Mã hóa bảo mật trong Winmax

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN
KHOA ĐIỆN TỬ
o0o


ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
NĂM 2012

MÃ HÓA BẢO MẬT
TRONG WIMAX

Nhóm sinh viên thực hiện
Chủ nhiệm đề tài : Trương Văn Dương
Cộng tác viên : Hoàng Công Thá
Nguyễn Thị Ngọc Anh



Thái Nguyên, ngày 14 tháng 04 năm 2012

Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax


1
Trương Văn Dương k44DVT02
LỜI NÓI ĐẦU
Viễn thông là một lĩnh vực phát triển mạnh mẽ, không chỉ gia tăng về mặt
dịch vụ mà vấn đề công nghệ cũng được quan tâm nhằm đáp ứng nhu cầu ngày
càng cao của người sử dụng, đặc biệt là vấn đề bảo mật thông tin của người sử
dụng trong môi trường truyền dẫn không dây wireless. Thông tin không dây

(wireless-hay còn được gọi là vô tuyến) đang có mặt tại khắp mọi nơi và phát
triển một cách nhanh chóng, các hệ thống thông tin di động tế bào sử dụng công
nghệ GSM và CDMA đang dần thay thế các hệ thống mạng điện thoại cố định
hữu tuyến.Các hệ thống mạng LAN không dây- còn được biết với tên thông
dụng hơn là Wi-fi cũng đang hiện hữu trên rất nhiều tòa nhà văn phòng, các khu
vui chơi giải trí. Trong vài năm gần đây một hệ thống mạng MAN không dây
(Wireless MAN) thường được nhắc nhiều đến như là một giải pháp thay thế và
bổ sung cho công nghệ XDSL là Wimax. Wimax còn được gọi là Tiêu chuẩn
IEEE 802.16, nó đáp ứng được nhiều yêu cầu kỹ thuật và dịch vụ khắt khe mà
các công nghệ truy nhập không dây thế hệ trước nó (như Wi-fi và Bluetooth)
chưa đạt được như bán kính phủ sóng rộng hơn, băng thông truyền dẫn lớn hơn,
số khách hàng có thể sử dụng đồng thời nhiều hơn, tính bảo mật tốt
hơn,…Wimax là công nghệ sử dụng truyền dẫn trong môi trường vô tuyến, tín
hiệu sẽ được phát quảng bá trên một khoảng không gian nhất định nên dễ bị xen
nhiễu, lấy cắp hoặc thay đổi thông tin do vậy việc bảo mật trong công nghệ này
cần được quan tâm tìm hiểu, đánh giá và phân tích trên nhiều khía cạnh. Đề tài:
“Mã hóa bảo mật trong Wimax” dưới đây là một phần trong vấn đề bảo mật
trong hệ thống Wimax. Đề tài này bao gồm như sau:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống Wimax, đặc điểm, ưu nhược
điểm của hệ thống, một số chuẩn hóa dùng trong hệ thống Wimax.
Chương 2: Giới thiệu,phân loại các phương pháp mã hóa bảo mật.
Chương 3: Mã hóa bảo mật trong Wimax
Công nghệ Wimax vẫn đang được nghiên cứu và phát triển. Bảo mật là một
vấn đề tương đối khó cùng với khả năng hiểu biết hạn chế của nhóm về vấn đề
mã hóa bảo mật, do đó không tránh được những sai sót trong bài làm. Mong
được sự đóng góp ý kiến của mọi người quan tâm đến vấn đề bảo mật.
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

2
Trương Văn Dương k44DVT02

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ WIMAX
1.1 Giới thiệu về công nghệ Wimax
Wimax (World Interoperability for Microware Access) – Khả năng khai thác
mạng trên toàn cầu đối với mạng truy nhập vi ba. Đây là một kỹ thuật cho phép
ứng dụng để truy nhập cho một khu vực đô thị rộng lớn. Ban đầu chuẩn 802.16
được tổ chức IEEE đưa ra nhằm giải quyết các vấn đề kết nối cuối cùng trong
một mạng không dây đô thị WMAN hoạt động trong tầm nhìn thẳng (Line of
Sight) với khoảng cách từ 30 tới 50 km. Nó được thiết kế để thực hiện đường
trục lưu lượng cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây, kết nối các điểm
nóng WiFi, các hộ gia đình và các doanh nghiệp….đảm bảo QoS cho các dịch vụ
thoại, video, hội nghị truyền hình thời gian thực và các dịch vụ khác với tốc độ
hỗ trợ lên tới 280 Mbit/s mỗi trạm gốc. Chuẩn IEEE 802.16-2004 hỗ trợ thêm
các hoạt động không trong tầm nhìn thẳng tại tần số hoạt động từ 2 tới 11 GHz
với các kết nối dạng mesh (lưới) cho cả người dùng cố định và khả chuyển.
Chuẩn mới nhất IEEE 802.16e, được giới thiệu vào ngày 28/2/2006 bổ sung
thêm khả năng hỗ trợ người dùng di động hoạt động trong băng tần từ 2 tới 6
GHz với phạm vi phủ sóng từ 2-5 km. Chuẩn này đang được hy vọng là sẽ mang
lại dịch vụ băng rộng thực sự cho những người dùng thường xuyên di động với
các thiết bị như laptop, PDA tích hợp công nghệ Wimax [3].
Thực tế WiMax hoạt động tương tự WiFi nhưng ở tốc độ cao và khoảng cách
lớn hơn rất nhiều cùng với một số lượng lớn người dùng. Một hệ thống WiMax
gồm 2 phần [5][35]:
• Trạm phát: giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với
công suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng tới 8000km
2
.
• Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các Card mạng cắm vào hoặc được
thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà WiFi vẫn
dung.
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

3
Trương Văn Dương k44DVT02

Hình 1.1 Mô hình truyền thông của mạng Wimax
.

