
Sử dụng phân phối khoá bộ phận mới để A và
B trao đổi
B trao đổi

Có lỗ hổng là bị tấn công trì hoãn, nếu khoá bộ
Có lỗ hổng là bị tấn công trì hoãn, nếu khoá bộ
phận cũ vẫn còn thỏa thuận dùng
phận cũ vẫn còn thỏa thuận dùng

Khi đó mẩu tin 3 có thể bị gửi lại khẳng định
Khi đó mẩu tin 3 có thể bị gửi lại khẳng định
với B là đang trao đổi với A
với B là đang trao đổi với A


Muốn sửa lỗi trên cần phải
Muốn sửa lỗi trên cần phải

Dùng Tem thời gian (Denning 81)
Dùng Tem thời gian (Denning 81)

Sử dụng thêm nhãn (Neuman 93)
Sử dụng thêm nhãn (Neuman 93)

Sử dụng khoá công khai
Sử dụng khoá công khai
Using Public-Key Encryption
Using Public-Key Encryption

Có nhiều ứng dụng dựa trên khoá công
Có nhiều ứng dụng dựa trên khoá công
khai
khai

Cần phải tin tưởng rằng có khoá công
Cần phải tin tưởng rằng có khoá công
khai đúng của các đối tác khác.
khai đúng của các đối tác khác.

Sử dụng máy chủ xác thực trung tâm AS
Sử dụng máy chủ xác thực trung tâm AS
(Authentication Server)
(Authentication Server)

Có nhiều thủ tục tồn tại sử dụng tem thời

Có nhiều thủ tục tồn tại sử dụng tem thời
gian và nhãn
gian và nhãn

Denning AS Protocol
Denning AS Protocol

Denning 1981 đề xu
Denning 1981 đề xu
ất
ất


1.
1.
A ->
A ->


AS:
AS:
ID
ID
A
A


||
||
ID

ID
B
B
2.
2.
AS ->
AS ->


A: E
A: E
PRas
PRas
[
[
ID
ID
A
A
||PU
||PU
a
a
||T] || E
||T] || E
PRas
PRas
[
[
ID

ID
B
B
||PU
||PU
b
b
||T]
||T]
3.
3.
A ->
A ->


B: E
B: E
PRas
PRas
[
[
ID
ID
A
A
||PU
||PU
a
a
||T] || E

||T] || E
PRas
PRas
[
[
ID
ID
B
B
||PU
||PU
b
b
||T] || E
||T] || E
PUb
PUb
[E
[E
PRas
PRas
[K
[K
s
s
||
||
T]]
T]]


Nhận thấy rằng khoá kỳ được chọn bởi A, do đó
Nhận thấy rằng khoá kỳ được chọn bởi A, do đó
AS không cần được uỷ quyền bảo vệ nó
AS không cần được uỷ quyền bảo vệ nó

Tem thời gian chống trì hoãn nhưng cần đồng
Tem thời gian chống trì hoãn nhưng cần đồng
hồ đồng bộ
hồ đồng bộ

Xác thực một chiều
Xác thực một chiều
One-Way Authentication
One-Way Authentication

Được dùng khi người nhận và người gửi
Được dùng khi người nhận và người gửi
không cùng ở trạng thái trao đổi
không cùng ở trạng thái trao đổi

Có đầu tin rõ ràng để có thể phân phối bởi
Có đầu tin rõ ràng để có thể phân phối bởi
hệ thống thư điện tử
hệ thống thư điện tử

Có thể muốn nội dung tin được bảo vệ và
Có thể muốn nội dung tin được bảo vệ và
xác thực bởi người gửi
xác thực bởi người gửi

Sử dụng khoá đối xứng
Sử dụng khoá đối xứng
Using Symmetric Encryption
Using Symmetric Encryption

Có thể làm tốt hơn ứng dụng của KDC
Có thể làm tốt hơn ứng dụng của KDC
nhưng không thể trao đổi nhãn cuối cùng:
nhưng không thể trao đổi nhãn cuối cùng:
1.
1.
A
A
->
->
KDC:
KDC:
ID
ID
A
A


||
||
ID
ID
B
B

||
||
N
N
1
1
2
2
. KDC
. KDC
->
->
A: E
A: E
Ka
Ka
[Ks
[Ks


||
||
ID
ID
B
B


||

||
N
N
1
1
|| E
|| E
Kb
Kb
[
[
Ks
Ks
||
||
ID
ID
A
A
] ]
] ]
3.
3.
A
A
->
->
B:
B:
E

E
Kb
Kb
[
[
Ks
Ks
||
||
ID
ID
A
A
] || E
] || E
Ks
Ks
[M]
[M]



does not protect against replays
does not protect against replays

Không bảo vệ chống trì hoãn được
Không bảo vệ chống trì hoãn được

Có thể dựa trên tem thời gian trên mẳu tin,
Có thể dựa trên tem thời gian trên mẳu tin,

tuy nhiên trì hoãn email tạovẫn nên vấn đề đó
tuy nhiên trì hoãn email tạovẫn nên vấn đề đó

Sử dụng khoá công khai
Sử dụng khoá công khai
Public-Key Approaches
Public-Key Approaches

Chúng ta đã thấy một số cách tiếp cận khoá
Chúng ta đã thấy một số cách tiếp cận khoá
công khai
công khai

