TÌM HIỂU VỀ MÃ HOÁN VỊ, HÀM BĂM MD5, CÁC DỊCH VỤ PGP BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC AN TOÀN BẢO MẬT THÔNG TIN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM



BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC AN TOÀN BẢO MẬT THÔNG TIN

Đề tài: TÌM HIỂU VỀ MÃ HOÁN VỊ, HÀM BĂM MD5, CÁC DỊCH VỤ PGP

GVHD : TS. Hồ Thị Hƣơng Thơm
Nhóm 01 : Lê Hoàng Dƣơng
Lê Quyết Tiến
Đặng Trung Hiếu
Nguyễn Hoàng Thùy Trang
Bùi Thị Hƣơng







Hi Phòng, tháng 6 

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÃ HÓA 1
1.1. Khái niệm về mã hóa dữ liệu: 1
1.2. Phân loại mã hóa dữ liệu: 1
1.2.1. Phân loại theo các phƣơng pháp: 1
1.2.2. Phân loại theo số lƣợng khóa: 3
1.3. Tầm quan trọng của mã hóa dữ liệu: 3
1.4. Các ứng dụng của mã hóa dữ liệu: 3

CHƢƠNG 2: MÃ HOÁN VỊ 5
2.1. Cơ sở lý thuyết: 5
(1) Đảo ngƣợc toàn bộ bản rõ 5
(2) Mã hóa theo mẫu hình học 5
2.2. Cài đặt chƣơng trình: 6
CHƢƠNG 3: HÀM BĂM MD5 8
3.1. Cơ sở lý thuyết: 10
3.1.1. Hàm băm: 10
3.1.2. Hàm băm MD5: 12
3.1.2.1. Giới thiệu: 12
3.1.2.2. Thuật toán MD5: 12
3.2. Cài đặt chƣơng trình: 18
CHƢƠNG 4: CÁC DỊCH VỤ PGP 27
4.1. Tổng quan về PGP 27
4.1.1. Giới thiệu chung về PGP 27
4.1.2. Mục đích sử dụng PGP 27
4.1.3. Hoạt động của PGP 27
4.1.3.1. Xác thực 28
4.1.3.2. Mã hóa 28
4.1.3.3. Bảo mật và xác thực 29
4.1.3.4. Nén 29
4.1.3.5. Tƣơng thích thƣ điện tử 29
4.1.3.6. Khoá riêng và công khai của PGP 30
4.1.3.7. Các chùm khoá PGP 31
4.1.3.8. Sinh mẩu tin PGP 31
4.1.3.9. Quản lý khoá PGP 31
4.2. Cài đặt và thử nghiệm: 32
4.2.1. Cài đặt: 32
4.2.2. Sử dụng PGP Desktop Proffessionnal: 35

1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÃ HÓA
1.1. Khái niệm về mã hóa dữ liệu:
Mã hóa đã đƣợc con ngƣời sử dụng từ lâu đời. Các hình thức mã hóa sơ khai đã
đƣợc tìm thấy từ khoảng 4000 năm trƣớc trong nền văn minh Ai Cập cổ đại. Trải qua
hàng nghìn năm lịch sử, mã hóa đã đƣợc sử dụng rộng rãi ở khắp nơi trên thế giới từ
Đông sang Tây để giữ bí mật cho việc giao lƣu thông tin trong nhiều lĩnh vực hoạt động
giữa con ngƣời và các quốc gia, đặc biệt trong các lĩnh vực quân sự, chính trị, ngoại giao.
Vậy Encrypt (Encipher, Encryption): mã hóa – đó là quá trình biến đổi thông tin từ dạng
ban đầu – có thể hiểu đƣợc thành dạng không thể hiểu đƣợc, với mục đích giữ bí mật
thông tin đó.
Hệ mật mã: Hệ mật mã đƣợc định nghĩa là một bộ năm (P, C, K, E, D), trong đó:
 P là tập hữu hạn các các bản rõ có thể
 C tập hữu hạn các bản mã có thể
 K là tập hữu hạn các khoá có thể
 E là tập các hàm lập mã
 D là tập các hàm giải mã.
Với mỗi k ∈ K, có một hàm lập mã ek ∈ E, ek : P → C và một hàm giải mã dk∈ D, dk: C
→ P sao cho
dk(ek(x)) = x , ∀ x ∈ P

Hình 1.1 Quá trình mã hóa và gii mã

1.2. Phân loại mã hóa dữ liệu:
1.2.1. Phân loại theo các phƣơng pháp:
 Mã hóa 2 chiều
(1) i xng (Symetric cryptography):
- Mã hóa đối xứng còn có một số tên gọi khác nhƣ Secret Key Cryptography
hay Private Key Cryptography, sử dụng một khóa cho cả 2 quá trình mã hóa và
giải mã. Trong hệ thống mã hóa đối xứng, trƣớc khi truyền dữ liệu, 2 bên gửi

2
và nhận phải thỏa thuận về khóa dùng chung cho quá trình mã hóa và giải mã.
Sau đó, bên gửi sẽ mã hóa bản rõ (PlainText) bằng cách sử dụng khóa bí mật
này và gửi cho bên nhận. Bên nhận sau khi nhận đƣợc thông điệp đã mã hóa sẽ
dùng chính khóa bí mật mà 2 bên đã thỏa thuận để giải mã và lấy lại bản rõ
(PlainText).


