NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG CHỮ ký số TRONG QUÁ TRÌNH gửi NHẬN tài LIỆU điện tử

ĐẠI QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN TƢ THỤC

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỮ KÝ SỐ
TRONG QUÁ TRÌNH GỬI NHẬN TÀI LIỆU ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội – 2016


ĐẠI QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN TƢ THỤC

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỮ KÝ SỐ
TRONG QUÁ TRÌNH GỬI NHẬN TÀI LIỆU ĐIỆN TỬ

Ngành: Công nghệ Thông tin
Chuyên ngành: Hệ thống Thông tin
Mã số: 60480104

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Hữu Ngự

Hà Nội – 2016
2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân
tôi, không sao chép của ai. Do tôi tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng hợp
thực hiện và làm theo hƣớng dẫn của ngƣời hƣớng dẫn khoa học. Nội dung lý
thuyết trong trong luận văn tôi có sử dụng một số tài liệu tham khảo nhƣ đã trình
bày trong phần tài liệu tham khảo. Các số liệu, chƣơng trình phần mềm và
những kết quả trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ
một công trình nào khác.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan của mình. Nếu có
điều gì sai trái, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.

Hà Nội, tháng 11 năm 2016
Ngƣời cam đoan

Nguyễn Tƣ Thục

3


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hữu
Ngự và TS Hồ Văn Hƣơng đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong
suốt quá trình làm luận văn.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong Khoa Công nghệ
Thông tin, Trƣờng Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã truyền đạt
những kiến thức và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu.
Và cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp, gia đình và bạn
bè những ngƣời đã ủng hộ, động viên tạo mọi điều kiện giúp đỡ để tôi có

đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay.

Hà Nội, tháng 11 năm 2016

Nguyễn Tƣ Thục

4


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................. 4
MỤC LỤC................................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................ 8
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................... 9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .................................................................... 9
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................... 10
Chƣơng 1. Giao dịch điện tử và các vấn đề bảo đảm an toàn .................. 12
1.1. Giao dịch điện tử ................................................................................ 12
1.2. An toàn thông tin .............................................................................. 12
1.3. Các nguy cơ mất an toàn thông tin .................................................... 13
1.4. Thực trạng mất an ninh an toàn trong giao dịch điện tử .................... 13
1.5. Các giải pháp bảo đảm An toàn thông tin.......................................... 14
1.6. Kết luận chƣơng 1 .............................................................................. 15
Chƣơng 2. Cơ sở mật mã ứng dụng trong an toàn bảo mật thông tin ...... 16
2.1. Tổng quan về hệ mật mã .................................................................... 16
2.2. Hệ mật mã khóa đối xứng .................................................................. 17
2.2.1. Khái quát hệ mật mã khóa đối xứng ........................................... 17
2.2.2. Ƣu nhƣợc điểm của hệ mã hóa đối xứng .................................... 18
2.3. Hệ mật mã khóa công khai ................................................................ 19

2.3.1. Khái quát hệ mật mã khóa công khai.......................................... 19
2.3.2. Ƣu nhƣợc điểm của hệ mật mã khóa công khai ......................... 20
2.3.3. Thuật tóa RSA ............................................................................ 20
2.4. Hàm băm ............................................................................................ 24
2.4.1. Khái niệm .................................................................................... 24
2.4.2. Đặc tính của hàm băm ................................................................ 24
2.4.3. Một số tính chất cơ bản của hàm băm ........................................ 25
2.4.4. Vai trò của hàm băm ................................................................... 25
2.5. Chữ ký số ........................................................................................... 25
5


2.5.1. Khái niệm .................................................................................... 25
2.5.2. Cách tạo chữ ký số ...................................................................... 26
2.5.3. Sơ đồ chữ ký số ........................................................................... 27
2.5.4. Một số chữ ký phổ biến .............................................................. 28
2.5.4.1 Chữ ký RSA ........................................................................... 28
2.5.4.2. Chữ ký Elgamal .................................................................... 29
2.5.4.3. Chữ ký DSS .......................................................................... 32
2.5.5. Ƣu điểm và ứng dụng của chữ ký số .......................................... 33
2.5.5.1. Xác định nguồn gốc .............................................................. 33
2.5.5.2. Tính toàn vẹn ........................................................................ 33
2.5.5.3. Tính không thể phủ nhận ...................................................... 33
2.5.5.4. Ứng dụng của chữ ký số ....................................................... 33
2.5.6. Phân phối khóa công khai ........................................................... 34
2.5.7. Chứng thƣ số ............................................................................... 34
2.5.7.1. Các phiên bản chứng thƣ số .................................................. 35
2.5.8. Hạ tầng khóa công khai .............................................................. 39
2.5.8.1. Chức năng PKI ...................................................................... 40
2.5.8.2. Các thành phần của PKI ........................................................ 40

2.5.8.3. Hoạt động của PKI ................................................................ 41
2.5.8.4. Các mô hình của PKI ............................................................ 42
2.6. Kết luận chƣơng 2 .............................................................................. 43
Chƣơng 3. Giải pháp ứng dụng chữ ký số ............................................... 44
3.1. Thực trạng ứng dụng chữ ký số trong nƣớc....................................... 44
3.1.1. Giá trị pháp lý của chữ ký số ...................................................... 44
3.1.2. Hệ thống chứng thƣ số trong nƣớc ............................................. 45
3.1.3. Dịch vụ chứng thực chữ ký số trong nƣớc ................................. 47
3.2. Khái quát về hệ thống quản lý văn bản và điều hành ........................ 48
3.3. Nhu cầu an toàn, an ninh thông tin .................................................... 49
3.4. Giải pháp ứng dụng chữ ký số ........................................................... 49
3.4.1. Giới thiệu mô hình kết nối liên thông ......................................... 49
6


