BÁO CÁO MÔN MẬT MÃ VÀ AN TOÀN DỮ LIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA ÂM THANH SỐ

Đề tài: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA ÂM THANH SỐ
10/19/14Bùi Hương Giang - K20 1/13
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
MẬT MÃ VÀ AN TOÀN DỮ LIỆU
Giảng viên: PGS.TS. Trịnh Nhật Tiến
Học viên: Bùi Hương Giang – K20
Lớp: INT 6010 2
Mã HV: 13025155
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA ÂM THANH SỐ
10/19/14Bùi Hương Giang - K20 2/13
Nội dung
I- Các phương pháp mã hóa âm thanh số
II- Demo

Phương pháp mã hóa Rijndael (AES)

Phương pháp mã hóa DES

Phương pháp mã hóa RC4
10/19/14
Bùi Hương Giang - K20
3/13
I- Các phương pháp mã hóa âm thanh số
1-Phương pháp mã hóa Rijndael (AES)

Được phát triển bởi Joan Daemen và Vicent Rijnmen

AES: làm việc với các khối dữ liệu đầu vào và đầu ra 128 bit,
Khóa có độ dài 128, 192 hoặc 256 bit

Rijndael: làm việc với dữ liệu và khóa có độ dài bất kỳ là bội số

của 32 bit trong khoảng từ 128-256 bit (128, 160, 192, 224, và 256 bít)
-> Có thể mã hóa các file có dung lượng lớn như âm thanh, video, ảnh,

Mỗi khối dữ liệu 128 bit đầu vào được chia thành 16 byte (mỗi byte 8 bit),
có thể xếp thành 4 cột, mỗi cột 4 phần tử hay là một ma trận 4x4 của các byte,
nó được gọi là ma trận trạng thái

Giới thiệu
10/19/14
Bùi Hương Giang - K20
4/13
1-Phương pháp mã hóa Rijndael (AES)
I- Các phương pháp mã hóa âm thanh số

Mô tả thuật toán:
1- Khởi động vòng lặp
•
AddRoundKey— Mỗi cột của trạng thái đầu tiên lần lượt được kết hợp với một khóa con
theo thứ tự từ đầu dãy khóa, sử dụng phép toán XOR (⊕)
2- Vòng lặp
•
SubBytes— đây là phép thế (phi tuyến) trong đó mỗi byte trong trạng thái sẽ được thế
bằng một byte khác theo bảng tra (Rijndael S-box) : bij= S(aij)
10/19/14
Bùi Hương Giang - K20
5/13
I- Các phương pháp mã hóa âm thanh số
1- Phương pháp mã hóa Rijndael (AES)
2- Vòng lặp (tiếp)
•

ShiftRows— dịch chuyển, các hà ng trong trạng thái được dịch vòng trái theo số bước khác nhau
•
MixColumns— quá trình trộn làm việc theo các cột trong khối theo một phép biến đổi tuyến tính
Mỗi cột được nhân với một hệ số cố định
•
AddRoundKey
10/19/14
Bùi Hương Giang - K20
6/13
I- Các phương pháp mã hóa âm thanh số
1- Phương pháp mã hóa Rijndael (AES)
3- Vòng lặp cuối
•
SubBytes
•
ShiftRows
•
AddRoundKey
Tại chu trình cuối thì bướcMixColumnskhông thực hiện.

Đánh giá thuật toán:
- Độ an toàn cao
-
Hạn chế được các khóa yếu do sự khác nhau trong cấu trúc mã hóa,
thông qua phép XOR
- Thích hợp triển khai trên nhiều loại hệ thống khác nhau
-
Thời gian xử lý việc giải mã lớn hơn mã hóa,
không tận dụng được toàn bộ đoạn chương trình mã hóa
10/19/14

Bùi Hương Giang - K20
7/13
I- Các phương pháp mã hóa âm thanh số
2- Phương pháp mã hóa DES

Là thuật toán mã hóa khối

Xử lý thông tin của bản rõ có độ dài xác định 64 bit

Độ dài khóa chỉ sử dụng 56 bit, số vòng lặp là 16

Nguyên lý:
1- Sử dụng một khóa k tạo ra n khóa con k1, k2, , kn
2- Hoán vị dữ liệu ban đầu
3- Thực hiện n vòng lặp, ở mỗi vòng lặp
+ Dữ liệu được chia thành 2 phần
+ Áp dụng phép toán thay thế lên một phần, phần còn lại giữ nguyên
+ Hoán vị 2 phần cho nhau
4- Hoán vị dữ liệu bước cuối

