an toàn mạng thông tin - bài 2 cơ sở mật mã học

1
an toμn m¹ng th«ng tin
Mai Quèc Kh¸nh

Bμi 2: c¬ së mËt m∙ häc
2
Giíi thiÖu (1)
• Tæng quan vÒ c¸c thuËt to¸n mËt m·
• TÊn c«ng mËt m·
• Thuéc tÝnh cña c¸c thuËt to¸n m· ho¸
• Ph©n lo¹i c¸c thuËt to¸n m· ho¸
3
Giíi thiÖu (2)
4
hai ứng dụng chính của các
thuật toán mật m
Mã hoá dữ liệu (Data Encryption): chuyển đổi bản rõ
(plaintext) thành bản mã (ciphertext) để che dấu nghĩa
của nó
Ký dữ liệu (Signing of Data): máy tính kiểm tra chữ
ký số (digital signature) của bản rõ hoặc bản mã để
xác nhận các thực thể nào đó có quyền truy cập dữ
liệu (đã đợc ký) hay không
Một số thuật toán mật mã có thể dùng cho cả hai mục
đích mã hoá và ký dữ liệu, một số thuật toán chỉ dùng
cho một trong hai mục đích.
5
các thành phần của sơ đồ
mật m truyền thống
Bản rõ (plaintext): bản tin gốc đầu vào của thuật toán mã hoá
Thuật toán mã hoá (encryption algorithm): thuật toán thực hiện các

phép thay thế và chuyển đổi trên bản rõ
Khoá bí mật (secret key): cũng là một đầu vào của thuật toán mã
hoá. Sự chuyển đổi và thay thế sẽ đợc thực hiện phụ thuộc vào
khoá này
Bản mã (ciphertext): bản tin đã đợc xáo trộn ở đầu ra của thuật
toán. Cùng một bản rõ, nhng mã hoá với hai khoá bí mật khác
nhau sẽ tạo ra hai bản mã khác nhau
Thuật toán giải mã (decryption algorithm): thuật toán ngợc lại với
thuật toán mã hoá. Với đầu vào là bản mã và cùng khoá bí mật sẽ
tái tạo ra bản rõ ban đầu ở đầu ra cuả thuật toán giải mã
6
Theo phép toán sử dụng để chuyển đổi bản rõ thành bản mã:
Thay thế (substitution): mỗi phần tử trong bản rõ đợc ánh xạ (map) sang
một phần tử khác
Hoán vị (transposition): các phần tử của bản rõ đợc sắp xếp lại
Theo sốlợng khoá đợc dùng:
Nếu cả bên gửi và bên nhận sử dụng cùng một khoá, thì hệ thống đợc
gọi là mã hoá đối xứng (symmetric), mã hoá khoá bí mật (secret-key),
mã hoá một khoá (single-key)
Nếu bên gửi và bên nhận sử dụng hai khoá khác nhau, thì hệ thống đợc
gọi là mã hoá bất đối xứng (asymmetric), mã hoá khoá công khai
(public-key), mã hoá hai khoá (two-key)
Theo cách thức xử lý bản rõ:
Mật mã khối (block cipher): xử lý mỗi lần một khối các phần tử đầu vào,
tạo ra một khối đầu ra với mỗi khối đầu vào
Mật mã chuỗi (stream cipher): xử lý liên tiếp các phần tử đầu và, tạo ra
mỗi lần một phần tử đầu ra
Các tiêu chí phân loại mật m
7
Mật mã đối xứng (symmetric cryptography) dùng một

khoá cho mã hoá/giải mã hoặc cho ký/kiểm tra
Mật mã không đối xứng (asymmetric cryptography)
dùng hai khoá khác nhau cho mã hoá/giải mã hoặc cho
ký/kiểm tra
Các hàm trộn mật mã (cryptographic hash functions)
sử dụng các khoá 0 (khoá ở đây không phải là một
đầu vào tách rời mà đợc gắn hoặc trộn với dữ
liệu).
phân loại các thuật toán mật m
8
tấn công mật m - Thám m
Tấn công mật mã (cryptography attack) hay còn gọi là
thám mã (cryptanalysis) là quá trình cố gắng phát
hiện bản rõ (plaintext) hoặc khoá (key)
Chiến lợc đợc dùng bởi những ngời thám mã phụ
thuộc vào tính chất của sơ đồ mã hoá và các thông tin
có thể có với ngời thám mã
Những kiểu thám mã truyền thống (xem bảng trong
slide tiếp theo)
Những kiểu thám mã mới: thám mã vi sai, thám mã
tuyến tính
9
Kiểu tấn công Những điều ngời thám mã biết trớc
Chỉ với bản mã
(ciphertext only)
Thuật toán mã hoá
Bản mãđợc giải mã
Bản rõ đã biết
(known plaintext)
Thuật toán mã hoá