Nếu bảo mật là chính, có thể dùng:
Nếu bảo mật là chính, có thể dùng:
A
A
->
->
B: E
B: E
PUb
PUb
[Ks] || E
[Ks] || E
Ks
Ks
[M]
[M]


Mã được khoá kỳ và bản tin mã
Mã được khoá kỳ và bản tin mã

Nếu xác thực cần chữ ký điện tử với xác
Nếu xác thực cần chữ ký điện tử với xác
nhận điện tử:
nhận điện tử:
A
A
->
->
B: M || E
B: M || E
PRa
PRa
[H(M)] || E
[H(M)] || E
PRas
PRas
[T||ID
[T||ID
A
A
||PU
||PU
a
a
]
]


với mẩu tin, chữ ký và xác nhận
với mẩu tin, chữ ký và xác nhận

Chuẩn chữ ký điện tử (DSS)
Chuẩn chữ ký điện tử (DSS)
Digital Signature
Digital Signature
Standard
Standard

Chính phủ Mỹ ủng hộ sơ đồ chữ ký điện
Chính phủ Mỹ ủng hộ sơ đồ chữ ký điện
tử FIPS 186
tử FIPS 186

Sử dụng thuật toán hash SHA công bố
Sử dụng thuật toán hash SHA công bố
1991, sửa 1996, 2000
1991, sửa 1996, 2000

DSS là chuẩn và DSA là thuật toán
DSS là chuẩn và DSA là thuật toán

Có phương án cải biên Elgamal và
Có phương án cải biên Elgamal và
Schnorr
Schnorr

Thuật toán chữ ký điện tử DSA
Thuật toán chữ ký điện tử DSA

Digital Signature
Digital Signature
Algorithm
Algorithm
(DSA)
(DSA)

Tạo 320 bit chữ ký
Tạo 320 bit chữ ký

Với lựa chọn 512-1024 bit an toàn
Với lựa chọn 512-1024 bit an toàn
hơn
hơn

Nhỏ và nhanh hơn RSA
Nhỏ và nhanh hơn RSA

Chỉ có sơ đồ chữ ký điện tử
Chỉ có sơ đồ chữ ký điện tử

An toàn phụ thuộc vào độ khó của
An toàn phụ thuộc vào độ khó của
tính logarit rời rạc
tính logarit rời rạc

Digital Signature
Digital Signature
Algorithm
Algorithm

(DSA)
(DSA)

Sinh khoá DSA
Sinh khoá DSA
DSA Key Generation
DSA Key Generation

Chia sẻ giá trị khoá công khai tổng thể
Chia sẻ giá trị khoá công khai tổng thể
(p,q,g):
(p,q,g):

số nguyên tố lớn
số nguyên tố lớn
p = 2
p = 2
L
L


ở đó L= 512 to 1024 bits và là bội của 64
ở đó L= 512 to 1024 bits và là bội của 64

chọn q là số nguyên tố 160 bit ước của p-1
chọn q là số nguyên tố 160 bit ước của p-1

chọn
chọn
g = h

g = h
(p-1)/q
(p-1)/q


ở đó
ở đó
h<p-1, h
h<p-1, h
(p-1)/q
(p-1)/q
(mod p) > 1
(mod p) > 1



Người sử dụng chọn khoá riêng và tính khoá
Người sử dụng chọn khoá riêng và tính khoá
công khai
công khai


chọn x<q
chọn x<q


Tính y = g
Tính y = g
x
x

(mod p)
(mod p)

Tạo chữ ký DSA
Tạo chữ ký DSA
DSA Signature Creation
DSA Signature Creation

Để ký mẩu tin M người gửi cần
Để ký mẩu tin M người gửi cần

Sinh khoá chữ ký ngẫu nhiên k: k < p,
Sinh khoá chữ ký ngẫu nhiên k: k < p,

k phải là số ngẫu nhiên, được xoá sau khi
k phải là số ngẫu nhiên, được xoá sau khi
dùng và không bao giờ dùng lại
dùng và không bao giờ dùng lại



Sau đó tính cặp chữ ký
Sau đó tính cặp chữ ký
:
:
r = (g
r = (g
k
k
(mod p))(mod q)

(mod p))(mod q)
s = (k
s = (k
-1
-1
(H(M)+ x.r))(mod q)
(H(M)+ x.r))(mod q)



Gửi cặp chữ ký (r, s) cùng với bản tin M
Gửi cặp chữ ký (r, s) cùng với bản tin M

Kiểm chứng chữ ký DSA
Kiểm chứng chữ ký DSA
DSA Signature Verification
DSA Signature Verification



Nhận được bản tin M cùng với chữ ký (r,
Nhận được bản tin M cùng với chữ ký (r,
s)
s)



Để kiểm chứng chữ ký người nhận cần
Để kiểm chứng chữ ký người nhận cần
tính:

tính:
w = s
w = s
-1
-1
(mod q)
(mod q)
u1= (H(M).w)(mod q)
u1= (H(M).w)(mod q)
u2= (r.w)(mod q)
u2= (r.w)(mod q)
v = (g
v = (g
u1
u1
.y
.y
u2
u2
(mod p)) (mod q)
(mod p)) (mod q)
•


Nếu v = r thì chữ ký đã được kiểm chứng
Nếu v = r thì chữ ký đã được kiểm chứng

Summary
Summary


have discussed:
have discussed:

digital signatures
digital signatures

authentication protocols (mutual & one-way)
authentication protocols (mutual & one-way)

digital signature algorithm and standard
digital signature algorithm and standard