TIỂU LUẬN MÔN AN NINH HỆ THỐNG THÔNG TIN CHỮ KÝ TRÊN ẢNH SỐ

ÐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
ÐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
ÐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
BỘ MÔN ANH NINH HỆ THỐNG THÔNG TIN
CHỮ KÝ TRÊN ẢNH SỐ
Giảng viên:
PGS.TS Trịnh Nhật Tiến
Thực hiện:
Nguyễn Vãn Dýõng
Hà Nội, 2013
I. Các khái niệm cơ bản liên quan đến chữ kí số
Chữ ký số là một tập con của chữ ký điện tử
Ta có thể dùng định nghĩa về chữ ký điện tử cho chữ ký số:
Chữ ký điện tử là thông tin đi kèm theo dữ liệu (văn bản, hình ảnh, video ) nhằm mục
đích xác định người chủ của dữ liệu đó.
Ta cũng có thể sử dụng định nghĩa rộng hơn, bao hàm cả mã nhận thực, hàm băm và
các thiết bị bút điện tử.
Chữ ký số khóa công khai (hay hạ tầng khóa công khai) là mô hình sử dụng các kỹ thuật
mật mã để gắn với mỗi người sử dụng một cặp khóa công khai - bí mật và qua đó có thể ký các
văn bản điện tử cũng như trao đổi các thông tin mật. Khóa công khai thường được phân phối
thông qua chứng thực khóa công khai. Quá trình sử dụng chữ ký số bao gồm 2 quá trình: tạo
chữ ký và kiểm tra chữ ký.
Khái niệm chữ ký điện tử - mặc dù thường được sử dụng cùng nghĩa với chữ ký số
nhưng thực sự có nghĩa rộng hơn. Chữ ký điện tử chỉ đến bất kỳ phương pháp nào (không nhất
thiết là mật mã) để xác định người chủ của văn bản điện tử. Chữ ký điện tử bao gồm cả địa chỉ
telex và chữ ký trên giấy được truyền bằng fax.
Lịch sử
Con người đã sử dụng các hợp đồng dưới dạng điện tử từ hơn 100 năm nay với việc sử
dụng mã Morse và điện tín. Vào năm 1889, tòa án tối cao bang New Hampshire (Hoa kỳ) đã phê
chuẩn tính hiệu lực của chữ ký điện tử. Tuy nhiên, chỉ với những phát triển của khoa học kỹ
thuật gần đây thì chữ ký điện tử mới đi vào 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
Các ưu điểm của chữ ký số
Việc sử dụng chữ ký số mang lại một số lợi điểm sau:
Khả năng xác định nguồn gốc
Các hệ thống mật mã hóa khóa công khai cho phép mật mã hóa văn bản với khóa bí mật
mà chỉ có người chủ của khóa biết. Để sử dụng chữ ký số thì văn bản cần phải được mã hóa
bằng hàm băm (văn bản được "băm" ra thành chuỗi, thường có độ dài cố định và ngắn hơn văn
bản) sau đó dùng khóa bí mật của người chủ khóa để mã hóa, khi đó ta được chữ ký số. Khi cần
kiểm tra, bên nhận giải mã (với khóa công khai) để lấy lại chuỗi gốc (được sinh ra qua hàm băm
ban đầu) và kiểm tra với hàm băm của văn bản nhận được. Nếu 2 giá trị (chuỗi) này khớp nhau
thì bên nhận có thể tin tưởng rằng văn bản xuất phát từ người sở hữu khóa bí mật. Tất nhiên là
chúng ta không thể đảm bảo 100% là văn bản không bị giả mạo vì hệ thống vẫn có thể bị phá
vỡ.
Vấn đề nhận thực đặc biệt quan trọng đối với các giao dịch tài chính. Chẳng hạn một
chi nhánh ngân hàng gửi một gói tin về trung tâm dưới dạng (a,b), trong đó a là số tài khoản và b
là số tiền chuyển vào tài khoản đó. Một kẻ lừa đảo có thể gửi một số tiền nào đó để lấy nội dung
gói tin và truyền lại gói tin thu được nhiều lần để thu lợi (tấn công truyền lại gói tin).