Các trạm phát BTS được kết nối tới mạng Internet thông qua các đường
truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể được nối tới một BTS khác như một
trạm trung chuyển bằng đường truyền thẳng (line of sight), và chính vì vậy
WiMax có thể phủ sóng đến những vùng rất xa. Các anten thu/phát có thể trao
đổi thông tin với nhau qua các tia sóng truyền thẳng hoặc các tia phản xạ.
1.1.1 Một số đặc điểm của Wimax
Wimax đã được tiêu chuẩn hoá theo chuẩn IEEE 802.16. Hệ thống Wimax là
hệ thống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các đặc điểm
sau:
• Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể từ 30Km tới 50Km.
• Tốc độ truyền có thể thay đổi, có thể lên tới 70Mbit/s
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

4
Trương Văn Dương k44DVT02
• Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn
thẳng LOS và đường truyền bị che khuất NLOS.
• Dải tần làm việc từ 2-11GHz và từ 10-66GHz
• Độ rộng băng tần của WiMax từ 5MHz đến trên 20MHz được chia thành
nhiều băng con 1,75MHz. Mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nữa nhờ công
nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập đồng thời một hay nhiều
kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng băng tần.
• Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD và FDD cho việc phân chia

truyền dẫn của hướng lên (uplink) và hướng xuống (downlink). Trong cơ chế
TDD, khung đường xuống và đường lên chia sẻ một tần số nhưng tách biệt về
mặt thời gian. Trong FDD, truyền tải các khung đường xuống và đường lên diễn
ra cùng một thời điểm, nhưng tại các tần số khác nhau.
Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMax được phân chia thành 4 lớp : Lớp con
hội tụ (Convergence) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp
trên, lớp điều khiển đa truy nhập (MAC layer), lớp truyền dẫn (Transmission) và
lớp vật lý (Physical)
Hình 1.2 Mô hình phân lớp của hệ thống Wimax
1.1.2. Cấu hình mạng trong Wimax
Công nghệ Wimax hỗ trợ mạng PMP và một dạng của cấu hình mạng phân
tán là mạng lưới MESH .
1.1.2.1 Cấu hình mạng điểm – đa điểm.
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

5
Trương Văn Dương k44DVT02
PMP là một mạng truy nhập với một hoặc nhiều BS có công suất lớn và
nhiều SS nhỏ hơn. Người dùng có thể ngay lập tức truy nhập mạng chỉ sau khi
lắp đặt thiết bị người dùng. SS có thể sử dụng các anten tính hướng đến các BS,
ở các BS có thể có nhiều anten có hướng tác dụng theo mọi hướng hay một cung.
Với cấu hình này trạm gốc BS là điểm trung tâm cho các trạm thuê bao SS. Ở
hướng DL có thể là quảng bá, đa điểm hay đơn điểm. Kết nối của một SS đến BS
được đặc trưng qua nhận dạng kết nối CID.

Hình 1.3 Cấu hình mạng điểm – đa điểm
1.1.2.2. Cấu hình mắt lưới MESH
Với cấu hình này SS có thể liên lạc trực tiếp với nhau. Trạm gốc Mesh BS kết
nối với một mạng ở bên ngoài mạng MESH [5]. Kiểu MESH khác PMP là trong
kiểu PMP các SS chỉ liên hệ với BS và tất cả lưu lượng đi qua BS trong khi trong

kiểu MESH tất cả các node có thể liên lạc với mỗi node khác một cách trực tiếp
hoặc bằng định tuyến nhiều bước thông qua các SS khác.
Một hệ thống với truy nhập đến một kết nối backhaul được gọi là Mesh BS,
trong khi các hệ thống còn lại được gọi là Mesh SS. Dù cho MESH có một hệ
thống được gọi là Mesh BS, hệ thống này cũng phải phối hợp quảng bá với các
node khác.
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

6
Trương Văn Dương k44DVT02

Hình 1.4 Cấu hình mắt lưới Mesh
1.2 Giới thiệu về các chuẩn Wimax
Wimax là một công nghệ truy nhập không dây băng rộng mà hỗ trợ truy nhập
cố định, lưu trú, xách tay và di động. Để có thể phù hợp với các kiểu truy nhập
khác nhau, hai phiên bản chuẩn dùng Wimax đã được đưa ra. Phiên bản đầu tiên
IEEE 802.16d-2004 sử dụng OFDM, tối ưu hóa truy nhập cố định và lưu trú.
Phiên bản hai IEEE 802.16e-2005 sử dụng SOFDMA hỗ trợ khả năng xách tay
và tính di động.
1.2.1 Chuẩn IEEE 802.16d-2004
Chuẩn IEEE 802.16d-2004 được IEEE đưa ra vào tháng 7 năm 2004. Chuẩn
IEEE 802.16d-2004 hỗ trợ truyền thông LOS trong dải băng từ 11-66GHz và
NLOS trong dải băng từ 2-11GHz. Chuẩn này cũng tập trung hỗ trợ các ứng
dụng cố định và lưu trú. Hai kĩ thuật điều chế đa sóng mang hỗ trợ cho 802.16d-
2004 là OFDM 256 sóng mang và OFDMA 2048 sóng mang.
Các đặc tính của WiMAX dựa trên 802.16d-2004 phù hợp với các ứng dụng
cố định, trong đó sử dụng các anten hướng tính, bởi vì OFDM ít phức tạp hơn so
với SOFDMA. Do đó, các mạng 802.16-2004 có thể được triển khai nhanh hơn,
với chi phí thấp hơn.
1.2.2 Chuẩn IEEE 802.16e-2005

Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

7
Trương Văn Dương k44DVT02
Chuẩn IEEE 802.16
e
-2005 được IEEE thông qua vào tháng 12 năm 2005.
Chuẩn IEEE 802.16e-2005 hỗ trợ SOFDMA cho phép thay đổi số lượng sóng
mang, bổ sung cho các chế độ OFDM và OFDMA. Sóng mang phân bổ để thiết
kế sao cho ảnh hưởng nhiễu ít nhất tới các thiết bị người dùng bằng các anten
đẳng hướng. Hơn nữa, IEEE 802.16e-2005 còn muốn cung cấp hỗ trợ cho
MIMO,và AAS cũng như hard và soft handoff. Nó cũng cái thiện được khả năng
tiết kiệm nguồn cho các thiết bị mobile và tăng cường bảo mật hơn.
OFDMA đưa ra đặc tính của 802.16e như linh hoạt hơn khi quản lý các thiết
bị người dùng khác nhau với nhiều kiểu anten và các yếu tố định dạng khác nhau.
802.16e đưa ra các yếu tố cần thiết khi hỗ trợ các thuê bao di động đó là việc
giảm được nhiễu cho các thiết bị người dùng nhờ các anten đẳng hướng và cải
thiện khả năng truyền NLOS. Các kênh phụ xác định các kênh con để có thể gán
cho các thuê bao khác nhau tuỳ thuộc vào các trạng thái kênh và các yêu cầu dữ
liệu của chúng. Điều này tạo điều kiện để nhà khai thác linh hoạt hơn trong việc
quản lý băng thông và công suất phát, và dẫn đến việc sử dụng tài nguyên hiệu
quả hơn.
1.2.3 Một số chuẩn 802.16 khác
a. Chuẩn IEEE 802.16f
Chuẩn IEEE802.16f cung cấp chế độ quản lí tham khảo cho các mạng 802.16-
2004 cơ bản. Chế độ này bao gồm một hệ quản lí mạng-NMS(Network
Management System), các node mạng, cơ sở dữ liệu luồng dịch vụ. BS và các
node quản lí được lựa chọn theo yêu cầu của thông tin quản lí và cung cấp tới các
NMS thông qua các giao thức quản lí, như SNMP(Simple Network Management
Protocol) qua kết nối quản lí thứ 2 đã định nghĩa trong 802.16-2004.

