35 trang 70 lượt tải

Mã hóa xdcattt - Xây dựng chuẩn an toàn thông tin | Tài liệu môn An toàn thông tin

139

Tài liệu "Mã hóa xdcattt - Xây dựng chuẩn an toàn thông tin" được biên soạn dưới dạng PDF gồm những kiến thức và thông tin cần thiết cho môn học giúp sinh viên có định hướng ôn tập, nắm vững kiến thức môn học từ đó làm tốt trong các bài kiểm tra, bài tiểu luận, bài tập kết thúc học phần, để đạt kết quả cao cũng như có thể vận dụng tốt những kiến thức đã học vào thực tiễn cuộc sống. Mời bạn đọc đón xem!

Môn: An toàn thông tin 7 tài liệu

Trường: Trường Cao đẳng nghề công nghệ cao Hà Nội 16 tài liệu

Tác giả:

Profile

Huyền Hoàng

12 tháng trước
Danh sách Quiz
/35
lOMoARcPSD| 31835026
Mã hóa thông tin
1
lOMoARcPSD| 31835026
Mã hóa thông tin
•
Giới thiệu mô hình mã hóa
.
.
Mã đối xứng
Mã hóa phi đối xứng
•
•
•
•
Phương pháp thám mã
Giới thiệu mô hình truyền khóa
Ứng dụng mã hóa, hàm băm trong bảo vệ và
kiểm tra dữ liệu
2
lOMoARcPSD| 31835026
Mô hình hệ thống
•
Hệ thống mã hóa (cryptosystem) là một bộ
năm (P, C, K, E, D) thỏa mãn các điều kiện sau:
1
2
3
. Tập nguồn P là tập hữu hạn tất cả các bản tin
nguồn cần mã hóa có thể có
. T ập đích C là tập hữu hạn tất cả các bản tin có thể
có sau khi mã hóa
. Tập khóa K là tập hữu hạn các khóa có th ể được
sử dụng
3
lOMoARcPSD| 31835026
Mô hình hệ thống (t)
•
(P, C, K, E, D) :
4
. E, D là tập luật mã hóa và giải mã. Với mỗi khóa k
tồn tại một luật mã hóa e E và luật giải mã
k
tương ứng d D. Luật mã hóa e : P C và d : C
k
k
k
D thỏa mãn. d (e (x))=x, x P.
k k
4
lOMoARcPSD| 31835026
Phân loại mã hóa
•
•
Mã đối xứng – mật – quy ước
.
Từ e có thể suy ra d và ngược lại
k
k
Mã phi đối xứng – công khai
.
Từ e không thể suy ra được d và ngược lại
k
k
5
lOMoARcPSD| 31835026
Một số mã hóa kinh điển
•
•
•
•
•
•
Mã hóa dịch vòng
Phương pháp thay thế
Phương pháp Affine
Phương pháp Vigenere
Phương pháp Hill
Phương pháp hoán vị
6
lOMoARcPSD| 31835026
Mã hóa dịch vòng
•
•
•
•
•
•
•
P=C=K=Z
n
Khóa k định nghĩa k K định nghĩa
e
k
(x)=(x+k) mod n
d
k
(y)=(y-k) mod n
x, y Z
n
E={e
k
, k K}
D={d
k
, k K}
7
lOMoARcPSD| 31835026
Mã hóa dịch vòng (t)
•
•
•
•
•
•
•
•
Ví dụ: trong tiếng anh có a->z vậy n=26
Chọn k=12 vậy
NOTHINGIMPOSSIBLE
Thứ tự là:
13,14,19,7,8,13,6,8,12,15,14,18,18,8,1,11,4
Sau khi mã hóa là:
25,0,5,19,20,25,18,20,24,1,0,4,4,20,13,23,16
ZAFTUZSUYBAEEUNXQ
8
lOMoARcPSD| 31835026
Mã hóa dịch vòng (t)
•
•
Thực hiện đơn giản
Không gian khóa bé (26), dễ tấn công:
.
.
Vét cạn
Thống kê ký tự
9