Tính toàn vẹn
Cả hai bên tham gia vào quá trình thông tin đều có thể tin tưởng là văn bản không bị
sửa đổi trong khi truyền vì nếu văn bản bị thay đổi thì hàm băm cũng sẽ thay đổi và lập tức bị
phát hiện. Quá trình mã hóa sẽ ẩn nội dung của gói tin đối với bên thứ 3 nhưng không ngăn cản
được việc thay đổi nội dung của nó. Một ví dụ cho trường hợp này là tấn công đồng hình
(homomorphism attack): tiếp tục ví dụ như ở trên, một kẻ lừa đảo gửi 1.000.000 đồng vào tài
khoản của a, chặn gói tin (a,b) mà chi nhánh gửi về trung tâm rồi gửi gói tin (a,b3) thay thế để

lập tức trở thành triệu phú!Nhưng đó là vấn đề bảo mật của chi nhánh đối với trung tâm ngân
hàng không hẳn liên quan đến tính toàn vẹn của thông tin gửi từ người gửi tới chi nhánh, bởi
thông tin đã được băm và mã hóa để gửi đến đúng đích của nó tức chi nhánh, vấn đề còn lại
vấn đề bảo mật của chi nhánh tới trung tâm của nó
Tính không thể phủ nhận
Trong giao dịch, một bên có thể từ chối nhận một văn bản nào đó là do mình gửi. Để
ngăn ngừa khả năng này, bên nhận có thể yêu cầu bên gửi phải gửi kèm chữ ký số với văn bản.
Khi có tranh chấp, bên nhận sẽ dùng chữ ký này như một chứng cứ để bên thứ ba giải quyết.
Tuy nhiên, khóa bí mật vẫn có thể bị lộ và tính không thể phủ nhận cũng không thể đạt được
hoàn toàn.
Thực hiện chữ ký số khóa công khai
Chữ ký số khóa công khai dựa trên nền tảng mật mã hóa khóa công khai. Để có thể trao
đổi thông tin trong môi trường này, mỗi người sử dụng có một cặp khóa: một công khai và một
bí mật. Khóa công khai được công bố rộng rãi còn khóa bí mật phải được giữ kín và không thể
tìm được khóa bí mật nếu chỉ biết khóa công khai.
Figure .Sơ đồ tạo và kiểm tra chữ ký số
Toàn bộ quá trình gồm 3 thuật toán:
1. Thuật toán tạo khóa
2. Thuật toán tạo chữ ký số
3. Thuật toán kiểm tra chữ ký số
Xét ví d ụ sau :
Bob muốn gửi thông tin cho Alice và muốn Alice biết thông tin đó thực sự do chính Bob
gửi. Bob gửi cho Alice bản tin kèm với chữ ký số. Chữ ký này được tạo ra với khóa bí mật của
Bob. Khi nhận được bản tin, Alice kiểm tra sự thống nhất giữa bản tin và chữ ký bằng thuật toán
kiểm tra sử dụng khóa công cộng của Bob. Bản chất của thuật toán tạo chữ ký đảm bảo nếu
chỉ cho trước bản tin, rất khó (gần như không thể) tạo ra được chữ ký của Bob nếu không biết
khóa bí mật của Bob. Nếu phép thử cho kết quả đúng thì Alice có thể tin tưởng rằng bản tin
thực sự do Bob gửi.
Thông thường, Bob không mật mã hóa toàn bộ bản tin với khóa bí mật mà chỉ thực hiện
với giá trị băm của bản tin đó. Điều này khiến việc ký trở nên đơn giản hơn và chữ ký ngắn hơn.

Tuy nhiên nó cũng làm nảy sinh vấn đề khi 2 bản tin khác nhau lại cho ra cùng một giá trị băm.
Đây là điều có thể xảy ra mặc dù xác suất rất thấp.
Một vài thuật toán chữ ký số
• Full Domain Hash, RSA-PSS , dựa trên RSA
• DSA
• ECDSA
• ElGamal signature scheme
• Undeniable signature
• SHA (thông thường là SHA-1) với RSA
II. Ảnh số:
Ảnh số được tạo nên từ hàng trăm ngàn cho đến hàng triệu ô vuông rất nhỏ- được coi là
những thành tố của bức ảnh và thường được biết dưới tên gọi là pixels. Máy tính hay máy in sử
dụng những ô vuông nhỏ này để hiển thị hay in ra bức ảnh. Để làm được điều đó máy tính hay
máy in chia màn hình, trang giấy thành một mạng lưới chứa các ô vuông, sau đó sử dụng các giá
trị chứa trong file ảnh để định ra mầu sắc, độ sáng tối của từng pixel trong mạng lưới đó - ảnh số
được hình thành. Việc kiểm soát, định ra địa chỉ theo mạng lưới như trên được gọi là bit
mapping và ảnh số còn được gọi là ảnh bit-maps.
Kích cỡ ảnh và số lượng pixel
Chất lượng của bức ảnh khi được in hay hiển thị trên màn hình phụ thuộc một phần vào
số lượng các pixels tạo nên bức ảnh (đôi khi được gọi là độ phân giải-resolution). Số lượng các
pixels càng nhiều thì các chi tiết càng được hiển thị rõ, mức độ sắc nét càng tăng đồng nghĩa với
việc độ phân giải cũng lớn hơn. Nếu như phóng đại bức ảnh số đủ lớn thì mắt người sẽ nhận ra
được các pixels này.