i xng
- Mã hóa đối xứng có thể chia làm 2 loại:
 Loại tác động theo từng nhóm bits– Mã khối (Block cipher): từng khối dữ
liệu trong văn bản ban đầu đƣợc thay thế bằng một khối dữ liệu khác có
cùng độ dài. Đối với các thuật toán ngày nay thì kích thƣớc chung của một
khối là 64 bits.
 Loại tác động lên bản rõ theo từng bit một – Mã dòng (Stream cipher): dữ
liệu của văn bản đƣợc mã hóa từng bit một. Các thuật toán mã hóa theo
phƣơng pháp này có tốc độ nhanh hơn các thuật toán theo mã hóa khối, và
nó thƣờng đƣợc áp dụng trong trƣờng hợp lƣợng dữ liệu mã hóa chƣa biết
trƣớc.
- Một số loại mã hóa đối xứng: DES, 3DES, RC4, AES,…
(2) Mã hóa bi xng (Asysmetric Cryptography):
- Hay còn đƣợc gọi với một cái tên khác là mã hóa công khai (Public Key
Cryptograpy), nó đƣợc thiết kế sao khóa đƣợc sử dụng trong quá trình mã hóa
khác biệt với kháo sử dụng trong quá trình giải mã. Một ngƣời có thể dùng
khóa này để mã hóa dữ liệu nhƣng chỉ duy nhất ngƣời có khóa giải mã tƣơng
ứng mới có thể đọc đƣợc dữ liệu mà thôi. Khóa để mã hóa là Public Key, khóa
để giải mã là Private Key.
3

Hình 1.3 Mã hóa bi xng

- Một ví dụ điển hình của mã hóa bất đối xứng là mã hóa RSA.
 Mã hóa 1 chiều: là loại mã hóa mà chỉ có thể mã hóa từ một thông điệp thành một
thông điệp rút gọn mà không thể giải mã trở lại thành thông điệp ban đầu. Ví dụ
về mã hóa một chiều có thể kể đến SHA1, MD5,…
1.2.2. Phân loại theo số lƣợng khóa:
 Mã hóa khóa bí mật (Private Key Cryptography): là dạng mã hóa mà khi ngƣời
dùng trao đổi thông tin với nhau không cần trao đổi khóa bí mật, nhƣng khi nhận
đƣợc thông điệp gửi đến thì không thể xác nhận chính xác đƣợc ngƣời gửi cũng
nhƣ nội dung có bị thay đổi hay không.
 Mã hóa khóa công khai (Public Key Cryptography): là dạng mã hóa cho phép
ngƣời trao sử dụng trao đổi các thông tin mật mã mà không cần phải trao đổi các
khóa chung bí mật trƣớc đó. Điều này đƣợc thực hiện bằng các sử dụng một cặp
khóa có quan hệ toán học với nhau là khóa công khai và khóa bí mật.
1.3. Tầm quan trọng của mã hóa dữ liệu:
Thuật ngữ Cryptography đề cập tới ngành khoa học nghiên cứu về mã hóa và giải
mã thông tin. Cụ thể hơn là nghiên cứu các cách thức chuyển đổi thông tin từ dạng rõ
sang dạng mờ và ngƣợc lại. Đây là một phƣơng pháp rất tốt trong việc chống lại những
truy cập bất hợp pháp tới dữ liệu đƣợc truyền đi trên mạng, áp dụng mã hóa sẽ khiến
thông tin đƣợc truyền đi dƣới dạng mờ và không thể đọc bởi bất kỳ ai cố tình muốn lấy
thông tin đó. Mã hóa đƣợc áp dụng nhƣ một biện pháp nhằm giúp chúng ta bảo vệ chính
mình cũng nhƣ những thông tin chúng ta muốn truyền đi. Bên cạnh đó mã hóa còn có
những ứng dụng khác nhau nhƣ bảo đảm tính toàn vẹn của dữ liệu, tính bí mật, tính xác
thực và tính không thể chối bỏ.
1.4. Các ứng dụng của mã hóa dữ liệu:
Một số ứng dụng của mã hóa dữ liệu phổ biến:
(1) Securing Mail (Bảo mật email)
(2) Authentication System (Xác thực hệ thống)
(3) Secure E-commere (An toàn trong thƣơng mại điện tử)
(4) Virtual Private Network (Bảo mật mạng riêng ảo)
4

(5) Wireless Encryption (Mã hóa mạng không dây)
(6) Là nền tảng của chữ ký điện tử, các hệ thống PKI (hạ tầng khóa công khai)
(7) …

5
CHƢƠNG 2: MÃ HOÁN VỊ
2.1. Cơ sở lý thuyết:
Hệ mã hoán vị hay còn gọi là hệ mã hóa đổi chỗ. Là hệ mã hóa mà các ký tự của
bản rõ vẫn giữ nguyên, nhƣng thứ tự của chúng đƣợc sắp xếp lại. Không giống nhƣ mã
thay thế, ở đây không có phép toán đại số nào cần thực hiện khi mã hóa và giải mã.
Phƣơng pháp này có các kỹ thuật mã hóa sau:
(1) Đảo ngƣợc toàn bộ bản rõ
Nghĩa là bản gốc đƣợc viết theo thứ tự ngƣợc lại từ sau ra trƣớc, để tạo bản mã.
Đây là phƣơng pháp mã hóa đơn giản nhất vì vậy không đảm bảo an toàn.
Ví dụ: Plaintext: SECURE EMAIL
Bản mã: LIAMEERUCES
(2) Mã hóa theo mẫu hình học
Bản gốc đƣợc sắp xếp lại theo một mẫu hình học nào đó, thƣờng là một mảng
hoặc ma trận hai chiều.
Ví dụ: Bản rõ: “KHOA CONG NGHE THONG TIN” đƣợc viết theo ma trận 4x5
nhƣ sau:
Cột 1
Cột 2
Cột 3
Cột 4
Cột 5
K
H
O
A
C
O

N
G
N
G
H
E
T
H
O
N
G
T
I
N
Nếu lấy các ký tự ra theo số thứ tự cột 3, 1, 4, 2, 5 thì ta thu đƣợc bản mã
“OGTTKOHNANHIHNEGCGON”
(3) Đổi chỗ cột:
Đầu tiên biểu diễn các ký tự trong bản rõ thành dạng hình chữ nhật theo cột, sau
đó các cột đƣợc sắp xếp lại và các chữ cái đƣợc lấy ra theo hàng ngang.
Ví dụ: Bản rõ là “KHOA CONG NGHE THONG TIN” đƣợc viết dƣới dạng ma
trận 4x5 theo cột nhƣ sau:
Cột 1
Cột 2
Cột 3
Cột 4
Cột 5
K
C
N
T