Bản mãđợc giải mã
Một hoặc nhiều cặp bản rõ-bản mã đợc tạo ra với khoá bí mật
Bản rõ đã chọn
(chosen plaintext)
Thuật toán mã hoá
Bản mãđợc giải mã
Bản rõ đã chọn bởi ngời thám mã, cùng với bản mã tơng ứng đợc tạo ra
với khoá bí mật
Bản mã đã chọn
(chosen ciphertext)
Thuật toán mã hoá
Bản mãđợc giải mã
Bản mã dự định bởi ngời thám mã, cùng với bản rõ tơng ứng đợc giải
mã với khoá bí mật
Bản text đã chọn
Thuật toán mã hoá
Bản mãđợc giải mã
Bản rõ đã chọn bởi ngời thám mã, cùng với bản mã tơng ứng đợc tạo ra
với khoá bí mật
Bản mã dự định bởi ngời thám mã, cùng với bản rõ tơng ứng đợc giải mã
với khoá bí mật
10
M∙ ho¸vµgi¶i m∙ (1)
M· ho¸ Gi¶i m·
Key=010011 1 Key=010011 1
11
M hoávàgiải m (2)
Có thể khoá đợc thì
cũng có thể mở đợc
Ai cũng khoá đợc nhng

chỉ có ngời giữ chìa khoá
mới có thể mở đợc.
12
mậT m khoá công khai
Giải mật mã các thuật mã hoá khoá công khai:
Thực tế khi khoá đợc bị lộ thì có thể bị khai thác
Các thuật toán giải mã khoá công khai tập trung
vào việc phá vỡ bản thân hệ thống mật mã và gần
với các nghiên cứu toán học thuần tuý hơn các
thuật giải mã mật cổ điển.
Các hớng chính:
Tính toán các thuật toán rời rạc
Tìm thừa số của các số nguyên lớn
13
tấn công tổng lực
(Brute force attack)
Tấn công tổng lực thử mọi khoá có thể có cho đến khi
nào tìm ra bản rõ hiểu đợc:
Về mặt lý thuyết, mọi thuật toán mật mã đều có thể bị
phá vỡ bằng cách tấn công tổng lực
Trung bình, một nửa số chìa khoá có thể có sẽ phải
đợc thử
Bảng dới đây chỉ thời gian trung bình để tìm hết mọi
chìa khoá với các kích thớc khoá khác nhau
14
Thời gian trung bình để tìm kiếm
theo kiểu "vét cạn" để tìm ra hết mọi chìa khoá
Kích thớc
khoá [bit]
Số lợng khoá

có thể có
Với tốc độ xử lý
1 phép giải mã / s
Với tốc độ xử lý
10
6
phép giải mã / s
32 2
32
= 4.3 x 10
9
2
31
s = 35.8 phút
2.15 ms
56 2
56
= 7.2 x 10
16
2
55
s = 1142 năm
10.01 giờ
128 2
128
= 3.4 * 10
38
2
127
s = 5.4 x 10

24
năm
5.4 x 10
18
năm
168 2
168
= 3.7 * 10
50
2
167
s = 5.4 x 10
36
năm
5.4 x 10
30
năm
15
thÕ nµo lµ sè lín?
• B¶ng d−íi ®©y liÖt kª c¸c con sè tham chiÕu so s¸nh víi c¸c ®é
lín t−¬ng ®èi:
16
thuộc tính của thuật toán m hoá
Khi mã hoá một bản rõ thành bản mã, cần quan tâm đến các
thuộc tính sau:
Truyền lỗi: đặc trng cho ảnh hởng của các lỗi bit xảy ra
khi truyền bản mã lên bản rõ đợc tái tạo.
Tuỳ theo thuật toán mã hoá, mỗi bit lỗi của bản mã có
thể gây ra một hay nhiều bit lỗi trên bản rõ đợc tái tạo
Đồng bộ hoá: đặc trng cho ảnh hởng của việc mất các

đơn vị dữ liệu bản mã lên bản rõ đợc tái tạo
Một số thuật toá mã hoá không thể phục hồi bản rõ từ
bản mã đã mất dữ liệu và do vậy cần phải đồng bộ lại
trong trờng hợp mất bản tin
Các thuật toán khác tự động đồng bộ lại sau 0 đến n bit
bản mã (n lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào thuật toán)
17
Các thuật toán mật m (tóm tắt)
Các thuật toán
viết mật mã
Tổng quan
Mật mã / giải mã
đối xứng
Mật mã / giải mã
không đối xứng
Các hàm trộn
mật mã
Giải mật mã
Các thuộc tính
Các chế độ
hoạt động
DES
AES
RC4
Cơ bản
RSA
Diffie-Hellman
EIGamal
MDCs / MACs
MD-5

SHA-1
CBC-MAC