Báo cáo môn MẬT MÃ VÀ AN TOÀN DỮ LIỆU CHỮ KÝ SỐ TRÊN ÂM THANH SỐ

MẬT MÃ VÀ AN TOÀN DỮ LIỆU
CHỮ KÝ SỐ TRÊN ÂM THANH SỐ
•
Giảng viên: PGS.TS. Trịnh Nhật Tiến
•
Học viên: Bùi Trung Hiếu
Nội Dung

Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

Xử lý tín hiệu số

Đại diện tài liệu và hàm băm

Chữ ký số

Mã nguồn và chương trình thử nghiệm
2
Chữ ký số trên âm thanh số
Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

Âm thanh số là kết quả của quá trình biến đổi từ sóng âm thanh thành tín hiệu số. Sóng âm thanh là sóng cơ
học có dạng hình sin tuần hoàn liên tục, âm thanh số là những xung điện rời rạc, mô phỏng gần giống với âm
thanh thực tế.

Mô phỏng âm thanh số có các đặc trưng:
+ Bit rate
+ Sample
+ Sample rate
3
Chữ ký số trên âm thanh số

Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

Mô phỏng âm thanh số có các đặc trưng (tiếp)
+ Bit Depth
+ Kênh âm thanh (channel)
+ Âm thanh lossy, lossless và uncompressed
+ Các dạng bit rate CBR/ABR/VBR
+ Âm thanh Stereo, joint stereo, và dual channel
4
Chữ ký số trên âm thanh số
Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

Bit Rate: là thông số thu gọn, đại diện cho dung lượng (tính theo bit) của âm thanh số
trên 1 giây, đơn vị Kbps (Kilobits per second).

Sample: gọi là mẫu, chỉ một điểm đơn lẻ trong chuỗi âm thanh số, là đơn vị nhỏ nhất của
dữ liệu biểu diễn tín hiệu âm thanh tại một khoảng thời gian nhất định.

Sample rate: là số mẫu trong một khoảng thời gian nhất định (thường là 1 giây) của âm
thanh số.
5
Chữ ký số trên âm thanh số
Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

Bit Depth: Để lưu lại dưới dạng số, mỗi mẫu được biểu diễn bằng một lượng bit dữ liệu
nhất định. Bit Depth càng lớn, âm thanh càng sắc nét, trung thực.

Kênh âm thanh (Channel): sử dụng các thuật toán để tách tín hiệu số thành nhiều kênh
sao cho khi nghe bằng hệ thống loa thích hợp, sẽ có cảm giác như khi nghe âm thanh
trong thực tế.

6
Chữ ký số trên âm thanh số
Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

Âm thanh lossy, lossless và uncompressed
+ Âm thanh uncompressed là loại âm thanh không áp dụng kỹ thuật nén nào, được sử
dụng dưới định dạng WAV hoặc PCM.
+ Âm thanh lossless là loại âm thanh sử dụng phương pháp loại bỏ những dữ liệu không
liên quan tồn tại trong file gốc để thu được một file nhỏ hơn nhưng vẫn giữ được chất
lượng như ban đầu. Thường định dạng AC3, AAC, DTS, MPEG-1/2/3
7
Chữ ký số trên âm thanh số
Đặc trưng của dữ liệu âm thanh
+ Âm thanh lossy là loại âm thanh thu được khi sử dụng những phần mềm encode âm
thanh phổ biến hiện nay để chuyển đổi các định dạng âm thanh, là loại âm thanh bị giảm
chất lượng vì quá trình lossy encode không giữ nguyên những phần cần thiết trong âm
thanh gốc.
8
Chữ ký số trên âm thanh số
Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

Các dạng bit rate CBR/ABR/VBR
CBR – Constant bit rate là hằng số bit rate của một dòng âm thanh, không thay đổi tại bất kỳ điểm nào.
ABR – Average bit rate: dòng có thể sử dụng bit rate thay đổi cho mỗi frame, nhưng giá trị trung bình
của toàn bộ dòng âm thanh là cố định.
VBR – Variable bit rate: dòng âm thanh có thể sử dụng bit rate thay đổi cho mỗi frame và tùy biến để
đạt được cho mỗi frame, không xác định được giá trị trung bình.
9
Chữ ký số trên âm thanh số
Đặc trưng của dữ liệu âm thanh


Âm thanh Stereo, joint stereo, và dual channel
Dual channel tích hợp bởi 2 kênh môn, mỗi kênh sẽ được encode với một nửa của toàn bộ bit
rate.
Stereo tích hợp bởi 2 kênh âm thanh độc lập với nhau. Bit rate cung cấp giữa 2 kênh âm
thanh thay đổi phù hợp với lượng thông tin được chứa trong mỗi kênh.
Joint Stereo cũng tích hợp 2 kênh âm thanh nhưng có một bước tiến xa hơn là có thể sử dụng
được những mẫu chung thường xuất hiện ở cả 2 kênh. Do đó độ nén sẽ tốt hơn so với stereo
bình thường.
10
Chữ ký số trên âm thanh số
Xử lý tín hiệu số

Tín hiệu là sự biến thiên của biên độ theo thời gian, có dạng hình sin.