G
H
O
G
H
T
O
N
H
O
I
A
G
E
N
N
6
Vì có 5 cột nên ta có thể sắp xếp lại theo 5!=120 cách khác nhau. Để tăng độ an toàn có
thể chọn 1 trong các cách sắp xếp lại đó.
Nếu ta chuyển vị trí các cột theo thứ tự 3, 5, 2, 4, 1. Rồi lấy các ký tự ra theo hàng ngang
ta sẽ đƣợc bản mã là:
“NGCTKGTOHHHINÔENGNA”
Lƣu ý: các ký tự trống đƣợc bỏ đi.
(4) Hoán vị các ký tự của bản rõ theo chu kỳ cố định
Cho m là một số nguyên dƣơng xác định nào đó. Cho P = C = (Z
26
)
m
và cho K
gồm tất cả các hoán vị của {1,…,m}. Đối với một khóa π (tức là một hoán vị) ta xác

định:
Bản mã: e
π
(x
1
,x
2
, ,x
m
) = (x
π(1),…,
x
π(m)
)
Giải mã: d
π
(x
1
,x
2
, ,x
m
) = (y
π
-1
(1),…,
y
π
-1
(m)

)
Ví dụ: Mã hóa bản rõ “BAO MAT” chọn m = 6 và π là một hoán vị dãy i = 123456 thành
351462
Vị trí đầu
Vị trí hoán vị
Từ
Mã hóa
1
3
B
O
2
5
A
A
3
1
O
B
4
4
M
M
5
6
A
T
6
2
T

A
Trên bảng trên ta thấy ký tự đầu sau khi hoán vị chuyển đến vị trí thứ 3, ký tự thứ 2
chuyển tới vị trí thứ 5, ký tự thứ 3 chuyển tới vị trí thứ 1… Nhƣ vậy sau khi mã hóa ta
thu đƣợc bản mã là: “OABMTA”.
Nếu kích thƣớc bản rõ lớn hơn nhiều so với d thì ta sẽ phải chia bản rõ thành các khối d
ký tự và tiến hành mã hóa theo từng khối. Ví dụ:
Bản rõ “KHOA CONG NGHE THONG TIN” giả sử d=6, và f hoán vị dãy i = 12345
thành f
(i)
= 35142
Ta thu đƣợc bản mã “OCKAHGGONNTOHHETNIG”
2.2. Cài đặt chƣơng trình:
2.2.1. Mã nguồn cài đặt:


7





using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.IO;

namespace ThuatToanMaHoa
{
public class ThuatToanMaHoaHoanVi

{
private Dictionary<int, int> _BangHoanVi;
private Dictionary<int, int> _BangGiaiHoanVi;
private int _KichThuocHoanVi
{
get { return _BangHoanVi.Keys.Count; }
}
public ThuatToanMaHoaHoanVi(string vPath)
{
int level = 1;
try
{
StreamReader sr = new StreamReader(vPath);
try
{
_BangHoanVi = new Dictionary<int, int>();
_BangGiaiHoanVi = new Dictionary<int,int>();
int num = int.Parse(sr.ReadLine());
for (int i = 0; i < num; i++)
{
int val = int.Parse(sr.ReadLine());
_BangHoanVi.Add(i, val);
if (!_BangGiaiHoanVi.Keys.Contains(val))
_BangGiaiHoanVi.Add(val, i);
if (val >= num || val < 0)
{
level = 2;
throw new Exception("Giá trị của bảng hoán vị không đƣợc vƣợt quá
giới hạn của bảng");
}

}
if (_BangGiaiHoanVi.Keys.Count != _BangHoanVi.Keys.Count)
{
level = 2;
throw new Exception("Giá trị của bảng hoán vị có trùng lặp");
}
sr.Close();
}
8

















catch (Exception ex)
{
sr.Close();
throw ex;

}
}
catch (Exception ex)
{
if (level == 1)
throw new Exception("Đƣờng dẫn file bảng hoán vị không đúng");
else
throw ex;
}
}
public string MaHoaHoanVi(string vBanRo,bool vThemDauCachTrong)
{
if (vThemDauCachTrong)
while (vBanRo.Length % _KichThuocHoanVi != 0)
vBanRo += " ";
if (vBanRo.Length % _KichThuocHoanVi != 0)
throw new Exception("Kích thƣớc chuỗi đầu vào phải chia hết cho kích thƣớc
bảng hoán vị");
char[] banMa = vBanRo.ToArray<char>();
int len = vBanRo.Length;
for (int i = 0; i < len; ++i)
{
int thuTu = i % _KichThuocHoanVi;
int dich = i - thuTu;
banMa[dich + _BangHoanVi[thuTu]] = vBanRo[dich + thuTu];
}
return new string(banMa);
}
public string GiaiMaHoanVi(string vBanMa,bool vThemDauCachTrong)
{

if (vThemDauCachTrong)
while (vBanMa.Length % _KichThuocHoanVi != 0)
vBanMa += " ";
if (vBanMa.Length % _KichThuocHoanVi != 0)
throw new Exception("Kích thƣớc chuỗi đầu vào phải chia hết cho kích thƣớc
bảng hoán vị");
char[] banRo = vBanMa.ToArray<char>();
int len = vBanMa.Length;
for (int i = 0; i < len; ++i)
{
int thuTu = i % _KichThuocHoanVi;
int dich = i - thuTu;
banRo[dich + thuTu] = vBanMa[dich + _BangHoanVi[thuTu]];
9