lOMoARcPSD| 31835026
Mã hóa thay thế
•
•
•
•
•
P=C=Z
n
K tập tất cả hoán vị của n phần tử
k: là một hoán vị
e
k
(x)= (x)
d (y)= (y)
-
1
k
1
0
lOMoARcPSD| 31835026
Mã hóa thay thế (t)
A
B
C
D
E
F
Y
U
D
H
K
E
M
I
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
Z
T
Q
V
X
C
O
R
•
•
•
•
•
NOTHINGIMPOSSIBLE
Thành
WZCILWMLNTZXXLUPK
Tra bảng ngược lại khi nhận
NOTHINGIMPOSSIBLE
G
H
I
W B
L
X
Y
Z
S
G
A
J
J
K
L
F
P
N
M
1
1
lOMoARcPSD| 31835026
Mã hóa thay thế (t)
•
•
•
Thời gian thực hiện ngắn
Không gian khóa là n! khá lớn
Tấn công theo phương pháp thống kê
1
2
lOMoARcPSD| 31835026
Phương pháp Affine
•
•
•
•
•
•
•
P=C=Z
n
K={(a,b) Z
n
xZ
n
: gcd(a,n)=1}
e
k
(x) =(ax + b) mod n
-
1
d (x) =(a (y-b)) mod n
k
x, y Z
n
E={e , k K}
k
D={d , k K}
k
1
3
lOMoARcPSD| 31835026
Phương pháp Affine (t)
•
•
•
Trường hợp riêng của thay thế
Tính toán đơn giản
Số lượng khóa không lớn
1
4
lOMoARcPSD| 31835026
Phương pháp Vigenere
•
•
•
•
P=C=K=(Z
n
)
m
K={(k , k ,… ,k ) (Z ) }
r
1
2
r
n
e (x , x , ..x )=((x +k ) mod n, …,(x +k ) mod n)
k 1 2
r
1 1
r r
d (y , …, y )=((y -k ) mod n), …,(y -k ) mod n)
k 1
r
1 1
r r
1
5
lOMoARcPSD| 31835026
Phương pháp Vigenere (t)
•
Thuật toán này là mở rộng thuật toán dịch
vòng với khóa là bộ nhiều khóa dịch vòng
•
•
Thực hiện đơn giản
Không gian khóa lớn n
m
1
6
lOMoARcPSD| 31835026
Phương pháp Hill
•
•
P=C=(Z
n
)
m
K là tập hợp ma trận mxm khả nghịch
1
7
lOMoARcPSD| 31835026
Phương pháp Hill
•
•
Thực hiện đơn giản (dựa phép nhân ma trận)
Không gian khóa lớn n
mxm
1
8
lOMoARcPSD| 31835026
Phương pháp hoán vị
•
•
•
•
P=C=(Z )
m
n
K là một hoán vị
e (x , …, x ) = (x , …, x )
1
m
(1)
(m)
-
1
-1
d (y , …, y )=(y , …, y )
1
m
(1)
(m)
1
9
lOMoARcPSD| 31835026
Phương pháp hoán vị (t)
•
•
•
Trường hợp riêng của ma Hill
Thực hiện đơn giản
Không gian mã hóa là m!
2
0
lOMoARcPSD| 31835026
Một số mã hóa tiêu chuẩn
•
•
DES – Data Encryption Standard
AES – Advanced Encryption Standard
2
1
lOMoARcPSD| 31835026
DES
•
•
•
•
x P dãy 64 bit
k K dãy 56 bit
Khóa thực tế sử dụng 48 bit
Sử dụng tripple DES sử dụng 3 quá trình với 3
khóa khác nhau
•
•
Có thể bị phá mã trong khoảng thời gian ngắn
Tài liệu tham khảo
2
2
lOMoARcPSD| 31835026
AES
•
•
•
Sử dụng những khóa có độ dài là 128, 192
hoặc 256.
Sử dụng cấu trúc toán đơn giản, thời gian
thực hiện thuận tiện
Đến hiện tại được xem là an toàn
2
3
lOMoARcPSD| 31835026
Hàm băm
•
Chuyển đổi một thông điệp có độ dài bất kỳ
thành một độ dài cố định
•
•
•
Hàm băm không là hàm song ánh