Kích cỡ của ảnh số có thể được biểu thị theo một trong hai cách sau – theo chiều dài và
chiều rộng tính bằng đơn vị pixel hoặc theo tổng số pixel tạo nên bức ảnh.
Không giống như máy ảnh dùng film truyền thống, máy ảnh số sử dụng một thiết bị cảm
nhận ánh sáng để bắt giữ hình ảnh-image sensor. Những con chip Silicon có kích cỡ nhỏ như
móng tay này có chứa hàng triệu tế bào quang điện-photosites. Mỗi tế bào quang điện này làm
nhiệm vụ ghi lại ánh sáng tác động lên nó bằng việc tích điện, cường độ ánh sáng càng lớn thì
lượng điện tích càng lớn. Cường độ sáng ghi lại bởi các tế bào quang điện sẽ được sử l ý, lưu trữ

dưới dạng số và sử dụng để thiết lập cường độ sáng, mầu sắc của từng chấm nhỏ trên màn hình
hoặc trên trang giấy in qua đó tạo ra hình ảnh.
Bộ cảm nhận sáng-image sensor chứa các photosite làm nhiệm vụ chuyển năng lượng
ánh sáng sang điện tích
Cũng giống như máy ảnh dùng film, ánh sáng đi vào máy ảnh số thông qua ống kính.
Máy ánh số có ba kiểu màn trập khác nhau có chức năng kiểm soát khoảng thời gian ánh sáng
tác động vào bộ cảm nhận (đồng nghĩa với việc kiểm soát độ sáng tối của hình ảnh):
• Electrically shuttter sensor: bộ cảm nhận ánh sáng làm luôn cả nhiệm vụ của màn trập,
quyết định khoảng thời gian phơi sáng. Trên bộ cảm nhận có sẵn mạch điện điều khiển
lúc nào thì bắt đầu và kết thúc phơi sáng.
• Electromechanical shutter: màn trập là một thiết bị được điều khiển bằng điện tử.
• Electro-optical shutters: một thiết bị điện tử nằm ngay phía trước bộ cảm nhận điều
khiển đường truyền của ánh sáng qua đó tác động đến thời gian phơi sáng.
Bộ cảm nhận luôn là một thiết bị rất nhỏ, thường là một trong ba kích cỡ trên và nhỏ
hơn nhiều so với kích cỡ film 35 mm.Thông thường thì bộ cảm nhận kích thước càng lớn thì
chất lượng hình ảnh thu được càng tốt.
Từ ánh sáng tới hình ảnh
Khi màn trập được mở ra, ống kính sẽ tập trung ánh sáng lên bộ cảm nhận. Một số tế
bào quang điện sẽ ghi nhận những vùng sáng, một số ghi nhận những vùng tối, một số thì ghi lại
những vùng ở mức trung gian. Mỗi tế bào sẽ chuyển đổi tín hiệu ánh sáng sang điện tích. Khi
màn trập đóng lại, quá trình phơi sáng đã hoàn thành, thông tin về điện tích trên mỗi tế bào sẽ
được số hoá, lưu trữ nhằm tạo ra hình ảnh
Độ sâu mầu (Color Depth)
Đây là khái niệm dùng để biểu thị bao nhiêu bits được sử dụng nhằm thể hiện thông tin
của mỗi loại mầu. Hầu hết máy ảnh đều hỗ trợ độ sâu mầu 24-bit ( 8 bit cho mầu đỏ, 8 bit cho
mầu lam và 8 bit cho mầu lục), tuy nhiên một số máy đã hỗ trợ 30 bit mầu. Chỉ có máy ảnh số
chuyên nghiệp mới hỗ trợ 36 bit mầu. Số lượng bit được sử dụng càng nhiều thì mầu sắc càng
phong phú. Ví dụ như máy ảnh hỗ trợ 24 bit mầu (8 bit cho mầu đỏ, 8 bit cho mầu lam, 8 bit cho
mầu lục) thì mỗi mầu sẽ có 256 (28) sắc thái mầu khác nhau. Sự phối hợp giữa 3 mầu cơ bản
này được mã hoá dưới dạng 8, 10, 12 bits sẽ tạo ra những bức ảnh với độ sâu mầu tương ứng

24, 30, 32 bit mầu.
Độ nhậy sáng ISO (ISO sensitivity)
Đối với các máy ảnh truyền thống sử dụng film, chỉ số ISO biểu thị độ nhậy của film
(film’s sensitivity), chỉ số ISO lớn thì film có khả năng nhạy sáng cao do đó sẽ thích hợp cho chụp
ở tốc độ trập nhanh hay trong điều kiện cường độ ánh sáng yếu (low light). Tuy nhiên film có độ
nhậy sáng càng lớn thì càng có xu hướng bị hiện tượng hạt mầu to (grainy).