2.2.2. Giao diện demo:

Hình 2.1 Giao din demo thut toán mã hoán v





}
return new string(banRo);
}
}

}
10
CHƢƠNG 3: HÀM BĂM MD5
3.1. Cơ sở lý thuyết:
3.1.1. Hàm băm:
Hàm băm là các thuật toán không sử dụng khóa để mã hóa (ở đây ta dùng thuật
ngữ “băm” thay cho “mã hóa”), nó có nhiệm vụ “lọc” (băm) thông điệp đƣợc đƣa vào
theo một thuật toán h một chiều nào đó, rồi đƣa ra một bản băm – văn bản đại diện – có
kích thƣớc cố định. Do đó ngƣời nhận không biết đƣợc nội dung hay độ dài ban đầu của
thông điệp đã đƣợc băm bằng hàm băm.
Giá trị của hàm băm là duy nhất, và không thể suy ngƣợc lại đƣợc nội dung
thông điệp từ giá trị băm này.
 Đặc trưng
Hàm băm h là hàm băm một chiều (one-way hash) với các đặc tính sau:
 Với thông điệp đầu vào x thu đƣợc bản băm z = h(x) là duy nhất.
 Nếu dữ liệu trong thông điệp x thay đổi hay bị xóa để thành thông điệp x’ thì
h(x’) h(x). Cho dù chỉ là một sự thay đổi nhỏ hay chỉ là xóa đi 1 bit dữ liệu
của thông điệp thì giá trị băm cũng vẫn thay đổi. Điều này có nghĩa là: hai
thông điệp hoàn toàn khác nhau thì giá trị hàm băm cũng khác nhau.
Nội dung của thông điệp gốc không thể bị suy ra từ giá trị hàm băm. Nghĩa là: với
thông điệp x thì dễ dàng tính đƣợc z = h(x), nhƣng lại không thể (thực chất là khó) suy
ngƣợc lại đƣợc x nếu chỉ biết giá trị hàm băm h
 Tính chất
Tính chất 1: Hàm băm h là không va chạm yếu
Xét một kiểu tấn công nhƣ sau:
Đáng lẽ: thông tin phải đƣợc truyền đúng từ A đến B

Hình 3.1 


Ng-êi göi
A
Ng-êi nhËn
B
(x, y = sig
K
(h(x))
11

Nhƣng: trên đƣờng truyền, thông tin bị lấy trộm và bị thay đổi

Hình 3.2 Thông tin 
Ngƣời A gửi cho B (x, y) với y = sig
K
(h(x)). Nhƣng trên đƣờng truyền, tin bị lấy
trộm. Tên trộm, bằng cách nào đó tìm đƣợc một bản thông điệp x’ có h(x’) = h(x) mà x’
x. Sau đó, hắn đƣa x’ thay thế x rồi truyền tiếp cho ngƣời B. Ngƣời B nhận đƣợc và
vẫn xác thực đƣợc thông tin đúng đắn.
Do đó, để tránh kiểu tấn công nhƣ trên, hàm h phải thỏa mãn tính không va chạm
yếu: Hàm băm h là không va chạm yếu nếu khi cho trƣớc 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).
Tính chất 2: Hàm băm h là không va chạm mạnh:
Xét một kiểu tấn công nhƣ sau: Đầu tiên, tên giả mạo tìm ra đƣợc hai bức thông
điệp x’ và x (x’ x) mà có h(x’) = h(x) (ta coi bức thông điệp x là hợp lệ, còn x’ là giả
mạo). Tiếp theo, hắn đƣa cho ông A và thuyết phục ông này kí vào bản tóm lƣợc h(x) để

nhận đƣợc y. Khi đó (x’, y) là bức điện giả mạo nhƣng hợp lệ.
Để tránh kiểu tấn công này, hàm h phải thỏa mãn tính không va chạm mạnh: Hàm
băm h là không va chạm mạnh nếu không có khả năng tính toán để tìm ra hai bức thông
điệp x và x’

mà x x’ và h(x) = h(x’).
Tính chất 3: Hàm băm h là hàm một chiều:
Xét một kiểu tấn công nhƣ sau: Việc giả mạo các chữ ký trên bản tóm lƣợc z
thƣờng xảy ta với các sơ đồ chữ ký số. Giả sử tên giả mạo tính chữ ký trên bản tóm lƣợc
z, sau đó hắn tìm một bản thông điệp x’ đƣợc tính ngƣợc từ bản đại diện z, z = h(x’). Tên
trộm thay thế bản thông điệp x hợp lệ bằng bản thông điệp x’ giả mạo, nhƣng lại có z =
h(x’). Và hắn ký số trên bản đại diện cho x’ bằng đúng chữ ký hợp lệ. Nếu làm đƣợc nhƣ
vậy thì (x’, y) là bức điện giả mạo nhƣng hợp lệ.
Để tránh đƣợc kiểu tấn công này, h cần thỏa mãn tính chất một chiều: Hàm băm h
là một chiều nếu khi cho trƣớc một bản tóm lƣợc thông báo z thì không thể thực hiện về
mặt tính toán để tìm ra thông điệp ban đầu x sao cho h(x) = z .
Ng-êi göi
A
Ng-êi nhËn
B
Tªn nghe lÐn, lÊy trém tin
(x, y = sig
K
(h(x))
(x’, y = sig
K
(h(x))
(x, y = sig
K
(h(x))