Thường được sử dụng trong công tác xác thực
Các phương pháp
.
.
DES
SHA
2
4
lOMoARcPSD| 31835026
Hàm băm
•
•
•
Sử dụng để kiểm tra tính toàn vẹn cho dữ liệu
Sử dụng để đại diện cho phần chữ ký
Sử dụng lưu trữ thông tin kiểm chứng (mật
khẩu, …)
•
Tấn công bằng phương pháp đụng độ
2
5
lOMoARcPSD| 31835026
Hàm băm (t)
•
Các hàm băm được sử dụng
.
.
.
.
.
.
MD4
MD5
SHA-1
SHA-256
SHA-384
SHA-512
2
6
lOMoARcPSD| 31835026
Mã hóa công khai
•
•
Dựa trên các hàm cửa sập một chiều
.
.
Phân tích thừa số nguyên tố (RSA)
Bài toán logarit rời rạc (ECC)
Sử dụng hai khóa khác nhau, độc lập (không
thể phân tích được khóa từ khóa còn lại)
2
7
lOMoARcPSD| 31835026
RSA
•
Dựa trên phép tính số nguyên tố lớn
.
.
Khó khăn phân tích thừa số nguyên tố của n
Dựa trên phép mũ số nguyên tố lớn
•
•
Thời gian thực hiện chậm
Đảm bảo an toàn với 512 bit, 1024 bit, hiện
nay có khuyến cáo về 2048 bit
•
Tài liệu tham khảo
2
8
lOMoARcPSD| 31835026
ECC
•
Mã hóa dựa trên các đường cong eliptic
.
.
Tìm được đường cong
Tìm được nghiệm trên đường cong thỏa mãn số
bậc của nghiệm lớn
•
•
•
Thời gian tính toán nhanh hơn RSA
Thời gian phá mã chậm hơn RSA
Khó tìm được đường cong, nghiệm thỏa mãn
điều kiện đã cho
2
9
lOMoARcPSD| 31835026
So sánh
3
0
lOMoARcPSD| 31835026
Phương pháp thám mã
•
Kịch bản thám mã
.
.
.
.
.
Chỉ có bản mã
Biết bản rõ
Lựa chọn bản rõ
Lựa chọn bản mã
Lựa chọn khóa
3
1
lOMoARcPSD| 31835026
Phương pháp thám mã
•
Các phương pháp thám mã
.
.
.
.
.
.
Boomerang attack – tấn công mã khối
Brute force attack – Tất cả các loại
Davies' attack – Tấn công mã DES
Differential cryptanalysis – mã khối, dòng, băm
Impossible differential cryptanalysis – mã khối AES
Improbable differential cryptanalysis – mã khối
CLEFIA
.
Integral cryptanalysis – Mã khối
3
2
lOMoARcPSD| 31835026
Phương pháp thám mã
•
Các phương pháp thám mã
.
.
.
.
.
.
Linear cryptanalysis – Mã khối DES
Meet-in-the-middle attack – Mã khối
Mod-n cryptanalysis – Mã khối, mã dòng
Related-key attack – Tấn công WEP
Sandwich attack – Tấn mã hóa mạng di động
Slide attack – Tấn công vào các mã hóa đa vòng,
yếu trên mỗi vòng
.
XSL attack – Tấn công trên mã vòng
3
3
lOMoARcPSD| 31835026
Mã hóa thông tin
•
Giới thiệu mô hình mã hóa
.
.
Mã đối xứng
Mã hóa phi đối xứng
•
•
•
•
Phương pháp thám mã
Giới thiệu mô hình truyền khóa
Ứng dụng mã hóa, hàm băm trong bảo vệ và
kiểm tra dữ liệu
3
4
lOMoARcPSD| 31835026
Bài tập
•
•
•
Tìm hiểu thêm về mô hình RSA, ECC
Thuật toán để thực hiện mã hóa DES, AES
Thuật toán để tính MD5, SHA…
3
5