IEEE802.16f dựa trên các SNMP phiên bản 2, và có thể hướng về các SNMP
phiên bản 1, và hiện này đang lựa chọn hỗ trợ SNMP phiên bản 3.
b. Chuẩn IEEE 802.16i
Mục đích của 802.16i là cung cấp cải tiến di động trong MIB 802.16 trong
tầng MAC, tầng PHY và các quá trình liên quan tới quản lí. Nó sử dụng phương
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

8
Trương Văn Dương k44DVT02
pháp luận giao thức trung bình (Protocol-neutral Methodology) cho việc quản lí
mạng để xác định chế độ tài nguyên và liên hệ thiết lập giải pháp cho quản lí các
thiết bị trong mạng di động 802.16 đa nhà cung cấp.
c. Chuẩn IEEE 802.16g
Mục đích của 802.16g là tạo ra các quá trình và triển khai dịch vụ của 802.16-
2004 và 802.16-2005, cung cấp hệ thống quản lí mạng để quản lí tương thích và
hiệu quả tài nguyên, tính di động và phổ của mạng và mặt bằng quản lí chuẩn
cho các thiết bị 802.16 cố định và di động. Hiện nay thì chuẩn IEEE 802.16 vẫn
đang phát triển.
d. Ngoài các chuẩn đó còn có các chuẩn sau cũng đang được phát triển đó là :
chuẩn IEEE 802.16k , chuẩn IEEE 802.16h, chuẩn IEEE 802.16j…
1.3. Lớp con bảo mật trong Wimax
Lớp con bảo mật được định nghĩa trong IEEE 802.16e, và hiệu chỉnh cho các
hoạt động của 802.16-2004, có một số hố bảo mật (như việc nhận thực của BS)
và các yêu cầu bảo mật cho các dịch vụ di động không giống như cho các dịch vụ
cố định. Lớp con này bao gồm hai giao thức thành phần sau[10][13] :
• Giao thức đóng gói dữ liệu (Data Encapsulation Protocol): Giao thức này
dùng cho việc bảo mật gói dữ liệu truyền qua mạng BWA cố định. Giao thức này
định nghĩa tạo một tập hợp các bộ mật mã phù hợp, như kết hợp giữa mã hóa dữ
liệu và thuật toán nhận thực, và quy luật áp dụng thuật toán cho tải tin PDU của
lớp MAC.

Giao thức quản lí khóa (Key Management Protocol): Giao thức này cung cấp
phân phối khóa bảo mật dữ liệu từ BS tới SS.Qua giao thức quản lí khóa thì SS
và BS được đồng bộ về khóa dữ liệu. Thêm vào đó, BS cũng sử dụng giao thức
để truy nhập với điều kiện bắt buộc tới các mạng dịch vụ. 802.16e triển khai
định nghĩa được PKM phiên bảo 2 với các đặc tính mở rộng.

Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

9
Trương Văn Dương k44DVT02
CHƯƠNG II : CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA BẢO MẬT TRONG
WIMAX
2.1. Giới thiệu về mã hóa bảo mật
Cụm từ “Crytology”-mật mã, được xuất phát từ các từ Hi Lạp “krypto’s”- tạm
dịch là “hidden” - bị ẩn, dấu và từ “lo’gos”- tạm dịch là “word”- từ. Do đó, cụm
từ “Cryptology” theo nghĩa chuẩn nhất là “hidden word” - từ bị ẩn. Nghĩa này đã
đưa ra mục đích đầu tiên của mật mã, cụ thể là làm ẩn nghĩa chính của từ và bảo
vệ tính an toàn của từ và bảo mật kèm theo.
Hệ thống mã hóa chỉ ra: ”một tập các thuật toán mật mã cùng với các quá
trình quản lí khóa mà hỗ trợ việc sử dụng các thuật toán này tùy theo hoàn cảnh
ứng dụng”. Các hệ thống mã hóa có thể hoặc không sử dụng các tham số bí mật
(ví dụ như: các khóa mật mã,…). Do đó, nếu các tham số bí mật được sử dụng thì
chúng có thể hoặc không được chia sẻ cho các đối tượng tham gia. Vì thế, có thể
phân tách thành ít nhất 3 loại hệ thống mật mã. Đó là :
• Hệ mật mã hóa không sử dụng khóa: Một hệ mật mã không sử dụng khóa
là một hệ mật mã mà không sử dụng các tham số bí mật.
• Hệ mật mã hóa khóa bí mật: Một hệ mật mã khóa bí mật là hệ mà sử dụng
các tham số bí mật và chia sẻ các tham số đó giữa các đối tượng tham gia.
• Hệ mật mã hóa khóa công khai: Một hệ mật mã khóa công khai là hệ mà
sử dụng các tham số bí mật và không chia sẻ các tham số đó giữa các đối tượng

tham gia.
2.2. Các phương pháp mã hóa bảo mật
2.2.1. Mã hóa không dùng khóa
2.2.1.1. Hàm mũ rời rạc
Từ tập số thực, ta biết rằng các hàm mũ và hàm Logarit là hàm ngược của
nhau nên chúng có thể tính nghiệm được cho nhau. Điều này dẫn tới việc chúng
ta phải tin tưởng vào quan điểm này trong cấu trúc đại số. Như vậy, tuy rằng với
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

10
Trương Văn Dương k44DVT02
các cấu trúc đại số thì ta có thể tính được nghiệm của hàm mũ, nhưng ta không
thể biết được thuật toán được sử dụng để tính nghiệm của hàm Logarit.
Theo cách nói thông thường thì hàm f: X ->Y là hàm một chiều nếu tính toán
theo chiều X->Y thì dễ nhưng khó tính theo chiều ngược lại. Và ta có định nghĩa
hàm một chiều như sau :
Một hàm f: X->Y là hàm một chiều nếu f(x) có thể tính được nghiệm với mọi x
Є X, nhưng hàm f
-1
(y) thì không thể tính được nghiệm với y Є
R
Y.