3.4.2 Giải pháp chữ ký số .................................................................. 51
3.4.2.1. Xây dựng giải pháp ký số trên nền Web ............................... 51
3.5. Xây dựng ứng dụng ........................................................................... 52
3.5.1. Mô hình giải pháp ký số tài liệu ................................................. 52
3.5.2. Phân tích thiết kế giải pháp ......................................................... 55
3.5.2.1. Chức năng cần thiết của yêu cầu xác thực ............................ 55
3.5.2.2. Phân tích thiết kế các thành phần của mô hình .................... 56
3.6. Kết quả của giải pháp......................................................................... 58
3.7. Kết luận chƣơng 3 .............................................................................. 59
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................ 60
TÀI LIỆU THẢM KHẢO ........................................................................ 61

7

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
ATTT
AES
CNTT

Ý nghĩa
An toàn thông tin
Advanced Encryption Standard – Chuẩn mã hóa nâng cao
Công nghệ thông tin

CA

Certificate Authority – Cơ quan chứng thực số

DDoS

Distributed denial of service – Từ chối dịch vụ

DES

Data Encryption Standard- Chuẩn Mã hóa Dữ liệu

DS

Digital Signature – Chữ ký số

DSS

Digital Signature Standard - Chuẩn chữ ký số

FIPS PUB

Federal Information Processing Standards – Chuẩn xử lý thông
tin

MD 5

Message Digest algorithm 5 - giải thuật của hàm băm

OID

Object Identifier - kiểu định dạng

PKCS
QLVB&ĐH

Public Key Cryptography Standards - Chuẩn mã hóa công khai
Quản lý vă bản và điều hành

RSA

Rivest Shamir Adleman – Mã hóa công khai

SHA

Secure Hash Algorithm –Thuật toán băm an toàn

SSL

Secure Socket Layer - Giao thức an ninh thông tin

TMĐT
URL

Thƣơng mại điện tử
Uniform Resource locator - Liên kêt dân địa chỉ web

8


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Tổng hợp số liệu thống kê ATTT Việt Nam 2015 .............................. 14
Bảng 3.1 Danh sách các doanh nghiệp đƣợc cấp phép ....................................... 47

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Mật mã đối xứng .................................................................................. 17
Hình 2.2 Mã hóa khóa công khai ........................................................................ 19
Hình 2.3 Sơ đồ biểu diễn thuật toán RSA ........................................................... 21
Hình 2.4 Minh họa hàm băm............................................................................... 24
Hình 2.5 Lƣợc đồ tạo và kiểm tra chữ ký số ....... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.6 X.509 version 3 .................................................................................... 36
Hình 2.7 Mô hình PKI ........................................................................................ 41
Hình 3.1 Hệ thống chứng thực số trong nƣớc ..................................................... 45
Hình 3.3 Chứng thƣ số Root CA Chính phủ ....................................................... 46
Bảng 3.1 Danh sách các doanh nghiệp đƣợc cấp phép ....................................... 47
Hình 3.4 Thị trƣờng dịch vụ chứng thực số công cộng ...................................... 48
Hình 3.5 Mô hình liên thông gửi nhận văn bản điện tử ...................................... 50
Hình 3.6 Mô hình xác thực trên Web tổng quan ................................................. 51
Hình 3.7 Mô hình giải pháp ký số ....................................................................... 52

Hinh 3.8 Thiết bị Token ...................................................................................... 53
Hình 3.9 Minh họa chứng thƣ số RootCA .......................................................... 54
Hình 3.10 Minh họa chứng thƣ số SubCA .......................................................... 54
Hình 3.11 Minh họa chứng thƣ số ngƣời dùng ................................................... 55
Hình 3.12 Lƣợc đồ ký số trên hệ thống............................................................... 56
Hình 3.13 Lƣợc đồ xác thực văn bản ký số ........................................................ 57
Hình 3.14 Giao diện phát hành văn bản .............................................................. 58
Hình 3.15 Văn bản đã đƣợc ký số (pdf) .............................................................. 58
Hình 3.16 Văn bản đã đƣợc ký số (.doc) ............................................................ 59

9


LỜI MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển của Công nghệ thông tin, các phƣơng
tiện và công nghệ truyền thông tiên tiến ra đời, trong đó mạng máy tính và đặc
biệt là mạng Internet đã giúp chúng ta giao dịch thông tin thuận tiện và nhanh
chóng. Vì vậy cần có một giải pháp bảo đảm an toàn thông tin (ATTT) trong
quá trình giao dịch điện tử đó. Bảo đảm ATTT là bảo đảm tính bí mật, bảo đảm
tính toàn vẹn, bảo đảm tính xác thực và bảo đảm tính sẵn sàng của thông tin.
Việc bảo đảm ATTT đƣợc dựa trên cơ sở về mã hóa thông tin, cơ sở khoa học
mật mã phục vụ ATTT, trong đó những vấn đề liên quan đến thuật toán băm,
thuật toán mã hóa và chữ ký số là các cơ sở chính để thực hiện đề tài.
Đƣợc sự đồng ý của thầy hƣớng dẫn và nhận thấy tính thiết thực của vấn
đề, tôi chọn đề tài: “Nghi n cứu ứng dụng chữ
s trong qu tr nh gửi
nh n tài iệu điện tử”.
2. Mục đích của u n văn
Luận văn tìm hiểu các vấn đề về bảo đảm an toàn trong giao dịch điện tử,