Đối với máy ảnh kỹ thuật số, độ nhậy sáng phụ thuộc bộ cảm biến ánh sáng CCD/CMOS.
Khác với máy ảnh dùng film người chụp bị phụ thuộc vào độ nhậy sáng của film, độ nhậy sáng
của máy ảnh kỹ thuật số có thể chỉnh được. Khả năng chỉnh độ nhậy sáng ngay trên máy cũng là
một ưu thế của máy ảnh kỹ thuật số khi so sánh với máy ảnh dùng film. Tuy nhiên CCD là thiết bị
tương tự (analog) do đó khi tăng độ nhậy sáng có nghĩa là phải tăng cường khuyếch đại tín hiệu
điện tử đồng nghĩa với việc khuyếch đại các tín hiệu nhiễu, ảnh cũng sẽ bị "nhiễu" nhiều hơn.
Một vài tiến bộ gần đây trong công nghệ sản xuất chip đã cho phép tăng độ nhậy sáng vượt qua
giá trị ISO 400 mà độ nhiễu vẫn ở mức chấp nhận được.
Chất lượng hình ảnh và bộ cảm nhận
Bộ cảm nhận ánh sáng trong máy ảnh là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng
đến chất lượng của hình ảnh. Các máy ảnh dùng film thực chất chỉ là những hộp tối và người
chụp chỉ việc nhét vào đó bất cứ loại film nào họ thích, và chính loại film đó quyết định tone
mầu, mầu sắc của hình ảnh. Nếu như người chụp cho rằng loại film đó tạo ra hình ảnh có mầu
sắc quá đỏ hoặc quá xanh họ có thể chuyển sang dùng loại film khác. Với máy ảnh số, “film” là
một phần gắn liền vĩnh viễn với máy ảnh, do đó mua một loại máy ảnh số nào đó đồng nghĩa với
việc người dùng lựa chọn luôn loại film, tone mầu của hình ảnh….Mỗi loại bộ cảm nhận khác
nhau đều tạo ra hình ảnh có tone mầu khác nhau, độ nhậy sáng khác nhau, độ nhiễu mầu khác
nhau.
III. Thực hiện kí trên ảnh số và demo phần mềm:
Thực hiện tương tự như với file dữ liệu bất kì.
Chú ý:
Để thực hiện demo chương trình, cần cài đặt Java từ 1.6 trở lên và có 1 thư mục có ảnh .jpg
Để chạy chương trình, chạy file ImageDigitalSignature.jar trong thư mục dist
Figure .Giao diện chương trình khi chạy

B1: Tạo ra cặp khóa:
Chọn biểu tượng khóa ( ) trên thanh Toolbar:
Màn hình hiện lên dialog hỏi tạo store, chọn Yes:
Tùy chỉnh tham số cho key và certificate:
Đặt Alias cho key, chẳng hạn TestSigner:
Kết quả tạo khóa như sau:
B2: thực hiện kí ảnh
Chọn biểu tượng kí tài liệu( ) từ thanh công cụ.
Chọn thư mục chứa các file ảnh(jpeg) cần ký, ví dụ “C:\Users\duongnv\Desktop\ChuKi”. Giả sử thư mục
chứa file ảnh: 2132.jpg
Chọn file lưu chữ kí, ví dụ: “C:\Users\duongnv\Desktop\chuki.txt”
Chọn Calculate.
Khi đó:
- File chữ kí (chuki.txt) chứa thông tin như sau:
a93c9042e90c8ad9b3a05638fe30b4d23d1d3810fdead102c824dcc760438a44ef6b10
0080df6fe3420d13d56d10d9b5a4e24251aba3d7c79603b266c014711cf28ed7f1e1d2
db10e2cae46fe8ac3d406c113f5ca718f4cb6283f78b302e4dbb9b8c465a34f5c43828
1e986f3241bc7fd81353ce4609b8f94c3b4054b86ad167 *2132.jpg
Điều đó có nghĩa là dãy byte trên (a09c9….d167) là chữ kí của file 2132.jpg
- File 2132.jpg_md5hash.txt trong thư mục “C:\Users\duongnv\Desktop\ChuKi”có nội dung:
6a558387dbbfc0020a9ffaad7af35178
Điều đó có nghĩa là dãy byte trên (6a55 5178) là đại diện của file 2132.jpg
B3: Thực hiện xác thực ảnh số.
Chọn biểu tượng kí tài liệu( ) từ thanh công cụ.
Chọn Verify:
Chọn file, chẳng hạn: “C:\Users\duongnv\Desktop\ChuKi\2132.jpg”
Nhấn nút Verify:
Gõ chữ kí vào ô Signature và chọn Ok:
Kết quả:
Vậy quá trình kí và xác thực chữ kí thành công.