Hình 2.1 :Mô tả hàm một chiều
Ví dụ như, ta có p là một số nguyên tố và g là một hàm sinh (hoặc là gốc) của
Z
*
p
. Khi đó:
Exp

p,g
: Z
p-1
→Z
p
*
x → g
x
Hàm này được gọi là hàm mũ rời rạc dựa trên g. Nó được định nghĩa là một
đẳng cấu từ nhóm cộng (Z
p-1
, +) tới nhóm nhân (Z
p
*
, .). Nghĩa là Exp
p,g
(x+ y) =
Exp
p,g
(x) (.) Exp
p,g
(y). Bởi vì, Exp
p.g
là một song ánh, nó có hàm ngược được
định nghĩa như sau:
Log
p,g
: Z
*
→ Z

p-1

x → log
g
x
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

11
Trương Văn Dương k44DVT02
Hàm này được gọi là hàm logarit rời rạc. Với mỗi x Є Z
*
p
, hàm logarit rời rạc
tính được logarit rời rạc của x dựa vào g, được kí hiệu là log
g
x .
2.2.1.2. Hàm bình phương module
Tương tự như hàm mũ, hàm bình phương có thể tính được và kết quả của hàm
ngược là các số thực, nhưng không biết cách để tính ngược trong nhóm Cyclic.
Nếu ví dụ như ta có Z
*
n
, sau đó các bình phương module có thể tính được,
nhưng các gốc của bình phương module thì chỉ tính được nếu tham số cơ bản của
n đã biết. Trong thực tế, có thể biểu diễn giá trị mà các gốc bình phương module
trong Z
n
*
và hệ số n là các giá trị tính được. Do đó, hàm bình phương module
giống như hàm một chiều. Nhưng, hàm bình phương module (không khuôn dạng

chung) không là hàm đơn ánh cũng không là hàm toàn ánh. Tuy nhiên, nó có thể
là hàm đơn ánh hoặc toàn ánh (sẽ là song ánh) nếu domain và dải đều bị hạn chế
(ví dụ như, tập các thặng dư bậc 2 hoặc các bình phương module n, …) với n là
số nguyên Blum. Khi đó hàm :
Square
n
: QR
n
→ QR
n
x → x
2
được gọi là hàm bình phương. Đây là một song ánh, và do đó, hàm ngược của nó
là: Sqrt
n
: QR
n
→ QR
n

x → x
1/2
được gọi là hàm gốc bình phương. Tương ứng mỗi phần tử trong tập QR
n
sẽ có
một phần tử của QR
n
.
2.2.1.3. Bộ tạo bít ngẫu nhiên

Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

12
Trương Văn Dương k44DVT02
Hình 2.2: Bộ tạo bít ngẫu nhiên
Tính ngẫu nhiên là một trong những thành phần cơ bản nhất và là điều kiện
trước tiên của tính bảo mật trong một hệ thống bảo mật. Hiện nay, sự hình thành
bảo mật và các giá trị ngẫu nhiên không đoán trước được (ví dụ như, các bít ngẫu
nhiên hoặc các số ngẫu nhiên, …) là phần trọng tâm của hầu hết các vấn đề liên
quan tới hệ thống mật mã. Ví dụ, khi xem xét hệ mật mã khóa bí mật, ta phải biết
số lượng khóa bí mật được sử dụng. Ta cần phải có một bit ngẫu nhiên cho mọi
bit khác mà ta muốn mã hóa.Còn khi xem xét mã hóa công khai thì ta cần biết số
lượng bit ngẫu nhiên để tạo các cặp khóa công khai.
Một bộ tạo bit ngẫu nhiên là một thiết bị hoặc thuật toán mà đầu ra là một
chuỗi các bit ngẫu nhiên và độc lập thống kê với nhau.
Các bộ tạo bít ngẫu nhiên có thể dựa trên phần cứng hoặc phần mềm. Trước
tiên, ta cùng tìm hiểu về bộ tạo bit ngẫu nhiên dựa trên phần cứng, khai thác tính
ngẫu nhiên của việc xuất hiện các phương pháp và hiện tượng vật lí. Một số
phương pháp và hiện tượng như sau:
• Khoảng thời gian giữa các hạt phóng xạ trong quá trình phân rã phóng xạ.
• Tạp âm nhiệt từ điện trở và diode bán dẫn
• Tần số không ổn định trong máy dao động tần số chạy
• Giá trị của một tụ bán dẫn cách điện kim loại là độ tích điện trong một chu
kì cố định.
• Sự chuyển động hỗn loạn của không khí trong ổ đĩa kín là nguyên nhân
dẫn tới thăng giáng ngẫu nhiên trong từng sector của ổ đĩa đọc bị trễ.
• Âm thanh của microphone hoặc video mà đầu vào từ máy quay phim
Tất nhiên là, các phương pháp và hiện tượng vật lí khác có thể được sử dụng
bởi các bộ tạo bít ngẫu nhiên dựa trên phần cứng. Bộ tạo bít ngẫu nhiên dựa trên
phần cứng có thể dễ dàng tích hợp trong hệ thống máy tính hiện nay. Do bộ tạo

bit ngẫu nhiên dựa trên phần cứng chưa được triển khai rộng rãi nên nó chỉ được
sử dụng để phục vụ cho các nguồn mang tính ngẫu nhiên.
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