Nhiễu là do chính bản thân mạch điện từ và môi trường truyền thông phát sinh ra. Nhiễu trắng là nhiễu
có độ lớn như nhau ở mọi tần số, hoặc là tín hiệu có mật độ công suất phổ cố định ở mọi băng tần.

Có 2 loại phân bổ xác xuất của nhiễu
+ Phân bổ đều là phân bô có hàm mật độ PDF f(x) không đổi trong khoảng biên thiên của x, có giá trị kỳ
vọng µ=0
+ Phân bổ Gauss là phân bổ chuẩn.
11
Chữ ký số trên âm thanh số
Xử lý tín hiệu số

Phân loại tín hiệu: Tùy theo từng tiêu chuẩn mà có nhiều cách phân loại khác nhau:
+ Dạng sóng: tín hiệu sin, vuông, tam giác, xung…
+ Tần số: hạ tần, cao tần (HF), âm tần (AF), siêu cao tần (VHF)…
+ Sự liên tục: tín hiệu liên tục, tín hiệu rời rạc.

+ Tính xác định: tín hiệu xác định, tín hiệu ngẫu nhiên.
12
Chữ ký số trên âm thanh số
Xử lý tín hiệu số

Phân tích Fourier
Biến đổi Fourier rời rạc (DFT): tín hiệu tuần hoàn ít gặp trong thực tế, trong khi tín hiệu
không tuần hoàn và có số mẫu giới hạn lại thường xảy ra. Những tín hiệu như này không
phù hợp với biến đổi Fourier rời rạc theo thời gian. Do đó thường xem tín hiệu này như là
tín hiệu tuần hoàn ở chu kỳ N.
13
Chữ ký số trên âm thanh số
Xử lý tín hiệu số

Phân tích Fourier
Biến đổi Fourier nhanh (FFT): Biểu thức biến đổi fourier rời rạc (DFT) và biến đổi
Fourier ngược (IDFT) chỉ thực hiện trên các phép nhân và phép cộng, nhưng vì có quá
nhiều phép toán nên cần nhiều thời gian xử lý. Do vậy, FFT là thuật toán để tính nhanh
DFT và IDFT. Lợi điểm của DFT và IDFT là có hàm mũ, sin, cosin dẫn tới trùng lặp
trong các phép tính.
14
Chữ ký số trên âm thanh số
Xử lý tín hiệu số

Phân tích Fourier
Ứng dụng: Phân tích phổ để phân ly tín hiệu số thành các thành phần tần số. Đáp ứng cửa
sổ: biến đổi fourier là phương pháp cơ bản để thiết kế các lọc phổ phi đệ quy. Độn không
thực hiện chèn bit 0 vào các thành phần trống của tín hiệu sau khi thực hiện lọc qua cửa
sổ. Nhân chập nhanh giúp thực hiện nhanh thao tác tính toán nhân chập trên tín hiệu. Đáp
ứng xung

15
Chữ ký số trên âm thanh số
Xử lý tín hiệu số

Trải phổ
Trải phổ là kỹ thuật truyền tín hiệu, sử dụng rộng rãi trong truyền thông, năng lượng của
tín hiệu được “trải” trên một băng thông rộng hơn nhiều lần lượng băng thông cần thiết
tối thiểu nhờ sử dụng mã giả ngẫu nhiên.
Có 4 kiểu trải phổ: trải phổ trực tiếp, nhảy tần, nhảy thời gian, hệ lai.
16
Chữ ký số trên âm thanh số
Xử lý tín hiệu số

Trải phổ
Đặc điểm:
+ Chống lại các nhiễu cố ý hay vô tình.
+ Có khả năng loại trừ ảnh hưởng của truyền sóng nhiễu tin.
+ Có khả năng dùng chung băng tần với người sử dụng khác.
+ Sử dụng được cho thông tin vệ tinh ở chế độ CDMA.
+ Đảm bảo tính riêng tư nhờ sử dụng các mã trải phổ giả ngẫu nhiên.
+ Được phép hoạt động không cần giấy phép ở lĩnh vực công nghiệp, khoa học, y tế.
17
Chữ ký số trên âm thanh số
Xử lý tín hiệu số

Chuỗi giả ngẫu nhiên
Tín hiệu trải phổ băng thông rộng tựa tạp âm được tạo ra bằng các chuỗi giả ngẫu nhiên
theo một quy luật xác định nhưng ngẫu nhiên.