12

 Các thuật toán băm
Các hàm băm dòng MD: MD2, MD4, MD5 đƣợc Rivest đƣa ra thu đƣợc kết quả
đầu ra với độ dài là 128 bit. Hàm băm MD4 đƣa ra vào năm 1990. Một năm sau phiên
bản mạnh MD5 cũng đƣợc đƣa ra. Chuẩn hàm băm an toàn: SHA, phức tạp hơn nhiều
cũng dựa trên các phƣơng pháp tƣơng tự, đƣợc công bố trong Hồ sơ Liên bang năm 1992
và đƣợc chấp nhận làm tiêu chuẩn vào năm 1993 do Viện Tiêu Chuẩn và Công Nghệ
Quốc Gia (NIST), kết quả đầu ra có độ dài 160 bit.
3.1.2. Hàm băm MD5:
3.1.2.1. Giới thiệu:
MD5 (Message-Digest algorithm 5) là một hàm băm để mã hóa với giá trị băm là
128bit. Từng đƣợc xem là một chuẩn trên Internet, MD5 đã đƣợc sử dụng rộng rãi trong
các chƣơng trình an ninh mạng, và cũng thƣờng đƣợc dùng để kiểm tra tính nguyên vẹn
của tập tin. MD5 đƣợc thiết kế bởi Ronald Rivest vào năm 1991 để thay thế cho
hàm băm trƣớc đó MD4.
MD5 có 2 ng dng quan trng:
(1) MD5 đƣợc sử dụng rộng rải trong thế giới phần mềm để đảm bảo rằng tập tin tải
về không bị hỏng. Ngƣời sử dụng có thể so sánh giữa thông số kiểm tra phần
mềm bằng MD5 đƣợc công bố với thông số kiểm tra phần mềm tải về bằng MD5.
Hệ điều hành Unix sử dụng MD5 để kiểm tra các gói mà nó phân phối, trong khi
hệ điều hành Windows sử dụng phần mềm của hãng thứ ba.
(2) MD5 đƣợc dùng để mã hóa mật khẩu. Mục đích của việc mã hóa này là biến đổi
một chuổi mật khẩu thành một đoạn mã khác, sao cho từ đoạn mã đó không
thể nào lần trở lại mật khẩu. Có nghĩa là việc giải mã là không thể hoặc phải
mất một khoãng thời gian vô tận (đủ để làm nản lòng các hacker).

3.1.2.2. Thuật toán MD5:
MD5 biến đổi một thông điệp có chiều dài bất kì thành một khối có kích thƣớc cố
định 128 bits. Thông điệp đƣa vào sẽ đƣợc cắt thành các khối 512 bits. Thông điệp đƣợc
đƣa vào bộ đệm để chiều dài của nó chia hết cho 512.
Bộ đệm hoạt động nhƣ sau:
(1) Trƣớc tiên nó sẽ chèn bit 1 vào cuối thông điệp.
(2) Tiếp đó là hàng loạt bit Zero cho tới khi chiều dài của nó nhỏ hơn bội số của
512 một khoảng 64 bit .
(3) Phần còn lại sẽ đƣợc lấp đầy bởi một số nguyên 64 bit biểu diễn chiều dài ban
đầu của thông điệp. Trong trƣờng hợp độ dài của thông điệp lớn hơn 2^64 thì chỉ có 64
bit thấp đƣợc sử dụng.
13
Thuật toán chính của MD5 hoạt động trên một bộ 128 bit. Chia nhỏ nó ra thành 4
word 32 bit, kí hiệu là A,B,C và D. Các giá trị này là các hằng số cố định. Khối dữ liệu
đầu vào của thuật toán có độ dài là bội số của 512 sẽ đƣợc chia thành L khối 512 bit. Sau
đó thuật toán chính sẽ luân phiên hoạt động trên các khối 512 bit. Mỗi khối sẽ phối hợp
với một bộ. Quá trình xử lý một khối thông điệp bao gồm 4 bƣớc tƣơng tự nhau, gọi là
vòng (“Round”). Mỗi vòng lại gồm 16 quá trình tƣơng tự nhau dựa trên hàm một chiều F,
phép cộng module và phép xoay trái…Đây là hình mô tả một quá trình trong một vòng.
Có 4 hàm một chiều F có thể sử dụng. Mỗi vòng sử dụng một hàm khác nhau.


Thuật toán:
Input : Thông điệp có độ dài tùy ý.
Ouput : Bản băm, đại diện cho thông điệp gốc, độ dài cố định 128 bit.

Giả sử đầu vào là một xâu a có độ dài b bit (b có thể bằng 0)
Bước 1: Khởi tạo các thanh ghi
Có 4 thanh ghi đƣợc sử dụng để tính toán nhằm đƣa ra các đoạn mã: A, B, C, D.
Bản tóm lƣợc của thông điệp đƣợc xây dựng nhƣ sự kết nối của các thanh ghi. Mỗi thanh

ghi có độ dài 32 bit. Các thanh ghi này đƣợc khởi tạo giá trị hecxa.
word A := 67 45 23 01
14
word B := EF CD AB 89
word C := 98 BA DC FE
word D := 10 32 54 76

Bước 2:
Xử lý thông điệp a trong 16 khối word, có nghĩa là xử lý cùng một lúc 16 word =
512 bit (chia mảng M thành các khối 512 bit, đƣa từng khối 512 bit đó vào mảng T[j]).
Mỗi lần xử lý một khối 512 bit. Lặp lại N/16 lần.
Gán giá trị cho bốn biến AA, BB, CC, DD lần lƣợt bằng giá trị của 4 thanh ghi A,
B, C, D.
Bước 3:Thực hiện bốn vòng băm với các khối cần xử lý
Một số phép toán logic đƣợc sử dụng trong bốn vòng này.
 X Y là phép toán AND theo bit giữa X và Y
 X Y là phép toán OR theo bit giữa X và Y
 X Y là phép toán XOR theo bit giữa X và Y
 X chỉ phép bù của X
 X + Y là phép cộng theo modulo 2
32

 X <<< s là phép dịch vòng trái X đi s vị trí (0 s 31)