13
Trương Văn Dương k44DVT02
Việc thiết kế bộ tạo bít ngẫu nhiên dựa trên phần mềm là khó hơn so với thực
hiện trên phần cứng. Một số phương pháp dựa trên các bộ tạo bít ngẫu nhiên dựa
trên phần mềm là:
• Hệ thống đồng hồ
• Khoảng thời gian giữa phím gõ và di chuyển chuột
• Nội dung đầu vào/ đầu ra của bộ đệm
• Đầu vào cung cấp bởi người sử dụng
• Giá trị các biến hoạt động của hệ thống, cũng như tải trọng của hệ thống
hoặc thống kê mạng
Có thể phán đoán rằng chiến lược tốt nhât cho việc đáp ứng yêu cầu của các
bit ngẫu nhiên không thể đoán được trong tình trạng thiếu một nguồn tin cậy đơn
là cách để tìm được đầu vào ngẫu nhiên từ một lượng lớn của các nguồn mà
không tương quan tới nhau, và kết hợp chúng bằng một hàm trộn mạnh. Một hàm
trộn mạnh, là một sự kết hợp của hai hoặc nhiều đầu vào và tìm một đầu ra mà
bit đầu ra phải là một hàm phi tuyến phức của tất cả các bit đầu vào khác biệt
hẳn. Trung bình cứ thay đổi một bit đầu vào sẽ thay đổi một nửa số bit đầu ra.
Nhưng bởi vì quan hệ này là phức tạp và phi tuyến nên không riêng bit đầu ra
nào được dám chắc sẽ thay đổi khi một số thành phần bit đầu vào đã thay đổi.
Một ví dụ đơn thuần như, một hàm mà cộng thêm vào 2
32
. Các hàm trộn mạnh
(với hơn 2 đầu vào) có thể được xây dựng để sử dụng trong các hệ thống mật mã
khác, các hàm Hash mật mã hoặc các hệ mật mã đối xứng.
2.2.2. Mã hóa khóa bí mật

Mã hóa khóa bí mật, hay cũng được biết đến là mã hóa đối xứng đã được sử
dụng từ rất lâu từ đơn giản đến những phương thức phức tạp hơn. Mật mã đối
xứng, hay mật mã khóa bí mật gồm có các dạng mật mã mà trong đó sử dụng
một khóa duy nhất cho cả hai quá trình mã hóa và giải mã văn bản. Một trong
những phương pháp mã hóa đơn giản nhất đó là phương pháp mã hóa thường
được biết đến bằng cái tên mật mã Caesar.
Mã hóa khóa bí mật gồm 5 phần chính đó là:
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

14
Trương Văn Dương k44DVT02
 Văn bản gốc : Đây là một bản tin hay một loại dữ liệu có thể hiểu được
một cách thông thường, được xem như là đầu vào của giải thuật.
 Thuật toán mã hóa : Thuật toán mã hóa biểu diễn các phép thay thế và
biến đổi khác nhau trên văn bản gốc.
 Khóa bí mật : Khóa bí mật cũng là đầu vào của thuật toán mã hóa. Khóa có
giá trị độc lập với văn bản gốc cũng như với thuật toán. Thuật toán sẽ tính toán
được đầu ra dựa vào việc sử dụng một khóa xác định. Những thay thế và biến đổi
chính xác được biểu diễn bởi thuật toán sẽ phụ thuộc vào khóa.
 Văn bản mật mã: Đây là bản tin đã xáo trộn nội dung được tạo ra với tư
cách như là đầu ra. Nó phụ thuộc vào văn bản gốc và khóa bí mật. Với một bản
tin được đưa ra, hai khóa khác nau sẽ tạo ra hai văn bản mật mã khác nhau. Văn
bản mật mã nhìn bên ngoài sẽ như là một luồng dữ liệu ngẫu nhiên không thể xác
định được nội dung, khi cố định.
 Thuật toán giải mã: Về cơ bản thì đây cũng là một thuật toán mã hóa
nhưng hoạt động theo chiều ngược lại. Nó được thực hiện với văn bản mã hóa và
khóa bí mật và sẽ tạo lại văn bản gốc ban đầu.

Hình 2.3 : Mô hình đơn giản của mã hóa thông thường
2.2.2.1. Mật mã Caesar

Một trong những mật mã hóa ra đời sớm nhất là mật mã Caesar, được tạo ra
bởi Julius Caecar trong cuộc chiến tranh Gallic, vào thế kỷ thứ nhất trước công
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

15
Trương Văn Dương k44DVT02
nguyên. Trong loại mật mã hóa này, mỗi chữ cái từ A đến W được mã hóa bằng
cách chúng sẽ được thể hiện bằng chữ cái xuất hiện sau nó 3 vị trí trong bảng chữ
cái. Ba chữ cái X, Y, Z tương ứng được biểu diễn bởi A, B, và C. Mặc dù Caesar
sử dụng phương pháp dịch đi 3 nhưng điều này cũng có thể thực hiện với bất kì
con số nào nằm trong khoảng từ 1 đến 25.
Trong hình 2.4 biểu diễn hai vòng tròn đồng tâm, vòng bên ngoài quay tự do.
Nếu ta bắt đầu từ chữ cái A bên ngoài A, dịch đi 2 chữ cái thì kết quả thu được sẽ
là C sẽ bên ngoài A… Bao gồm cả dịch 0, thì có tất cả 26 cách phép dịch.

Hình 2.4 : “Máy” để thực hiện mã hóa Caesar
Do chỉ có 26 khóa nên mật mã Caesar có thể bị tổn thương dễ dàng. Khóa có
thể được xác định chỉ từ một cặp chữ cái tương ứng từ bản tin gốc và bản tin mã
hóa. Cách đơn giản nhất để tìm được khóa đó là cả các thử tất trường hợp dịch,
chỉ có 26 khóa nên rất dễ dàng. Mỗi chữ cái có thể được dịch đi tối đa lên đến 25
vị trí nên để có thể phá được mã này, chúng ta có thể liệt kê toàn bộ các bản tin
có thể có và chọn ra bản tin có nội dung phù hợp nhất.
2.2.2.2. Mật mã Affine
Vì mật mã Caesar chỉ có thể đưa ra được 25 cách biến đổi bản tin nhất định,
nên đây là phương pháp mã hóa không thực sự an toàn. Mật mã Affine là trường
hợp suy rộng của mật mã Caesar, và nó tốt hơn về khả năng bảo mật. Mật mã
Affine áp dụng phép nhân và phép cộng vào mỗi chữ cái, sử dụng hàm sau :
y = (ax + b) mod m
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