các cơ sở khoa học trong bảo đảm an toàn bảo mật dữ liệu nhƣ các hệ mã hóa dữ
liệu, hàm băm, ký số.
Nghiên cứu các giải pháp mã hoá để bảo mật thông tin và những phƣơng
pháp, kỹ thuật tạo chữ kí số trên các tài liệu, văn bản điện tử.
Đánh giá thực trạng ứng dụng chữ ký số trong gửi nhận văn bản điện tử
đối với các tổ chức, nghiên cứu hạ tầng khóa công khai PKI và các vấn đề liên
quan đến chứng thƣ số.
Xây dựng giải pháp ứng dụng chữ ký số trong quá trình gửi nhận văn bản
điện tử trên hệ thống quản lý văn bản và điều hành tại Văn phòng Chính phủ.
3. Đ i tƣợng và phạm vi nghi n cứu
Hệ mã hóa RSA, chữ ký số RSA, hạ tầng khóa công khai PKI cũng nhƣ
các vấn đề liên quan đến chứng thƣ số; hệ thống quản lý văn bản và điều hành là
đối tƣợng nghiên cứu chính của luận văn nhằm xây dựng ứng dụng chữ ký số
trong gửi nhận tài liệu điện tử.
Phạm vi nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu ứng dụng chữ ký số trong quá
trình gửi nhận văn bản điện tử với các định dạng nhƣ .docx, pdf trên hệ thống
quản lý văn bản và điều hành đang đƣợc dùng tại các cơ quan hành chính nhà
nƣớc.
10


4. Phƣơng ph p nghi n cứu
Tiếp cận phân tích và tổng hợp các tài liệu về mã hoá, hệ mật mã của các
tác giả trong và ngoài nƣớc, các bài báo, thông tin trên mạng.
Tìm hiều chữ ký số RSA, hạ tầng khóa công khai PKI. Từ đó đƣa ra giải
pháp xây dựng ứng dụng.
Tìm hiểu các sản phẩm ứng dụng chứng thực số hiện đang đƣợc sử dụng,
đánh giá thực trạng ứng dụng chứ ký số trong giao dịch điện tử của các cơ quan,
tổ chức đơn vị trong nƣớc.
Tham khảo, vận dụng và kế thừa các thuật toán, mã nguồn mở, v.v…

5. B cục u n văn
Luận văn gồm 3 chƣơng, có phần mở đầu, phần kết luận, phần mục lục,
phần tài liệu tham khảo. Các nội dung cơ bản của luận văn đƣợc trình bày theo
cấu trúc nhƣ sau:
Chƣơng 1: Gao dịch điện tử và c c vấn đề bảo đảm an toàn trong
giao dịch điện tử
Chƣơng này trình bày về các khái niệm an toàn bảo mật thông tin, các
nguy cơ mất ATTT cũng nhƣ đánh giá thực trạng về ATTT. Từ đó đƣa ra một số
giải pháp để đảm bảo ATTT.
Chƣơng 2: Cơ sở m t mã ứng dụng trong an toàn bảo m t thông tin
Nghiên cứu về cơ sở ứng dụng trong bảo đảm an toàn bảo mật thông tin
nhƣ các hệ mật mã, các phƣơng pháp mã hóa, hàm băm, chữ ký số, hạ tầng khóa
công khai, v.v…
Chƣơng 3: Giải ph p ứng dụng chữ
s trong qu tr nh gửi nh n
tài iệu điện tử tr n hệ th ng quản văn bản và điều hành
Tìm hiểu về thực trạng ứng dụng chữ ký số, khái quát về hệ thống quản lý
văn bản và điều hành. Qua đó xây dựng giải pháp ứng dụng chữ ký số trong gửi
nhận văn bản điện tử trên hệ thống quản lý văn bản và điều hành.

11


Chƣơng 1. Giao dịch điện tử và c c vấn đề bảo đảm an toàn trong giao dịch
điện tử
1.1. Giao dịch điện tử
Giao dịch điện tử là giao dịch đƣợc thực hiện bằng phƣơng tiện điện tử.
Ngày nay với nền tảng của công nghệ thông tin hiện đại, giao dịch điện tử cũng
phát triển nhanh chóng, thu hút đƣợc sự quan tâm sâu rộng của các quốc gia, các
tổ chức quốc tế và các khối liên kết kinh tế; góp phần quan trọng làm thay đổi

cách thức kinh doanh, giao dịch truyền thống, phong cách sống, học tập, làm
việc của con ngƣời; thúc đẩy mạnh mẽ sự tăng trƣởng kinh tế, tăng cƣờng hiệu
quả hoạt động và khả năng cạnh tranh của các tổ chức, doanh nghiệp; tạo ra
nhiều ngành nghề sản xuất, kinh doanh, dịch vụ mới nhƣ công nghiệp công nghệ
thông tin, dịch vụ thƣơng mại điện tử, dịch vụ tài chính – ngân hàng trực tuyến,
dịch vụ thƣ điện tử, dịch vụ chữa bệnh qua mạng, giáo dục đào tạo từ xa... Giao
dịch điện tử cũng thúc đẩy “tin học hóa” hoạt động của các cơ quan nhà nƣớc,
giúp cho quá trình gửi nhận các văn bản đƣợc thực hiện nhanh chóng, kịp thời
và chính xác; cho phép mọi ngƣời dân có thể dễ dàng tiếp cận các dịch vụ công
cũng nhƣ giám sát hoạt động của các cơ quan Nhà nƣớc.
1.2. An toàn thông tin
An toàn thông tin là sự bảo vệ thông tin, hệ thống thông tin tránh bị truy
nhập, sử dụng, tiết lộ, gián đoạn, sửa đổi hoặc phá hoại trái phép nhằm đảm bảo
tính nguyên ven, tính bảo mật và tính khả dụng của thông tin.
An toàn thông tin liên quan đến hai khía cạnh đó là an toàn về mặt vật lý
và an toàn về mặt kỹ thuật.
Mục tiêu cơ bản của an toàn thông tin [8]:
+ Đảm bảo tính bảo mật (Confidentiality): Thông tin chỉ đƣợc truy cập
bởi những ngƣời có thẩm quyền;
+ Đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu (Integrity): Thông tin chỉ đƣợc thay đổi
bởi những người có thẩm quyền;
+ Đảm bảo tính xác thực (Authentication): Xác thực đúng thực thể cần kết
nối, giao dịch. Xác thực đúng thực thể có trách nhiệm về nội dung thông tin.
+ Đảm bảo tính sẵn sàng (Availability): Thông tin luôn sẵn sàng đƣợc sử
dụng bởi những người có thẩm quyền.