15

Hình 3.4 
Các vòng 1, 2, 3 và 4 dùng tƣơng ứng ba hàm F, G, H và I. Mỗi hàm này là một
hàm boolean tính theo bit. Chúng đƣợc xác định nhƣ sau:
F(X, Y, Z) = (X Y) (( X) Z)
G(X, Y, Z) = (X Z) (Y ( Z))
H(X, Y, Z) = X Y Z
I(X, Y, Z) = Y (X ( Z))
Thuật toán MD5
1. A := 67 45 23 01
B := ef cd ab 89
C := 98 ba dc fe
D := 10 32 54 76
2. for i := 0 to n/16 - 1 do {
3. for j := 0 to 15 do T[j] = M[16i + j];
4. AA := A; Mỗi lần xử lý 16 từ, mỗi từ 32 bit, tl: 512 bit.
BB := B;
CC := C;
DD := D;
5. round_1();
6. round_2();














ABCD
Bội số của 512 bít
Message
100 … 000
K mod 2
64
Chiều dài của message
1…512 bit
K bít
512 bit
H
MD5
512 bit
Y
1
512 bit
Y
p
512 bit
Y
L-1
…
…

512
Y
0
H
MD5
512
H
MD5
512
H
MD5
512
128
128
128
128
Digest 128 bit
16
7. round_3();
8. round_4();
9. A = A + AA
B = B + BB
C = C + CC
D = D + DD
}
Bốn vòng trong MD5 là hoàn toàn khác nhau. Mỗi vòng (5, 6, 7, 8) gồm một trong
16 word trong T.

Hình 3.5 L  thu toán MD5
MD5 sử dụng thêm một mảng S[1 … 64] đƣợc xây dựng từ hàm sin. Với S[i], giá

trị của phần tử thứ i trong mảng S, tƣơng đƣơng với phần nguyên của 4294967296
abs(sin(i)), với i tính theo radian.
 Vòng 1 sử dụng giá trị trong mảng S[1 … 16]
 Vòng 2 sử dụng giá trị trong mảng S[17 … 32]
 Vòng 3 sử dụng giá trị trong mảng S[33 … 48]
 Vòng 4 sử dụng giá trị trong mảng S[49 … 64]




M = getBufferMsg(a)
a
T = getFromM(i*16, 16)
AA = A
BB = B
CC = C
DD = D
round_1()
round_2()
round_3()
round_4()
A = A + AA
B = B + BB
C = C + CC
D = D + DD
i = i + 1
T
i > n div 16
-1
DCBA

F
A = 67 45 23 01
B = ef cd ab 89
C = 98 ba dc fe
D = 10 32 54 76
n = length(M)
i = 0
17
Ta có mảng S[1 … 64] nhƣ sau (tất cả đều để ở hệ cơ số 16):
1. D76AA478
17. F61E2562
33. FFFA3942
49. F4292244
2. E8C7B756
18. D040B340
34. 8771F681
50. 432AFF97
3. 242070DB
19. 265E5A51
35. 6D9D6122
51. AB9423A7
4. C1BDCEEE
20. E9B6C7AA
36. FDE5390C
52. FC93A039
5. F57C0FAF
21. D62F105D
37. A4BEEA44
53. 655B59C3
6. 4787C62A

22. 02441453
38. 4BDECFA9
54. 8F0CCC92
7. A8304613
23. D8A1E681
39. F6BB4B60
55. FFEFF47D
8. FD469501
24. E7D3FBC
40. BEBFBC70
56. 85845DD1
9. 698098D8
25. 21E1CDE6
41. 289B7EC6
57. 6FA87E4F
10. 8B44F7AF
26. C33707D6
42. EAA127FA
58. FE2CE6E0
11. FFFF5BB1
27. F4D50D87
43. D4EF3085
59. A3014314
12. 895CD7BE
28. 455A14ED
44. 04881D05
60. 4E0811A1
13. 6B901122
29. A9E3E905
45. D9D4D039

61. F7537E82
14. FD987193
30. FCEFA3F8
46. E6DB99E5
62. BD3AF235
15. A679438E
31. 676F02D9
47. 1FA27CF8
63. 2AD7D2BB
16. 49B40821
32. 8D2A4C8A
48. D4AC5665
64. EB86D391














18
Các phép toán đƣợc thực hiện trong bốn vòng tạo ra các giá trị mới trong bốn
thanh ghi. Cuối cùng, bốn thanh ghi đƣợc cập nhật ở 3.5 bằng cách cộng ngƣợc các giá

trị lƣu trƣớc đó ở 2.3. Phép cộng này đƣợc xác định là cộng các số nguyên dƣơng, đƣợc
rút gọn theo modulo 2
32
.
Vòng 1 (round_1()) Vòng 2 (round_2())
1. A = (A + F(B, C, D) + T0] + S[1] <<< 7
1. A = (A + G(B, C, D) + T[1] + S[17] <<< 5
2. D = (D + F(A, B, C) + T[1] + S[2]) <<< 12
2. D = (D + G(A, B, C) + T[6] + S[18]) <<< 9
3. C = (C + F(D, A, B) + T[2] + S[3]) <<< 17
3. C = (C + G(D, A, B) + T[21] + S[19]) <<< 14
4. B = (B + F(C, D, A) + T[3] + S[4]) <<< 22
4. B = (B + G(C, D, A) + T[0] + S[20]) <<< 20
5. A = (A + F(B, C, D) + T[4] + S[5]) <<< 7
5. A = (A + G(B, C, D) + T[5] + S[21]) <<< 5
6. D = (D + F(A, B, C) + T[5] + S[6]) <<< 12
6. D = (D + G(A, B, C) + T[10] + S[22]) <<< 9
7. C = (C + F(D, A, B) + T[6] + S[7]) <<< 17
7. C = (C + G(D, A, B) + T[15] + S[23]) <<< 14
8. B = (B + F(C, D, A) + T[7] + S[8]) <<< 22
8. B = (B + G(C, D, A) + T[4] + S[24]) <<< 20
9. A = (A + F(B, C, D) + T[8] + S[9]) <<< 7
9. A = (A + G(B, C, D) + T[9] + S[25]) <<< 5
10. D = (D + F(A, B, C) + T[9] + S[10]) <<< 12
10.D = (D + G(A, B, C) + T[14] + S[26]) <<< 9
11. C = (C + F(D, A, B) + T[10] + S[11]) <<< 17
11.C = (C + G(D, A, B) + T[3] + S[27]) <<< 14
12. B = (B + F(C, D, A) + T[11] + S[12]) <<< 22
12.B = (B + G(C, D, A) + T[8] + S[28]) <<< 20
13. A = (A + F(B, C, D) + T[12] + S[13]) <<< 7