16
Trương Văn Dương k44DVT02
Trong đó x là giá trị số của chữ cái trong bản tin chưa mã hóa, m là số chữ
cái trong bảng chữ cái bản tin chưa mã hóa, a và b là các số bí mật, và y là kết
quả thu được của phép biến đổi. y có thể được giải mã trở lại x bằng các sử dụng
biểu thức:
x = inverse (a)(y-b) mod m
inverse(a) là giá trị mà nếu nó được nhân với kết quả a mod m sẽ cho ta kết
quả là 1
((a * inverse(a)) mod m = 1.).
Ví dụ : Giả sử bản tin được mã hóa bằng hàm y = (11x+4) mod 26. Để mã hóa
bản tin MONEY. Các giá trị số tương ứng với bản tin gốc MONEY là 12,14,13,4
và 24. Áp dụng vào hàm cho mỗi giá trị, ta thu được lần lượt tương ứng y = 6, 2,
17, 22, 28 ( M: y = (11*12 + 4) MOD 26 = 6 ). Và các chữ cái tương ứng là
GCRWI, đó là bản tin đã được mã hóa.
Để giải mã, ta biến đổi hàm số y thành x = inverse (a) (y-b) mod m. Ta có x =
inverse (11)( (y-4) mod 26. Mà inverse (11) mod 26 = 19, do đó x = 19 (y – 4)
mod 26. Áp dụng với bản tin mã hóa GCRWI ta thu được các giá trị x = 12, 14,
13, 4, 24. Các chữ cái tương ứng là MONEY.
2.2.2.3. Mật mã thay thế
Mã hóa thay thế là một trong những phương pháp mã hóa mà bảng chữ cái đã
mã hóa là sự sắp xếp lại của bảng chữ cái chưa mã hóa . Mặc dù việc có một số
lượng lớn các khóa là yêu cầu cần thiết cho bảo mật, nhưng điều đó không có
nghĩa là hệ thống mã hóa là đủ mạnh. Mã hóa thay thế, mặc dù có 26! khả năng
thay đổi vị trí sắp xếp, thực tế lại không có khả năng bảo mật cao và có thể bị phá
một cách dễ dàng bằng cách sử dụng tần suất xuất hiện của các chữ cái. Mã hóa
thay thế là phương pháp tốt để mã hóa các bản tin cần mã hóa về hình thức bề
ngoài và dễ dàng phá.
Ví dụ ta sử dụng từ khóa “the cows go moo in the field”. Bảng chữ cái chưa
mã hóa và bảng chữ cái đã được mã hóa được đưa ra như sau:

Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

17
Trương Văn Dương k44DVT02
Plaintext: A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S
T U V W X Y Z
Ciphertext: T H E C O W S G M I N F L D A B J K P Q R
U V X Y Z.
Nửa đầu của các chữ cái được mã hóa được chuyển đổi thông qua cụm từ
khóa (bỏ qua những chữ cái được lặp lại), và nửa sau được tạo ra bằng cách sử
dụng các chữ cái còn lại của bảng chữ cái từ A-Z. Ví dụ, thực hiện mã hóa bản
tin “Meet me at five o’clock”. Để mã hóa bản tin này, đơn giản chỉ cần liệt kê
mỗi chữ cái trong bản tin tương ứng với mỗi chữ cái được mã hóa trong bảng chữ
cái. Từ đó ra thu được bản tin được mã hóa như sau:
LOOQLOTQWMUOAEFAEN.
Vì người nhận biết được cụm từ khóa, nên họ có thể dễ dàng giải mã đuợc
bản tin mã hóa bằng cách liệt kê ngược lại từ các chữ cái trong bảng chữ cái đã
mã hóa sang các chữ cái trong bảng chữ cái chưa mã hóa. Từ đó sẽ thu được bản
tin giải mã : meetmeatfiveoclock
Tuy nhiên việc sử dụng phương pháp mã hóa này cũng có nhiều điểm không
thuận lợi. Vấn đề chính của phương pháp mã hóa thay thế chính là tần suất xuất
hiện của các chữ cái không được che giấu một chút nào. Nếu bản tin được mã
hóa LOOQLOTQWMUOAEFAEN được phân chia ra, người ta có thể xác định
được tần suất xuất hiện của mỗi chữ cái và so sánh chúng với tần suất xuất hiện
của các chữ cái trong tiếng Anh: ‘O’ được sử dụng 4 lần trong bản tin mã hóa,
L,Q,A và A xuất hiện mỗi chữ cái 2 lần. 9 chữ cái có tần suất xuất hiện nhiều
nhất trong tiếng Anh là E, T, A, O, N, I, S, R và H. Từ đó có thể suy đoán được
bản tin mã hóa.
2.2.2.4. Các mã hoán vị
Ý tưởng đằng sau mật mã hoán vị là tạo ra một sự thay đổi vị trí của các chữ

cái trong bản tin gốc, điều này sẽ làm xuất hiện bản tin mã hóa. Mã hóa hoán vị
không có tính bảo mật cao bởi vì chúng không thay đổi các chữ cái trong bản tin
gốc hoặc thậm chí là xuất hiện nhiều lần, nhưng chúng có thể được xây dựng để
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

18
Trương Văn Dương k44DVT02
trở thành phương pháp mã hóa bảo mật hơn. Một ví dụ của mã hoán vị là mã rail
fence.
• Mã Rail fence: là một hoán vị theo cột hết sức đơn giản, lấy một chuỗi và
chia nhỏ các chữ cái thành hai nhóm theo đường zigzag như dưới đây:
Bản tin gốc : WHEN-DRINKING-WATER-REMEMBER-ITS-SOURCE.
Zig : W E D I K N W T R E E B R T S U C
Zag: H N R N I G A E R M M E I S O R E.
Bản tin mã hóa = zig + zag =
WEDIKNWTREEBRTSUCHNRNIGAERMMEIORE
• Mật mã Scytale: Vào thế kỉ thứ 4 trước công nguyên, một thiết bị tên là
Scytale được sử dụng để mã hóa các bản tin của quân đội và chính phủ Spartan.
Thiết bị bao gồm một trụ gỗ với một dải giấy cuộn quanh nó. Khi giấy được bỏ
đi, nó đơn giản chỉ là một dãy các chữ cái hỗn độn, nhưng trong khi cuốn xung
quanh trụ gỗ, bản tin sẽ trở nên rõ ràng. Scytale lấy ý tưởng từ mã hóa rail fence
và mở rộng nó bằng cách sử dụng một khóa có độ dài xác định để hỗ trợ việc che
giấu bản tin.
Ví dụ văn bản gốc là When drinking water, remember its source, độ dài là 34,
ta chọn độ dài khóa là 4. Chia bản tin độ dài 34 ra các khóa độ dài 4, ta được 8
còn dư 2. Do đó ta làm tròn độ dài mỗi hàng của Scytale lên 9 và thêm vào bản
tin 2 chữ cái Z.

Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

19
Trương Văn Dương k44DVT02
Bảng 2.1 : Mã hóa Scytale
Bằng cách sắp xếp các chữ cái theo từng cột từ trái qua phải ta thu được :
WIESHNMSEGEONWMUDABRRTECIERENRIZKRTZ.
Để giải mã, ta biết rằng kích thước của khóa là 4, do đó ta viết 4 chữ cái đầu
tiên từ trên xuống dưới rồi đến 4 chữ cái tiếp theo. Đọc các chữ cái và bỏ đi các
chữ cái cuối cùng ta sẽ nhận được bản tin gốc.
Điều không thuận lợi cho phương pháp này là với những bản tin nhỏ, văn bản
mã hóa có thể dễ dàng bị phát hiện bằng cách thử các giá trị khóa khác nhau. Mã
Rail fence không có tính thực tế cao, do việc thiết kế đơn giản và bất kỳ người
nào cũng có thể bẻ gãy. Ngược lại mã Scytale thực tế lại rất hữu dụng cho việc
đưa những bản tin nhanh cần thiết để giải mã bằng tay. Vấn đề chính của cả hai
loại mã này là các chữ cái không thay đổi, do đó đếm tần suất xuất hiện của các
chữ cái có thể giúp khôi phục bản tin gốc.
2.2.2.5. Mật mã Hill
Một loại mật mã khác cũng liên quan đến việc chuyển đổi các chữ cái đó là
mật mã Hill, được phát triển bởi nhà toán học Lester Hill vào năm 1929 [11].
Mật mã Hill là một ví dụ của mật mã khối. Mật mã khối là một loại mật mã mà
các nhóm các chữ cái được mã hóa cùng với nhau theo các khối có độ dài bằng
nhau.
Để mã hóa một bản tin sử dụng mật mã Hill, người gửi và người nhận trước
hết phải thống nhất về ma trận khóa A cỡ n× n. A phải là ma trận khả nghịch.
W H E N D R I N K
I N G W A T E R R
E M E M B E R I T
S S O U R C E Z Z
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

20

Trương Văn Dương k44DVT02
Bản tin gốc sau đó sẽ được mã hóa theo các khối có kích thước n. Ví dụ ta xét ma
trận 2×2 và bản tin sẽ được mã hóa theo các khối 2 kí tự.
Ma trận A: , bản tin MISSISSIPI
Khối đầu tiên MI được tính toán tương ứng: (M~12,I~ 8)
Hai chữ cái đầu tiên của bản tin mã hóa tương ứng với 2, 8 là CI. Lặp lại
bước này cho toàn bộ bản tin. Nếu không có đủ chữ cái cho khối 2 chữ thì ta
chèn thêm vào một vài chữ cái, như Z… Bản tin MI SS IS SI PP IK sẽ được mã
hóa thành CI KK GE UW ER OY.
Giải mã mật mã Hill: Để giải mã một bản tin, trước hết ta tính ma trận nghịch
đảo của ma trận khóa A.

Sau đó nhân ma trận nghịch đảo với từng cặp chữ cái trong bản tin đã được
mã hóa (theo mod 26) để khôi phục lại bản tin gốc. Ma trận nghịch đảo tính được
:

Bản tin đã mã hóa : CIKKGEWEROY
Phía nhận sẽ tính : để giải mã bản tin. Hai chữ cái
đầu tương ứng với 12, 8 là M và I. Lặp lại phép tính như trên ta sẽ giải mã ra
được toàn bộ bản tin. [23]
2.2.2.6. Mật mã Vigenère
Mật mã Vigenere có lẽ là mật mã nổi tiếng nhất trong số các mật mã đa chữ
cái có thể tính toán bằng tay, được sáng tạo bởi Blaise de Vigenere, nhà ngoại
giao người Pháp ở thế kỉ 16.
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

21
Trương Văn Dương k44DVT02
Mật mã đa thay thế chữ cái tương tự với mật mã thay thế đơn chữ cái ngoại
trừ một vấn đề là các chữ cái được mã hóa được thay đổi một cách liên tục trong

quá trình mã hóa bản tin. Điều này làm cho loại mật mã này giảm được nguy cơ
bị xâm hại bằng cách sử dụng tần suất xuất hiện của các chữ cái . Mật mã
Vigenère sử dụng bảng chữ của Vigenere để thực hiện mã hóa.

Hình 2.5 : The Vigenère Square
Có hai phiên bản khác nhau của mã hóa Vigenère, phương pháp khóa tự động
và phương pháp từ khóa.
Phương pháp khóa tự động: Để mã hóa một bản tin sử dụng phương pháp
khóa tự động Vigenere, nguời gửi và người nhận trước hết phải thống nhất với
nhau về khóa bí mật. Khóa này là một chữ cái đơn, sẽ được thêm vào đầu của
bản tin để tạo khóa. Người gửi sẽ mã hóa bản tin bằng cách viết bản tin gốc trên
một dòng và viết khóa ở dòng dưới. Người gửi sẽ sử dụng bản tin chưa mã hóa
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

22
Trương Văn Dương k44DVT02
và khóa để chọn hàng và cột trong bảng Vigenere. Hàng được chọn là hàng mà
chữ cái gốc là ở cột đầu tiên và cột được chọn là cột mã chữ cái khóa nằm trên
hàng đầu tiên. Một chữ cái mã hóa sẽ là chữ cái mà xuất hiện trong bảng
Vigenere tại vị trí giao giữa hàng và cột. Ví dụ, để tìm chữ cái mã hóa, vị trí đầu
tiên trong hàng tương ứng với vị trí chữ cái T. Cột sẽ tương ứng với chữ cái L.
Chữ cái nằm ở vị trí giao giữa hàng và cột này là chữ cái mã hóa, trong trường
hợp này là E. Tiếp tục làm như vậy với mỗi cặp chữ cái sẽ tạo được bản tin được
mã hóa. Để giải mã ta làm ngược lại. Ví dụ, với khóa chính là L :
Bản tin gốc : T O B E O R N O T T O B E
Khóa : L T O B E O R N O T T O B
Mã hóa : E H P F S F E B H M H P F
Đánh giá độ bảo mật : Phương pháp khóa tự động Vigenere là phương pháp
không bảo mật. Chỉ có 26 khóa (26 chữ cái trong bảng chữ cái). Mã có thể bị bẻ
gãy một cách dễ dàng với việc thử từng chữ cái. Người nào muốn đọc bản tin