12


1.3. C c nguy cơ mất an toàn thông tin

Nguy cơ mất an toàn thông tin về khía cạnh vật lý: là nguy cơ do mất điện,
nhiệt độ, độ ẩm không đảm bảo, hỏa hoạn, thiên tai, thiết bị phần cứng bị hƣ hỏng,
các phần tử phá hoại nhƣ nhân viên xấu bên trong và kẻ trộm bên ngoài.
Nguy cơ bị mất, hỏng, sửa đổi nội dung thông tin: Ngƣời dùng có thể vô
tình để lộ mật khẩu hoặc không thao tác đúng quy trình tạo cơ hội cho kẻ xấu lợi
dụng để lấy cắp hoặc làm hỏng thông tin. Kẻ xấu có thể sử dụng công cụ hoặc
kỹ thuật của mình để thay đổi nội dung thông tin (các file) nhằm sai lệnh thông
tin của chủ sở hữu hợp pháp.
Nguy cơ bị tấn công bởi các phần mềm độc hại: Các phần mềm độc hại
tấn công bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau để xâm nhập vào hệ thống với
các mục đích khác nhau nhƣ: virus, sâu máy tính (Worm), phần mềm gián điệp
(Spyware),...
Nguy cơ xâm nhập từ lỗ hổng bảo mật: lỗ hổng bảo mật thƣờng là do lỗi
lập trình, lỗi hoặc sự cố phần mềm, nằm trong một hoặc nhiều thành phần tạo
nên hệ điều hành hoặc trong chƣơng trình cài đặt trên máy tính.
Nguy cơ xâm nhập do bị tấn công bằng cách phá mật khẩu.
Nguy cơ mất an toàn thông tin do sử dụng e-mai.
Nguy cơ mất an toàn thông tin trong quá trình truyền tin.
Nguy cơ bị các cuộc tấn công mạng, v.v...
1.4. Thực trạng mất an ninh an toàn trong giao dịch điện tử
Giao dịch điện tử là một hoạt động mang lại hiệu quả cao, song một khi
gặp rủi ro thì những thiệt hại đối với các tổ chức, doanh nghiệp cũng không nhỏ.
Theo đánh giá tổng thể, tình hình bảo đảm an toàn thông tin của Việt Nam
đã có những chuyển biến tích cực rõ rệt [1]. Chỉ số an toàn thông tin Việt Nam
năm 2015 (VNISA Index 2015) đã tăng từ mức 39% vào năm 2014 lên 46,4%
vào năm 2015.
Tuy nhiên vẫn còn nhữn bất cập, tồn tại về an toàn thông tin nhƣ: Việt
Nam tiếp tục nằm trong danh sách các quốc gia có tỉ lệ lây nhiễm phần mềm độc
hại cao trên thế giới. Chỉ số này của Việt Nam năm 2015 ƣớc tính vào khoảng
64,36%, mặc dù tỉ lệ này có giảm so với năm 2014 nhƣng là không đáng kể.

Trong năm 2015, Việt Nam phát hiện 38.177 cuộc tấn công mạng, tăng
gấp 2 lần so với năm 2014, trong đó có 5.600 cuộc tấn công lừa đảo
13


(Phishing), 22.200 cuộc tấn công cài phần mềm độc hại (Malware) và 10.377
cuộc tấn công thay đổi giao diện (Deface), trong số đó có 212 cuộc tấn công
thay đổi giao diện vào các hệ thống có tên miền “.gov.vn”
Bảng 1.1 Tổng hợp số liệu thống kê ATTT Việt Nam 2015
Nội dung

TT

Năm 2015

Năm 2014

46.4 %

39 %

64.36 %

66 %

Chỉ s an toàn thông tin Việt Nam
1

Chỉ số an toàn thông tin Việt Nam

Tỷ ệ ây nhiễm phần mềm độc hại
2

Trên máy vi tính

3

Trên thiết bị di động

24 %

23 %

4

Qua mạng

39 %

49 %

5

Qua các thiết bị đa phƣơng tiện

77 %

77 %
> 19.000 cuộc

Tấn công mạng
6

Tổng số cuộc tấn công

38.177 cuộc

7

Tổng số cuộc tấn công thay đổi giao
diện

10.377 cuộc

8

Tổng số cuộc tấn công thay đổi giao
diện vào tên miền “.gov.vn’

9

Tổng số cuộc tấn công lừa đảo

5.600 cuộc

10

Tổng số cuộc tấn công lây nhiễm
phần mềm độc hại

22.200 cuộc

212 cuộc

> 200 cuộc

Tấn công từ ch i dịch vụ (DDoS)
11

Tỷ lệ số lƣợt bị tấn công DdoS của
Việt Nam so với thế giới

3.95 %

Thƣ r c
12

Tỷ lệ thƣ rác phát tán từ Việt Nam

6.1 %

4.5 %

1.5. C c giải ph p bảo đảm An toàn thông tin.
Để đảm bảo ATTT trong giao dịch điện tử chúng ta cần có những giải
pháp phù hợp, hiện nay có nhiều giải pháp cho vấn đề ATTT trong giao dịch
điện tử nhƣ:
Giải ph p nền tảng:

14

+ Giảm thiểu nguy cơ từ cơ sở hạ tầng kỹ thuật: Xác định nguồn và
nguyên nhân gây mất ATTT và ứng dụng các giải pháp kỹ thuật tƣơng ứng.
‰
+ Trong sạch và nâng cao chất lƣợng nguồn nhân: lựa chọn nhân lực quản
trị và vận hành hệ thống, đào tạo và nâng cao ý thức ngƣời sử dụng.
‰
+ Hành lang pháp lý: chính sách ATTT; xây dựng và áp dụng các chế tài,
ban hành các quy chế, quy định, thẩm quyền khai thác, sử dụng thông tin.
Các giải ph p đảm bảo ATTT hệ th ng:
+ Sử dụng các hệ thống kỹ thuật để bảo vệ hệ thống thông tin: sử dụng hệ
thống phát hiện và chống xâm nhập, chống nghe lén, phá hoại và ăn cắp thông
tin dữ liệu, v.v…
+ Sử dụng các hệ thống thiết bị, phần mềm chất lƣơng cao, ổn định.
C c giải ph p ỹ thu t cụ thể:
+ Kiểm tra mức độ an ninh của các thành phần tham gia hệ thống. Cụ thể
nhƣ: kiểm tra các lỗ hổng an ninh đối với toàn bộ hệ thống, kiểm tra các phần
mềm cài cắm nghe lén, v.v…
+ Bảo mật, xác thực các thông tin dữ liệu trong quá trình giao dịch, trao
đổi nhƣ sử dụng các kỹ thuật mã hóa, chữ ký số, v.v…
1.6. Kết u n chƣơng 1
Chƣơng 1 đã trình bày một số vấn đề về Giao dịch điện tử, ATTT, các
nguy cơ mất ATTT cũng nhƣ đánh giá thực trạng về ATTT. Từ đó đƣa ra một số
giải pháp để đảm bảo ATTT.
Chƣơng tiếp theo luận văn sẽ tìm hiểu, nghiên cứu về cơ sở ứng dụng
trong đảm bảo an toàn bảo mật thông tin nhƣ các hệ mật mã, các phƣơng pháp
mã hóa, hàm băm, chữ ký số, hạ tầng khóa công khai, v.v…

15

Chƣơng 2. Cơ sở m t mã ứng dụng trong an toàn bảo m t thông tin
2.1. Tổng quan về hệ m t mã
Mật mã đƣợc sử dụng để bảo vệ tính bí mật của thông tin khi thông tin
đƣợc truyền trên các kên truyền thông công cộng nhƣ các kênh bƣu chính, điện
thoại, mạng tuyền thông máy tính, mạng Internet, v.v...[2]
Mật mã gắn liền với quá trình mã hóa; tức là gắn với các cách thức để
chuyển đỗi thông tin từ dạng có thể nhận thức đƣợc thành dạng không thể nhận
thức đƣợc, làm cho thông tin trở thành dạng không thể đọc đƣợc. Các thuộc tính
yêu cầu của mật mã hóa là tính bí mật, tính nguyên vẹn, tính xác thực, tính không
bị từ chối và tính chống lặp lại. Mã hóa đƣợc sử dụng chủ yếu để đảm bảo tính bí
mật của các thông tin, chứng thực khóa công khai, chữ ký số, v.v..
Một hệ mã bao gồm 5 thành phần (P, C, K, E, D) [2], trong đó:
- P là tập hữu hạn các bản rõ (dữ liệu trƣớc khi mã hóa)
- C là tập hữu hạn các bản mã (dữ liệu sau khi mã hóa)
- K là tập hữu hạn các khóa (khóa công khai, khóa bí mật)
- E là tập các hàm lập mã.
- D là tập các hàm giải mã
Với khóa lập mã ke K có hàm lập mã:

e

ke E, e ke: P

C

(2.1)

D

(2.2)

Với khóa giải mã kd  K có hàm lập mã:

d

kd  E, d kd : C

Sao cho:

d kd (eke ( x))  x, x  P

(2.3)

Ở đây x là bản rõ, eke(x) là bản mã.
Quá trình mã hóa đƣợc tiến hành bằng cách áp dụng hàm lập mã E lên
bản rõ P, vốn đƣợc biểu diễn dƣới dạng số, để trở thành thông tin đã mã hóa C.
Quá trình giải mã đƣợc tiến hành ngƣợc lại: áp dụng hàm giải D lên thông
tin C để đƣợc thông tin đã giải mã P.

16


Hệ mật mã chính là hệ thống cung cấp các kỹ thuật mã hóa và giải mã dữ
liệu, đƣợc phân loại thành hệ mật mã khóa đối xứng và hệ mật mã khóa công
khai.
2.2. Hệ m t mã hóa đ i xứng
2.2.1. Kh i qu t hệ m t mã hóa đ i xứng
Hệ mật mã khóa đối xứng là hệ mật mã chỉ dùng một khóa duy nhất cho

cả hai quá trình mã hóa và giải mã. Hệ mật mã này có đặc điểm là có thời gian
mã hóa và giải mã tƣơng đối nhanh. Do yậy, hệ mật mã khóa đối xứng thƣờng
đƣợc sử dụng để mã hóa những dữ liệu lớn.
Có hai thuật toán đƣợc sử dụng chủ yếu trong việc tạo khóa bí mật trong
hệ mật mã khóa đối xứng:
- Loại thứ nhất tác động trên bản rõ theo từng nhóm bits. Từng nhóm bits
này đƣợc gọi với một cái tên khác là khối (Block) và thuật toán đƣợc áp dụng
gọi là mã hoá khối (Block Cipher). Theo đó, 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 thứ hai tác động lên bản rõ theo từng bit một. Các thuật toán áp dụng
đƣợc gọi là mã hoá dòng (Stream Cipher). Dữ liệu của văn bản đƣợc mã hoá
từng bit một. Các thuật toán mã hoá dòng này có tốc độ nhanh hơn các thuật
toán mã hoá khối và nó thƣờng đƣợc áp dụng khi lƣợng dữ liệu cần mã hoá chƣa
biết trƣớc.
Độ an toàn của thuật toán này phụ thuộc vào khóa, nếu để lộ ra khóa này
nghĩa là bất kỳ ngƣời nào cũng có thể mã hóa và giải mã dữ liệu trong hệ thống
mã hóa.