Mô hình giả lập hệ thính giác: là thuật toán cố gắng mô phỏng lại cơ chế cảm nhận âm

thanh của tai người, sử dụng kiến thức tổng hợp từ nhiều ngành, đặc biệt là sinh lý học và
thính âm học.
18
Chữ ký số trên âm thanh số
Đại diện tài liệu và Hàm băm

Một số vấn đề với chữ ký số
Ký số thực hiện trên từng bit tài liệu, nên độ dài của chữ ký số ít nhất cũng bằng độ dài của tài
liệu.
Với sơ đồ chữ ký an toàn, thì tốc độ ký lại chậm vì dùng nhiều phép tính số học phức tạp như số
mũ modulo.
Nhiều bản tin đầu vào khác nhau, sử dụng hệ mã hóa hay sơ đồ ký số có thể giống nhau hoặc
khác nhau, nhưng lại cho ra bản mã hay chữ ký giống nhau.
19
Chữ ký số trên âm thanh số
Đại diện tài liệu và Hàm băm

Cách giải quyết các vấn đề trên
Chặt bản tin thành nhiều đoạn nhỏ, sau đó ký lên các đoạn đó độc lập nhau. Nhưng kết
quả sau khi ký, nội dung của thông điệp có thể bị xáo trộn với nhau, hoặc bị một số đoạn
bị mất mát thông tin.
Dùng ham băm để tạo đài diều cho tài liệu, rồi ký lên đại diện này.
20
Chữ ký số trên âm thanh số
Hàm băm

Hàm băm là thuật toán không dùng khóa để mã hóa bản tin và cho kết quả là một giá trị cố
định.

Đặc tính

Với một tài liệu đầu vào, chỉ thu được giá trị băm duy nhất.
Khi thay đổi nội dung bản tin đầu vào thì giá trị băm cũng thay đổi.

Ứng dụng là ký lên đại diện tài liệu, giảm thời gian ký và thời gian truyền chữ ký và bộ nhớ lưu
giữ chữ ký.
21
Chữ ký số trên âm thanh số
Hàm băm

Tính chất
+ Không va chạm yếu.
+ Không va chạm mạnh.
+ Hàm một chiều.

Các loại hàm băm
+ Các hàm băm dòng MD (MD2, MD4, MD5) do Rivest đề xuất, giá trị băm có độ dài cố định
128 bit.
+ Hàm băm SHA có giá trị băm có độ dài cố định 160 bit.
22
Chữ ký số trên âm thanh số
Chữ ký số

Chữ ký số để chứng thực nguồn gốc hay xác định hiệu lực pháp lý của một tài liệu điện tử.

Sơ đồ là bộ 5 (P, A, K, S, V), trong đó:
P: tập hữu hạn các văn bản có thể.
A: tập hữu hạn các chữ ký có thể.
K: tập hữu hạn các chữ ký có thể.
S: tập các thuật toán ký.
V: tập các thuật toán kiểm thử.

23
Chữ ký số trên âm thanh số
Chữ ký số

Phân loai chữ ký
Chữ ký có thể khôi phục thông điệp (ví dụ RSA), chữ ký không thể khôi phục thông điệp (ví dụ
Elgamal).
Chữ ký không thể phủ nhận (ví dụ chữ ký không phủ định Chaum – Van Antverpen), chữ ký
một lần (Lamport).
Chữ ký theo ứng dụng đặc trưng: chữ ký mù, chữ ký nhóm, chữ ký bội, chữ ký mù nhóm, chữ
ký mù bội.
24
Chữ ký số trên âm thanh số
Chữ ký số

Chữ ký RSA
- Tạo cặp khóa (bí mật, công khai) – a, b
Chọn bí mật số nguyên tố lớn p, q, tính n = p * q, công khai n, đặt P = C = Z
n
Tính bí mật ϕ(n) = (p-1).(q-1). Chọn khóa công khai b < ϕ(n), nguyên tố cùng nhau với ϕ(n)
Khóa bí mật a là phần tử nghịch đảo của b theo mod ϕ(n)
a*b ≡ 1 (mod ϕ(n)).
- Ký số: Chữ ký trên x thuộc P là y=Sig
k
(x)=x
a
(mod n), y thuộc A
- Kiểm tra chữ ký: Ver
k
(x,y) = đúng  x ≡ y

b
(mod n).
25
Chữ ký số trên âm thanh số