được mã hóa sử dụng phương pháp khóa tự động này chỉ cần thử từng chữ cái
một trong bảng chữ cái để làm khóa cho đến khi tạo lại đươc bản tin gốc ban đầu.
Việc này có thể được thực hiện thậm chí không cần sự giúp đỡ của máy tính, và
có thể thực hiện được trong khoảng thời gian ngắn. Tuy nhiên ý tưởng của
phương pháp này có thể được sử dụng để tạo ra một loại mã có độ bảo mật cao
hơn.
• Phương pháp từ khóa: Phương pháp này tương tự như phương pháp khóa
tự động, nhưng thay vì sử dụng một chữ cái riêng lẻ làm khóa, nó sử dụng một
cụm từ khóa. Từ khóa có thể có độ dài bất kì nào lớn hơn 1, nó sẽ cung cấp một
số lượng vô hạn các khóa. Để tạo khóa, người gửi viết keyword lặp lại trên một
dòng ở phía dưới bản tin gốc. Cặp chữ cái khóa-bản tin gốc trên mỗi cột và hàng
sẽ được mã hóa sử dụng bảng Vigenere tương tự như phương pháp khóa tự
động.Ví dụ với khóa là từ khóa PUCK ta sẽ viết thành PUCKP UCKPU
CKPUC…
Đánh giá độ bảo mật: Mật mã Vigenere sử dụng từ khóa có độ bảo mật cao
hơn so với phuơng pháp khóa tự động, nhưng nó vẫn dễ bị xâm hại. Từ khóa
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

23
Trương Văn Dương k44DVT02
càng dài thì mã hóa càng bảo mật. Ví dụ, nếu từ khóa dài bằng bản tin mã hóa,
thì mã hóa này là không thể bị bẻ gãy nếu một khóa mới được sử dụng cho mỗi
bản tin. Thực tế với mỗi khóa khác nhau có thể nhận được các bản tin khác, do
đó nếu sử dụng nhiều khóa, thì không có cách nào có thể xách định chính xác
được bản tin. Ví dụ bản tin mã hóa JTLOM FJRCS XM , nếu sử dụng khóa là
hfikeniaoitz thì ta sẽ thu được bản tin gốc là CODE IS BROKEN, còn nếu sử
dụng khóa hfikenrnaygi thì ta sẽ thu được CODE IS SECURE. [23]
2.2.2.7. One - time pad
Mật mã One-time pad (OTP) đã được kiểm nghiệm rằng đây là loại mật mã
tuyệt đối bảo mật, không thể bị bẻ gãy trong thực tế. Và người ta đã chứng minh

rằng bất kì một loại mật mã không thể bị bẻ gãy hay tuyệt đối bảo mật thì phải
được thực hiện theo nguyên lý của one-time pad. OTP được phát minh vào năm
1918 do Gilbert S. Vernam (1890-1960), một nhà mật mã học của công ty
AT&T. Mật mã Vernam là một ví dụ nổi tiếng của OTP. Mật mã này rất đơn
giản: 1 luồng bit bao gồm bản tin chưa mã hóa, và một luồng bít ngẫu nhiên bí
mật có cùng độ dài với bản tin gốc, coi như là khóa. Để mã hóa bản tin với khóa,
thực hiện cộng XOR từng cặp bit khóa và bản tin một cách tuần tự để thu được
bit mã hóa. Nếu khóa thực sự là ngẫu nhiên thì không người tấn công nào có một
cơ sở nào để có thể đoán được bản tin gốc khi chỉ có trong tay bản tin mã hóa mà
ko có thông tin gì về bản tin gốc.
Ví dụ về OTP :
0010110 0 010 11011100101011: Bản tin gốc
0111011 1 010 10001011101011: Khóa được tạo ngẫu nhiên, có chiều dài
bằng bản tin
0101101 1 000 01010111000000: Bản tin mã hóa
0111011 1 010 10001011101011: Sử dụng lại khóa để giải mã
Nghiên cứu khoa học năm 2012 Mã hóa bảo mật trong Wimax

24
Trương Văn Dương k44DVT02
0010110 0 010 11011100101011: Khôi phục lại bản tin gốc ban đầu
Vấn đề đặt ra là nếu loại mã này đạt được tính bảo mật hoàn hảo thì tại sao nó
không được sử dụng một cách rộng rãi trên toàn cầu và tại sao con người vẫn sử
dụng các hệ thống mà vẫn có khả năng bị bẻ gãy. Ở đây ta thấy rằng, một điểm
quan trọng cần phải xem xét là các vấn đề liên quan đến việc sử dụng mã hóa đối
với dữ liệu lưu trữ có xu hướng rất khác so với các vấn đề liên quan đến việc sử
dụng mã hóa để bảo vệ các cuộc truyền thông. Một điều quan trọng cũng cần
phải nhận thấy rằng, chúng ta thường tập trung vào truyền thông, bởi vì trường
hợp này được cho là đáng để ý hơn trong việc quản lý.
Khóa giải mã giống với khóa mã hóa trong khi thuật toán giải mã bao gồm

việc loại bỏ đi các kí tự khóa để tạo ra văn bản gốc. Các hệ thống truyền thông
ngày nay phải đối mặt với một vấn đề rất khó khăn. Vì dãy bit được tạo ngẫu
nhiên nên với người gửi và người nhận việc tạo ra một khóa giống như vậy là
không thể. Do đó một trong số họ phải tạo ra khóa và sau đó gửi bí mật cho
người kia. Nếu khóa được đảm bảo tính bí mật thì nó là cần thiết cho việc bảo vệ
trong suốt quá trình truyền dẫn.
Nếu cuộc truyền thông chỉ có một đường truyền thì họ cần phải có một dãy
ngẫu nhiên one-time pad khác để bảo vệ dữ liệu truyền. Một cách rõ ràng nguyên
nhân kiểu này dẫn đên những yêu cầu không thể thực hiện được việc tạo ra các
dãy ngẫu nhiên vô hạn, mỗi dãy tạo ra được sử dụng để bảo vệ một dãy khác
trong quá trình truyền dẫn từ người này đến người kia, gây tốn kém. Do đó one-
time pad chỉ được sử dụng trong truyền thông khi giữa cuộc truyền thông này
còn có một phương tiện thông tin chuyển đổi đảm bảo khác. One-time pad
thường được sử dụng cho các liên kết cần mức độ bảo mật cao nhất, như đường
hotline Moscow – Washington chẳng hạn.
2.2.2.8. RC4
RC4 là loại mã hóa theo luồng khóa chia sẻ, được thiết kế bởi Ron Rivest tại
RSA Data Security, Inc. Thuật toán RC4 được sử dụng một cách đồng nhất với
cả quá trình mã hóa và giải mã khi một luồng dữ liệu được XOR với chuỗi khóa