Hình 2.1 Mật mã đối xứng

17


Một số thuật toán nổi tiếng trong mã hoá đối xứng là: DES, Triple DES
(3DES), RC4, AES...
- DES: bản rõ (Plaintext) đƣợc mã hoá theo từng khối 64 bits và sử dụng
một khoá là 64 bits, nhƣng thực tế thì chỉ có 56 bits mã hoá và giải mã sử dụng 3
khoá [2]. Khối 64 bits của bản rõ đầu tiên sẽ đƣợc dùng để tạo khoá, 8 bits còn
lại dùng để kiểm tra tính chẵn, lẻ. DES là một thuật toán đƣợc sử dụng rộng rãi

nhất trên thế giới. Hiện tại DES không còn đƣợc đánh giá cao do kích thƣớc của
khoá quá nhỏ 56 bits, và dễ dàng bị phá vỡ.
- Triple DES (3DES): 3DES cải thiện độ mạnh của DES bằng việc sử
dụng một mã quá trình mã hoá sử dụng khoá thứ nhất. Sau đó, dữ liệu bị mã hóa
đƣợc giải mã bằng việc sử dụng một khoá thứ hai. Cuối cùng, sử dụng khoá thứ
ba và kết quả của quá trình mã hoá trên để mã hoá.
AES: đƣợc sử dụng để thay thế cho DES. Nó hỗ trợ độ dài của khoá từ
128 bits cho đến 256 bits. AES là một thuật toán có tốc độ mã hóa và giải mã
nhanh, có khả năng chống đƣợc nhiều phƣơng pháp tấn công nhƣ vét cạn, kẻ tấn
công đứng giữa, v.v...
2.2.2. Ƣu nhƣợc điểm của hệ mã hóa đ i xứng
Ƣu điểm:
- Có thể thiết kế để đạt tốc độ cao.
- Khóa dùng chung cho mã hóa khóa đối xứng tƣơng đối ngắn.
- Đƣợc xem nhƣ thành phần cơ bản có thể triển khai để xây dựng các kỹ
thuật mã hóa khác, bao gồm khởi tạo các số ngẫu nhiên, các hàm băm, các thuật
toán tính toán.
- Có thể đƣợc kết hợp để tạo ra các thuật toán mã hóa mạnh hơn.
Nhƣợc điểm:
- Trong quá trình truyền thông giữa hai ngƣời, khóa phải đƣợc giữ bí mật
cho cả hai phía.
- Trong hệ thống mạng lớn, số lƣợng khóa cần đƣợc quản lý nhiều. Do
vậy việc quản lý khóa một cách hiệu quả đòi hỏi sự dụng một bộ phận tin cậy
thứ ba (TTP: Trusted Third Party).
- Khóa bí mật cần đƣợc thay đổi thƣờng xuyên.

18


- Kỹ thuật chữ ký số đƣợc phát triển từ cơ chế mã hóa khối đối xứng đòi

hỏi sử dụng các khóa lớn cho các hàm xác nhận công khai hoặc là sủ dụng một
TTP.
2.3. Hệ m t mã khóa công khai
2.3.1. Kh i qu t hệ m t mã hóa công hai
Khác với hệ mật mã khóa đối xứng, hệ mật mã khóa công khai sử dụng
một cặp khóa có liên quan với nhau về mặt toán học để mã hóa và giải mã thông
tin.
Thuật toán mã hóa công khai là thuật toán đƣợc thiết kế sao cho khóa mã
hóa khác với khóa giải mã, mà khóa giải mã không thể tính đƣợc từ kháo mã
hóa. Khóa mã hóa gọi hòa khóa công khai (public key), khóa giải mã đƣợc gọi là
khóa riêng (private key).
Hệ mật mã khóa công khai có tính chất bất đối xứng, tính bất đối xứng
đƣợc thể hiện ở chỗ bên giữ khóa công khai chỉ có thể mã hóa dữ liệu, hoặc
kiểm tra chữ ký số chứ không thể giải mã dữ liệu và tạo chữ ký số đƣợc.

Hình 2.2 Mã hóa khóa công khai
Quá trình truyền và sử dụng mã hoá khoá công khai đƣợc thực hiện nhƣ
sau:
Bên gửi yêu cầu cung cấp hoặc tự tìm khoá công khai của bên nhận trên
một server chịu trách nhiệm quản lý khoá.
Sau đó hai bên thống nhất thuật toán dùng để mã hoá dữ liệu, bên gửi sử
dụng khoá công khai của bên nhận cùng với thuật toán đã thống nhất để mã hoá
thông tin đƣợc gửi đi.
Khi nhận đƣợc thông tin đã mã hoá, bên nhận sử dụng khoá bí mật của
mình để giải mã và lấy ra thông tin ban đầu.
Vói sự ra đời của Mã hóa công khai thì khoá đƣợc quản lý một cách linh
19


hoạt và hiệu quả hơn, ngƣời sử dụng chỉ cần bảo vệ khoá bí mật.

