Nghiên cứu và phát triển phương pháp ẩn mã kết hợp với mật mã nhằm tăng cường mức độ an toàn thông tin (tt)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP
ẨN MÃ KẾT HỢP VỚI MẬT MÃ NHẰM TĂNG
CƯỜNG MỨC ĐỘ AN TOÀN THÔNG TIN

Hà Nội - 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN VIỆT THẮNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP ẨN
MÃ KẾT HỢP VỚI MẬT MÃ NHẰM TĂNG CƯỜNG
MỨC ĐỘ AN TOÀN THÔNG TIN
Chuyên ngành : Công nghệ thông tin
Mã ngành

: 52480201

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS. BÙI THỊ THÙY

Hà Nội - 2017


i
LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng em và được sự hướng
dẫn khoa học của ThS. Bùi Thị Thùy. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề
tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những
số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính
tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu
của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác và đều có trích dẫn cụ thể. Nếu phát hiện
có bất kỳ sự gian lận nào em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của
mình. Trường đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cùng Khoa Công nghệ
thông tin không liên quan đến vi phạm tác quyền, bản quyền do em gây ra trong quá
trình thực hiện (nếu có).
Sinh viên

Nguyễn Việt Thắng


ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin cảm ơn sâu sắc đến cô giáo, ThS. Bùi Thị Thùy – Khoa công nghệ
thông tin – Đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội, cô đã chỉ bảo tận tình, đầy
trách nhiệm, cho tôi các ý kiến chỉ đạo trong suốt quá trình làm đồ án, đã động viên,
tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đồ án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô nói chung và các thầy cô
Khoa công nghệ thông tin nói riêng – Đại học tài nguyên và môi trường Hà Nộiđã
truyền đạt những kiến thức bổ ích và lý thú, giúp ích cho tôi trên con đường sự
nghiệp của mình.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn sự ủng hộ của gia đình và bạn bè đã đóng góp ý
kiến, động viên, giúp đỡ cho tôi hoàn thành đồ án này.
Nguyễn Việt Thắng

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii
DANH SÁCH BẢNG ............................................................................................... vi
DANH SÁCH ĐOẠN MÃ ......................................................................................vii
KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT .................................................................. viii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÃ HÓA VÀ ẨN MÃ ....................................... 4
1.1. Giới thiệu chung ............................................................................................. 4
1.2. Tổng quan về mã hóa ..................................................................................... 5
1.3. Tổng quan về ẩn mã. .................................................................................... 16
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐỐI SÁNH CHUỖI VÀ ỨNG DỤNG VÀO
KẾT HỢP MÃ HÓA VÀ ẨN MÃ .......................................................................... 20
2.1. Phương pháp ẩn mã truyền thống .............................................................. 20
2.2. Phương pháp ẩn mã mới ............................................................................. 22
2.2.1. Mô tả phương pháp ẩn mã mới ................................................................ 23
2.2.2. Quá trình ẩn mã của người gửi ................................................................ 25
2.2.3. Quá trình giải mã ....................................................................................... 54
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG MÃ HÓA KẾT HỢP VỚI ẨN MÃ .. 57
3.1. Mô hình quá trình mã hóa và giải mã. ....................................................... 57
3.2. Cài đặt thử nghiệm chương trình. .............................................................. 58
3.2.1. Giới thiệu ................................................................................................ 58
3.2.2. Mô tả giao diện và các modul chính của chương trình. ..................... 59
3.3. Các kịch bản thực nghiệm ........................................................................... 68
3.3.1. Một số kịch bản ...................................................................................... 68
3.3.2. Đánh giá kết quả .................................................................................... 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 73