13.A = (A + G(B, C, D) + T[13] + S[29]) <<< 5
14. D = (D + F(A, B, C) + T[13] + S[14]) <<< 12
14.D = (D + G(A, B, C) + T[2] + S[30]) <<< 9
15. C = (C + F(D, A, B) + T[14] + S[15]) <<< 17
15.C = (C + G(D, A, B) + T[7] + S[31]) <<< 14
16. B = (B + F(C, D, A) + T[15] + S[16]) <<< 22
16.B = (B + G(C, D, A) + T[12] + S[32]) <<< 20
Vòng 3 (round_1()) Vòng 4 (round_4())
1. A = (A + H(B, C, D) + T[5] + S[33]) <<< 4
1. A = (A + I(B, C, D) + T[0] + S[49]) <<< 6
2. D = (D + H(A, B, C) + T[8] + S[34]) <<< 11
2. D = (D + I(A, B, C) + T[7] + S[50]) <<< 10
3. C = (C + H(D, A, B) + T[11] + S[35]) <<< 16
3. C = (C + I(D, A, B) + T[14] + S[51]) <<< 15
4. B = (B + H(C, D, A) + T[14] + S[36]) <<< 23
4. B = (B + I(C, D, A) + T[5] + S[52]) <<< 21
5. A = (A + H(B, C, D) + T[1] + S[37]) <<< 4
5. A = (A + I(B, C, D) + T[12] + S[53]) <<< 6
6. D = (D + H(A, B, C) + T[4] + S[38]) <<< 11
6. D = (D + I(A, B, C) + T[3] + S[54]) <<< 10
7. C = (C + H(D, A, B) + T[7] + S[39]) <<< 16
7. C = (C + I(D, A, B) + T[10] + S[55]) <<< 15
8. B = (B + H(C, D, A) + T[10] + S[40]) <<< 23
8. B = (B + I(C, D, A) + T[1] + S[56]) <<< 21
9. A = (A + H(B, C, D) + T[13] + S[41]) <<< 4
9. A = (A + I(B, C, D) + T[8] + S[57]) <<< 6
10. D = (D + H(A, B, C) + T[0] + S[42]) <<< 11
10. D = (D + I(A, B, C) + T[15] + S[58]) <<< 10
11. C = (C + H(D, A, B) + T[3] + S[43]) <<<16
11. C = (C + I(D, A, B) + T[6] + S[59]) <<< 15

12. B = (B + H(C, D, A) + T[6] + S[44]) <<< 23
12. B = (B + I(C, D, A) + T[13] + S[60]) <<< 21
13. A = (A + H(B, C, D) + T[9] + S[45]) <<< 4
13. A = (A + I(B, C, D) + T[4] + S[61]) <<< 6
14. D = (D + H(A, B, C) + T[12] + S[46]) <<< 11
14. D = (D + I(A, B, C) + T[11] + S[62]) <<< 10
15. C = (C + H(D, A, B) + T[15] + S[47]) <<< 16
15. C = (C + I(D, A, B) + T[2] + S[63]) <<< 15
16. B = (B + H(C, D, A) + T[2] + S[48]) <<< 23
16. B = (B + I(C, D, A) + T[9] + S[64]) <<< 21
Bước 5: Output
Kết quả ra là đoạn mã có độ dài 128 bit, đƣợc thu gọn từ thông điệp a có độ dài b
bit. Đoạn mã này thu đƣợc từ 4 thanh ghi A, B, C, D: bắt đầu từ byte thấp của thanh ghi
A cho đến byte cao của thanh ghi D.
3.2. Cài đặt chƣơng trình:
3.2.1. Mã nguồn chƣơng trình:
19
Mã ngun file ThuatToanMahoa

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace ThuatToanMaHoa
{
public class ThuatToanMaHoaMD5
{
public uint _H0;
private uint _H1;
private uint _H2;
private uint _H3;
private uint[] _R;
private uint[] _K;

public ThuatToanMaHoaMD5()
{
_H0 = 0X67452301;
_H1 = 0XEFCDAB89;
_H2 = 0X98BADCFE;
_H3 = 0X10325476;
_R = new uint[] {
7, 12, 17, 22, 7, 12, 17, 22, 7, 12, 17, 22, 7, 12, 17, 22,
5, 9, 14, 20, 5, 9, 14, 20, 5, 9, 14, 20, 5, 9, 14, 20,
4, 11, 16, 23, 4, 11, 16, 23, 4, 11, 16, 23, 4, 11, 16, 23,
6, 10, 15, 21, 6, 10, 15, 21, 6, 10, 15, 21, 6, 10, 15, 21
};
_K = new uint[64];
int len = _K.Length;
for (int i = 0; i < len; ++i)
_K[i]= (uint)Math.Floor(Math.Abs(Math.Sin(i + 1)) * Math.Pow(2,32));
}

private byte[] DemChuoiDauVao(string vBanRo)
{
//Bƣớc 1: Chuyển bản rõ thành dãy byte
byte[] bytes = TienIch.ChuyenStringSangBytes(vBanRo);
//Bƣớc 2: Chèn bit 1 vào cuối dãy
bytes = TienIch.NoiBytes(bytes, new byte[] { 128 });
//Bƣớc 3: Tạo ra dãy bit 0 để nối vào sao cho chiều dài dãy chia 512 dƣ 448
byte[] byte0s = new byte[(120 - (bytes.Length % 64))%64];
for (int i = 0; i < byte0s.Length; ++i)
byte0s[i] = 0;
//Bƣớc 4: Nối dãy bit 0 vào sau chuỗi
bytes = TienIch.NoiBytes(bytes, byte0s);