Đặc trƣng nổi bật của hệ mã hóa công khai là cả khóa công khai và dữ
liệu mã hóa (ciphertext) đều có thể giử đi trên một kên truyền thông tin không
an toàn.
Mục đích chính của hệ mật khóa công khai là phân phối khóa và ký số.
Các ứng dụng của hệ mật mã này gồm có: Mã hóa/giải mã, chữ ký, trao đổi
khóa.
Một số hệ mã hóa khóa công khai phổ biến nhƣ: RSA, Rabin, Elgaml,
v.v...
2.3.2. Ƣu nhƣợc điểm của hệ m t mã hóa công hai
Ƣu điểm:
- Chỉ có khóa riêng thì cần đƣợc giữ bí mật, tuy nhiên việc xác nhận các
khóa công khai cần đƣợc đảm bảo.
- Việc quản trị các khóa trên mạng đòi hỏi sự tồn tại duy nhất một thành
phần tin cậy.
- Cặp khóa riêng và công khai có thể đƣợc sử dụng trong thời gian dài.
- Nhiều mô hình khóa công cộng đƣợc phát triển hình thành nên các kỹ
thuật chữ ký số hiệu quả. Khóa đƣợc sử dụng cho hàm kiểu công khai thì nhỏ
hơn rất nhiều so với dùng khóa đối xứng.
- Trong một mạng lớn, số lƣợng khóa cần thiết đƣợc quan tâm ít hơn so
với việc dùng khóa đối xứng.
Nhƣợc điểm:
- Tốc độ cho các phƣơng thức mã hóa công khai chậm hơn so với các mô
hình khóa đối xứng.
- Kích thƣớc khóa lớn hơn nhiều so với cơ chế mã hóa đối xứng.
2.3.3. Thu t toán RSA
Các đặc điểm chính trong thuật toán mã hóa RSA
Thuật toán RSA đƣợc thiết kế dựa trên độ khó của bài toán phân tích ra
thừa số nguyên tố trên tập số nguyên Zn.
Cho số nguyên dƣơng n = p * q, với p, q là 2 số nguyên tố rất lớn (ít nhất
100 ký số). Khi biết n, muốn tìm p, q thì phải giải bài toán phân tích ra thừa số

20


nguyên tố, công việc này đòi hỏi phải thực hiện một số lƣợng các phép tính vô
cùng lớn.
Thuật toán RSA dựa trên cơ sở hai bài toán:
+ Bài toán Logarith rời rạc.
+ Bài toán phân tích thành thừa số.
Sơ đồ chung của hệ mã hóa RSA [2]:
S = (P, C, K, E, D )
- P là tập hữu hạn các bản rõ (dữ liệu trƣớc khi mã hóa)
- C là tập hữu hạn các bản mã (dữ liệu sau khi mã hóa)
- K là tập hữu hạn các khóa (KE khóa lập mã, KD khóa giải mã)
- E là tập các hàm lập mã.
- D là tập các hàm giải mã
Phƣơng ph p

p mã và giải mã cuả hệ RSA

Hình 2.3 Sơ đồ biểu diễn thuật toán RSA

Tạo khóa:
21


- Tạo ngẫu nhiên 2 số nguyên tố p, q khác nhau và rất lớn (có số ký tự ít
nhất là 100), sau đó tính:
n = p * q; Ф(n) = (p -1) * (q -1)

(2.9)

- Chọn ngẫu nhiên 1 số e sao cho 1 < e < Ф(n), với e là số nguyên
tố cùng nhau với Ф(n).
- Tính số nghịch đảo d của e đối với Ф(n): 1 < d < Ф(n), ed =
1(mod Ф(n)).
Ở đây d là số mũ bí mật; e là số mũ công khai.
- Cặp KU = {e, n} đƣợc gọi là khoá công khai.
- Cặp KR = {d, n} đƣợc gọi là khoá bí mật.
Mã hóa:
Khi bên gửi muốn gửi thông điệp M cho bên nhận với yêu cầu cần bảo
mật thông tin. Bên gửi yêu cầu Bên nhận gửi khoá công khai KU = {e, n}. Bên
gửi dùng khoá công khai KU này để mã hoá thông điệp M thành C theo công
thức: C = Me mod n, sau đó Bên gửi gửi C cho Bên nhận.
Giải mã:
Để giải mã bản mã C, Bên nhận dùng khoá bí mật KR = {d, n} để có thể
khôi phục lại dữ liệu gốc ban đầu do Bên gửi gửi đến thông qua phép toán M =
Cd mod n.
Đặc trƣng của hệ RSA
- Không cần phải thiết lập một kênh bảo vệ phức tạp để truyền khóa nhƣ
trong hệ mã bí mật.
- Cặp khóa công khai đƣợc tạo ra theo một phƣơng pháp đặc biệt có quan
hệ với nhau và đƣợc chọn trong nhiều khóa có thể (trong đó nếu khóa này dùng
để mã hóa thi khóa kia dùng để giải mã).
- Ứng với một cặp p, q có thể chọn đƣợc nhiều bộ khóa công khai (n; e; d)
- Mọi ngƣời trong hệ thống nếu nhận đƣợc bản mật C thì cũng không thể
biết đƣợc bản rõ P. Với việc chỉ biết khóa mã hóa ke và căn cứ vào các thông tin
về thuật toán thì không thể tìm ra khóa giải mã kd trong thời gian chấp nhận
đƣợc (kể cả dùng hệ thống hiện đại nhất để tinh toán).
Độ an toàn của hệ mã hóa RSA [8]:

22


- Hệ mã hóa RSA là tất định, tức là với một bản rõ x và một khóa bí mật d,
thì chỉ có một bản mã y. Tính mật của hệ RSA, chủ yếu dựa vào việc bảo vệ khóa
riêng d và giữ bí mật các số nguyên tố p va q.
- Độ an toàn của hệ mật RSA phụ thuộc vào khả năng giải bài toán phân
tích số nguyên dƣơng n thành tích hai số nguyên tố lớn p và q.
Để xây dựng hệ RSA an toàn n=p.q phải đủ lớn để không có khả năng
phân tích nó về mặt tính toán. Để đảm bảo an toàn, nên chọn các số nguyên tố p
và q từ 100 chữ số trở lên. Thời gian phân tích mã RSA đƣợc nêu trong bảng 2.1
Bảng 2.1 Thời gian dự đoán phép tính thuật toán RSA
S c c chữ s trong s đƣợc phân tích

Thời gian phân tích

50

4 giờ

75

104 giờ

100

74 năm

200

4.000.000 năm

300

5.1015 năm

500

4.1025 năm

Thuật toán RSA sử dụng hai khóa có liên quan với nhau về mặt toán học,
cho nên kẻ tấn công nếu biết đƣợc khóa công khai cũng chƣa chắc có thể tìm
đƣợc khóa bí mật. Tuy nhiên, vẫn có những phƣơng pháp tấn công đối với thuật
toán RSA:
- Vét cạn: không gian khóa của RSA là rất lớn vì vậy tấn công theo hƣớng
này là không thể thực hiện đƣợc.
- Phƣơng pháp phân tích toán học: Phân tích n là một số nguyên lớn thành
2 thừa số nguyên tố p và q. Tuy nhiên, việc phân tích một số nguyên lớn ra số
nguyên tố là rất khó khăn, với tốc độ của máy tính hiện nay cũng không thể đáp
ứng đƣợc việc phân tích số nguyên tố lớn trong thời gian đa thức nếu các số p, q
đƣợc chọn là lớn. Thời gian phân tích xem bảng 2.1.
- Xác định trực tiếp Ф(n) không thông qua p và q.
- Xác định trực tiếp d không thông qua Ф(n).
Ứng dụng RSA:
23


Tiêu chuẩn RSA đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhƣ chữ ký
số, thƣơng mại điện tử, bảo mật, xác thực,v.v… Trong Thông tƣ 6/2015/TTBTTTT ngày 23/03/2015 của Bộ trƣởng Bộ Thông tin và Truyền thông công bố

Danh mục tiêu chuẩn kỹ thuật về ứng dụng công nghệ thông tin trong cơ quan
nhà nƣớc quy định khuyến nghị áp dụng tiêu chuẩn RSA, là một trong những
giải thuật mã hóa và đƣợc xếp vào nhóm Tiêu chuẩn về an toàn thông tin.
2.4. Hàm băm
2.4.1. Kh i niệm
Hàm băm là một giải thuật nhằm sinh ra các giá trị băm tƣơng ứng với
mỗi khối dữ liệu. Giá trị băm đóng vai trò gần nhƣ một khóa để phân biệt các
khối dữ liệu [10].

Hình 2.4 Minh họa hàm băm
- Giá trị đầu vào là dữ liệu có độ dài bất kỳ.
- Giá trị đầu ra là dữ liệu có độ dài cố định.
2.4.2. Đặc tính của hàm băm
Hàm băm h là hàm 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 có một sự thay đổi nhỏ hay chỉ là xóa đi một bit dữ
liệu của thông điệp thì giá trị băm cũng vẫn thay đổi.

24


Điều này có nghĩa là: hai thông điệp hoàn toàn khác nhau thì giá trị hàm
băm cũng hoàn toàn 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 tính suy ngƣợc lại đƣợc x nếu chỉ biết giá trị hàm băm h(x).
2.4.3. Một s tính chất cơ bản của hàm băm
- Có thể áp dụng với thông báo đầu vào có độ dài bất kỳ.
- Tạo ra giá trị băm y = h(x) có độ dài cố định.
- h(x) dễ dàng tính đƣợc với bất kỳ giá trị của x.

- Tính một chiều: với mọi đầu ra y cho trƣớc không thể tìm đƣợc x’ sao
cho h(x’) bằng giá trị y cho trƣớc.
- Tính chống xung đột yếu: với mọi dữ liệu đầu vào x 1 cho trƣớc không
thể tìm đƣợc bất kỳ giá trị x2 nào (x2 ≠ x1) mà h(x2) = h(x1).
- Tính chống xung đột mạnh: không thể tính toán để tìm đƣợc 2 dữ liệu
đầu vào x1 và x2 phân biệt sao cho chúng có cùng giá trị băm (h(x2) = h(x1)).
2.4.4. Vai trò của hàm băm
- Bảo vệ tính toàn vẹn và phát hiện xâm nhập thông điệp đƣợc gửi qua
mạng bằng cách kiểm tra giá trị băm của thông điệp trƣớc và sau khi gửi nhằm
phát hiện những thay đổi cho dù là nhỏ nhất.
- Đƣợc dùng trong quá trình tạo chữ kí số trong giao dịch điện tử.
Một s hàm băm thông dụng:
Các hàm băm dụng MD (MD2, MD4, MD5) do Rivest đề xuất. Giá trị
băm theo các thuật toán này có độ dài cố định là 128 bit.
Hàm băm an toàn SHA, SHA1, SHA2 . Giá trị băm theo thuật toán này có
độ dài cố định là 160 bit.
2.5. Chữ

s

2.5.1. Khái niệm
Chữ ký số là mô hình sử dụng các kỹ thuật mật mã để gắn với mỗi ngƣời
sử dụng một cặp khóa công khai - bí mật và qua đó có thể ký các văn bản điện
tử cũng nhƣ trao đổi các thông tin mật. Khóa công khai thƣờng đƣợc 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.

25