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................. 1


iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Phân cấp các lĩnh vực nghiên cứu của mật mã học .................................... 5
Hình 1.2: Quá trình mã hóa và giải mã. ...................................................................... 7
Hình 1.3: Mô hình mã hóa đối xứng ........................................................................... 8
Hình 1.4: Mô hình mã hóa và giải mã hệ mã hóa công khai ...................................... 9
Hình 1.6: Xác thực chữ ký số .................................................................................... 13
Hình 1.7: Phân loại hàm băm .................................................................................... 14
Hình 1.8: Phân loại các kỹ thuật ẩn mã ..................................................................... 18
Hình 2.1: Mô hình ẩn mã thông thường .................................................................... 20
Hình 2.2: Mô hình tiếp kết hợp ẩn mã và mật mã..................................................... 21
Hình 2.3: Mô hình ẩn mã không sử dụng vật phủ..................................................... 22
Hình 2.4: Sơ đồ khối phương pháp ẩn mã kết hợp mã hóa không sửa vật phủ ........ 25
Hình 2.5: Phép dịch chuyển cửa sổ của thuật toán Morris Pratt ............................... 33
Hình 2.6: Phép dịch chuyển Knuth-Morris-Pratt ...................................................... 35
Hình 2.7: Mô tả phép so khớp miss-match khi đang so sánh ở vị trí thứ j ............... 39
Hình 2.9: Good-suffix shift, trường hợp chỉ suffix của u xuất hiện trong P ............. 39
Hình 2.10: Good-suffix shift, trường hợp a xuất hiện trong P .................................. 40
Hình 2.10: Thuật toán Boyer-Moore-Horpool (T[s+m-1] xuất hiện trong P) .......... 45
Hình 2.11: Thuật toán Boyer-Moore-Horpool (T[s+m-1] không xuất hiện trong P)45
Hình 2.12: Sơ đồ giải mã phương pháp ẩn mã không sửa vật phủ ........................... 55
Hình 3.1: Mô hình quá trình mã hóa ......................................................................... 57
Hình 3.2: Mô hình quá trình mã hóa ......................................................................... 58
Hình 3.4: Giao diện chọn file dùng làm vật phủ. ...................................................... 60
Hình 3.5: Giao diện Load Data ................................................................................. 61
Hình 3.6: Giao diện load Secret Message ................................................................. 62
Hình 3.7: Giao diện mã hóa dữ liệu .......................................................................... 63

Hình 3.8: Mã hóa thành công, hiển thị các vector vị trí. ........................................... 64
Hình 3.9: Save vector output sau khi mã hóa ra dưới dạng file. ............................... 65
Hình 3.10: Giao diện giải mã tệp tin. ........................................................................ 66


v
Hình 3.11: Giao diện sau khi giải mã để có được chuỗi bit ban đầu ........................ 67
Hình 3.12: Giao diện save file để có được tệp tin trước khi mã hóa ........................ 68
Hình 3.13: Biểu đồ so sánh thời gian xử lý của các thuật toán đối sánh chuỗi với
kích thước vật phủ cố định. ....................................................................................... 69
Hình 3.14: Biểu đồ so sánh thời gian xử lý của các thuật toán đối sánh chuỗi với
kích thước secret message cố định. ........................................................................... 70


vi

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1: Các hàm băm ............................................................................................ 14
Bảng 1.2: Phân biệt giữa Steganography và Watermarking ..................................... 19
Bảng 2.1: Bảng so sánh độ phực tạp các thuật toán đối sánh chuỗi ......................... 52
Bảng 3.1: Bảng so sánh thời gian xử lý của các thuật toán đối sánh chuỗi với kích
thước tệp tin được chọn làm vật phủ là cố định ........................................................ 69
Bảng 3.1: Bảng so sánh thời gian xử lý của các thuật toán đối sánh chuỗi với kích
thước tệp tin bí mật là cố định................................................................................... 70


vii
DANH SÁCH ĐOẠN MÃ
Đoạn mã 1: Giải thuật ẩn mã..................................................................................... 26
Đoạn mã 2: Giải thuật Brute Force ........................................................................... 31

Đoạn mã 3: Giải thuật Morris-Pratt .......................................................................... 34
Đoạn mã 4: Giải thuật Knuth-Morris-Pratt ............................................................... 37
Đoạn mã 5: Giải thuật Boyer-Moore (BM) .............................................................. 43
Đoạn mã 6: Giải thuật Boyer-Moore-Horspool (BMH) ........................................... 46
Đoạn mã 7: Giải thuật Rabin-Karp ........................................................................... 51


viii

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

BM

Boyer-Moore algorithm

Thuật toán Boyer-Moore

BMH

Boyer-Moore-Horspool

Thuật toán Boyer-

algorithm

MooreHorspool

Knuth – Morris – Pratt

Thuật toán Knuth - Morris -

algorithm

Pratt

Data Encryption Standard

Chuẩn mã hóa dữ liệu, là

KMP

DES

một giải thuật mã hóa bí mật
AES

Advanced Encryption Standard

Chuẩn mã hóa nâng cao, là
một giải thuật mã hóa khóa
bí mật

RSA

Ron Rivest, Adi Shamir và Len

Là một thuật toán mã hóa

Adleman

công khai

SPS

Static Parsing Steganography

Phân tích cú pháp tĩnh

LCS

Longest Common Substring

Chuỗi con chung dài nhất