//Bƣớc 5: Tính độ dài bản rõ mod 2^64
20



























Int64 len = (TienIch.ChuyenStringSangBytes(vBanRo).Length * 8) %

((Int64)Math.Pow(2,64));
//Bƣớc 6: Chuyển độ dài này về dạng dãy byte
byte[] byteLenghts = BitConverter.GetBytes(len);
//Bƣớc 7: Nối dãy byte này vào dãy byte đầu
bytes = TienIch.NoiBytes(bytes, byteLenghts);
//throw new Exception(TienIch.ChuyenBytesSangString(bytes));
return bytes;
}

private uint F(uint vA, uint vB, uint vC)
{
return (vA & vB) | (~vA & vC);
}

private uint G(uint vA, uint vB, uint vC)
{
return (vA & vC) | (vB & (~vC));
}

private uint H(uint vA, uint vB, uint vC)
{
return vA ^ vB ^ vC;
}

private uint I(uint vA, uint vB, uint vC)
{
return vB ^ (vA | (~vC));
}

public string MaHoaMD5(string vBanRo)

{
byte[] bytes = DemChuoiDauVao(vBanRo);
List<byte[]> khois = TienIch.ChiaNho(bytes,64);
int lenKhois = khois.Count;
for (uint i = 0; i < lenKhois; i++)
{
List<byte[]> tus = TienIch.ChiaNho(khois[(int)i], 4);
int lenTus = tus.Count;
uint a = _H0;
uint b = _H1;
uint c = _H2;
uint d = _H3;
for (uint k = 0; k < 63; ++k)
{
uint f;
uint g;
if (k < 16)
21

if (k < 16)
{
f = F(b,c,d);
g = k;
}
else if (15 < k && k < 32)
{
f = G(b, c, d);
g = ((5 * k + 1) % 16);
}
else if (31 < k && k < 48)
{
f = H(b, c, d);
g = (3 * k + 5) % 16;
}

else
{
f = I(b, c, d);
g = (7 * k) % 16;
}
a = b + TienIch.DichVongTrai((uint)(a + f + _K[k] +
BitConverter.ToUInt32(tus[((int)g)],0)), (int)_R[(int)k]);
uint temp = a;
a = d;
d = c;
c = b;
b = temp;
}
_H0 += (uint)d;
_H1 += (uint)a;
_H2 += (uint)b;
_H3 += (uint)c;
}
bytes = TienIch.NoiBytes(BitConverter.GetBytes(_H0),
BitConverter.GetBytes(_H1));
bytes = TienIch.NoiBytes(bytes, BitConverter.GetBytes(_H2));
bytes = TienIch.NoiBytes(bytes, BitConverter.GetBytes(_H3));
return TienIch.ChuyenBytesSangString(bytes);
}
}
}
22
Mã ngun file TienIch

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace ThuatToanMaHoa

{
public class TienIch
{
public static byte[] DaoNguocBytes(byte[] vBytes)
{
int max = vBytes.Length - 1;
int len = (int)(vBytes.Length / 2);
for (int i = 0; i < len; ++i)
{
byte temp = vBytes[i];
vBytes[i] = vBytes[max - i];
vBytes[max - i] = temp;
}
return vBytes;
}

/*public static byte[] NoiBytes(byte[] vBytesGoc, byte[] vBytesNoiThem)
{
byte[] bytes = new byte[vBytesGoc.Length + vBytesNoiThem.Length];
System.Buffer.BlockCopy(vBytesNoiThem, 0, bytes, 0,
vBytesNoiThem.Length);
System.Buffer.BlockCopy(vBytesGoc, 0, bytes, vBytesNoiThem.Length,
vBytesGoc.Length);
return bytes;
}*/

public static byte[] NoiBytes(byte[] vBytesGoc, byte[] vBytesNoiThem)
{
byte[] bytes = new byte[vBytesGoc.Length + vBytesNoiThem.Length];
System.Buffer.BlockCopy(vBytesGoc, 0, bytes, 0, vBytesGoc.Length);

System.Buffer.BlockCopy(vBytesNoiThem, 0, bytes, vBytesGoc.Length,
vBytesNoiThem.Length);
return bytes;
}

public static byte[] ChuyenStringSangBytes(string vString)
{
return Encoding.ASCII.GetBytes(vString);
}

23

public static string ChuyenBytesSangString(byte[] vBytes)
{
string res = "";
int len = vBytes.Length;
//bool loop = true;
for (int i = 0; i < len; ++i)
{
res+= Convert.ToString(vBytes[i],16);
}
return res;
}

public static List<byte[]> ChiaNho(byte[] vBytes, int vLength)
{
int len = vBytes.Length / vLength;
List<byte[]> khois = new List<byte[]>();
for (int i = 0; i < len; ++i)
{
byte[] bytes = new byte[vLength];
System.Buffer.BlockCopy(vBytes, i * vLength, bytes, 0, vLength);
khois.Add(bytes);
}

return khois;
}

public static uint DaoByteVaChuyenSangUint(byte[] vBytes)
{
byte[] bytes = TienIch.DaoNguocBytes(vBytes);
return BitConverter.ToUInt32(bytes,0);
}

public static uint DichVongTrai(uint vVal, int vLength)
{
return (vVal << vLength) | (vVal >> (sizeof(uint) * 8 - vLength));
}


/*public static byte[] AndBytes(byte[] vBytes1, byte[] vBytes2)
{
int len = Math.Min(vBytes1.Length, vBytes2.Length);
byte[] bytes = new byte[len];
for (int i = 0; i < len; ++i)
bytes[i] = (byte)(vBytes1[i] & vBytes2[i]);
return bytes;
}