Giới thiệu
10/19/14
Bùi Hương Giang - K20
8/13
I- Các phương pháp mã hóa âm thanh số
2- Phương pháp mã hóa DES

Mô tả giải thuật
- Có 16 chu trình giống nhau trong quá trình xử lý
- Có 2 lần hoán vị đầu và cuối (IP & FP)

-
Khối thông tin 64 bit trước khi vào chu trình được chia
làm 2 phần và sẽ được xử lý tuần tự thông qua hàm Feistel
- 56 bit khóa con cũng được chia làm 2 phần bằng nhau
-
Mỗi phần được xử lý độc lập, và sau mỗi chu trình
sẽ được dịch chuyển đi 1 hoặc 2 bit
(dịch trái khi mã hóa, dịch phải khi giải mã )
- Khi giải mã các khóa con được thực hiện theo thứ tự ngược lại
10/19/14
Bùi Hương Giang - K20
9/13
I- Các phương pháp mã hóa âm thanh số
2- Phương pháp mã hóa DES

Đánh giá giải thuật
- Khóa 56 bit -> Có 256 = 7.2 * 1016 khóa
=> Khóa yếu, dễ bị bẻ khóa, theo nghiên cứu là chưa đầy 24h
- Hiện nay phương pháp này không còn được sử dụng nhiều,
Thay thế bằng mã hóa 3DES
10/19/14
Bùi Hương Giang - K20
I- Các phương pháp mã hóa âm thanh số
10/13
3- Phương pháp mã hóa RC4
- Được phát triển bởi Ron Rivest
- Giải thuật này sử dụng những từ khóa với chiều dài có thể biến
đổi lên đến 256 bytes.
- RC4 thuộc nhóm mã hóa dòng với độ dài khóa không cố định
- Thủ tục cơ bản nhất trong một hệ mã

dòng bất kỳ là thủ tục sinh Gamma
 1.TăngQ1lên1: Q1=(Q1+1)mod256
 2.ThayđổigiátrịcủaQ2: Q2=(Q2+S[Q1])mod256
 3.Hóanđổigiátrịcủa2phầntử: S[Q1]↔S[Q2]
 4.TínhtrổngTcủa2phầntửnày: T=(S[Q1]+S[Q2])mod256
 5.Gángiátrịchoγ: γ=S[T]

Giới thiệu
10/19/14
Bùi Hương Giang - K20
I- Các phương pháp mã hóa âm thanh số
11/13
3- Phương pháp mã hóa RC4
•
Xáo trộn khối S:
•
i = 0 255
•
j = (j + S[i] + k[i]) mod 256
•
Hoán đổi giá trị: S[i] ↔ S[j]
•
Sinh một giá trị Gamma: γ
•
Đọc một ký tự Xi từ bản tin.
•
Thực hiện phép XOR giữa Xi và γ sẽ thu được một ký tự của bản mã Yi: Yi = Xi Å γ

Khởi tạo khối S
- Gán cho mỗi phần tử giá trị bằng chỉ số của nó: S[i] = i; i=0 255

- Tạo một mảng k gồm 256 phần tử, mỗi phần tử có kích thước 1 byte.
- Điền đầy bảng k bằng các byte của khóa K: k[0]=K[0], k[1]=K[1],
- Khởi tạo biến đếm j: j=0;

Mã hóa và giải mã

Giải thuật
10/19/14
Bùi Hương Giang - K20
I- Các phương pháp mã hóa âm thanh số
12/13
3- Phương pháp mã hóa RC4

Đánh giá giải thuật
- Thuật toán đơn giản. Ý nghĩa của từng bước rõ ràng logic
-
RC4 an toàn với cả 2 phương pháp thám mã cơ bản là
thám mã tuyến tính và thám mã vi phân
- Số trạng thái mà RC4 có thể có là 256! X 256 x 256=21700
- Có thể thay đổi kích thước của bảng anphabet (4bits, 16 bits, )
10/19/14
Bùi Hương Giang - K20
13/13
II- Demo phương pháp mã hóa Rijndael