Tài liệu khác của Trường Cao đẳng nghề công nghệ cao Hà Nội

Preview text:

lOMoAR cPSD| 31835026 Mã hóa thông tin 1 lOMoAR cPSD| 31835026 Mã hóa thông tin
• Giới thiệu mô hình mã hóa . Mã đối xứng . Mã hóa phi đối xứng • Giới thiệu hàm băm • Phương pháp thám mã
• Giới thiệu mô hình truyền khóa
• Ứng dụng mã hóa, hàm băm trong bảo vệ và kiểm tra dữ liệu 2 lOMoAR cPSD| 31835026 Mô hình hệ thống
• Hệ thống mã hóa (cryptosystem) là một bộ
năm (P, C, K, E, D) thỏa mãn các điều kiện sau:
1 . Tập nguồn P là tập hữu hạn tất cả các bản tin
nguồn cần mã hóa có thể có
2 . Tập đích C là tập hữu hạn tất cả các bản tin có thể có sau khi mã hóa
3 . Tập khóa K là tập hữu hạn các khóa có thể được sử dụng 3 lOMoAR cPSD| 31835026 Mô hình hệ thống (t) • (P, C, K, E, D) :
4 . E, D là tập luật mã hóa và giải mã. Với mỗi khóa k
tồn tại một luật mã hóa e E và luật giải mã k
tương ứng d D. Luật mã hóa e : P C và d : C k k k
D thỏa mãn. d (e (x))=x, x P. k k 4 lOMoAR cPSD| 31835026 Phân loại mã hóa
• Mã đối xứng – mật – quy ước
. Từ e có thể suy ra d và ngược lại k k
• Mã phi đối xứng – công khai
. Từ e không thể suy ra được d và ngược lại k k 5 lOMoAR cPSD| 31835026
Một số mã hóa kinh điển • Mã hóa dịch vòng • Phương pháp thay thế • Phương pháp Affine • Phương pháp Vigenere • Phương pháp Hill • Phương pháp hoán vị 6 lOMoAR cPSD| 31835026 Mã hóa dịch vòng • P=C=K=Zn
• Khóa k định nghĩa k K định nghĩa • ek(x)=(x+k) mod n • dk(y)=(y-k) mod n • x, y Zn • E={ek, k K} • D={dk, k K} 7 lOMoAR cPSD| 31835026 Mã hóa dịch vòng (t)
• Ví dụ: trong tiếng anh có a->z vậy n=26 • Chọn k=12 vậy • NOTHINGIMPOSSIBLE • Thứ tự là:
• 13,14,19,7,8,13,6,8,12,15,14,18,18,8,1,11,4 • Sau khi mã hóa là:
• 25,0,5,19,20,25,18,20,24,1,0,4,4,20,13,23,16 • ZAFTUZSUYBAEEUNXQ 8 lOMoAR cPSD| 31835026 Mã hóa dịch vòng (t)
• Thực hiện đơn giản
• Không gian khóa bé (26), dễ tấn công: . Vét cạn . Thống kê ký tự 9 lOMoAR cPSD| 31835026 Mã hóa thay thế • P=C=Zn
• K tập tất cả hoán vị của n phần tử • k: là một hoán vị • ek(x)= (x) • d (y)= - (y) 1 k 1 0 lOMoAR cPSD| 31835026 Mã hóa thay thế (t) A Y N W B U O Z • NOTHINGIMPOSSIBLE C D P T • Thành D H Q Q E K R V • WZCILWMLNTZXXLUPK S X F E T C
• Tra bảng ngược lại khi nhận G M U O H I • V R NOTHINGIMPOSSIBLE I L W B X S J J Y G K F Z A L P M N 1 1 lOMoAR cPSD| 31835026 Mã hóa thay thế (t)
• Thời gian thực hiện ngắn
• Không gian khóa là n! khá lớn
• Tấn công theo phương pháp thống kê 1 2 lOMoAR cPSD| 31835026 Phương pháp Affine • P=C=Zn
• K={(a,b) ZnxZn: gcd(a,n)=1} • ek(x) =(ax + b) mod n • - 1 d (x) =(a (y-b)) mod n k • x, y Z n • E={e , k K} k • D={d , k K} k 1 3 lOMoAR cPSD| 31835026 Phương pháp Affine (t)
• Trường hợp riêng của thay thế • Tính toán đơn giản
• Số lượng khóa không lớn 1 4 lOMoAR cPSD| 31835026 Phương pháp Vigenere • P=C=K=(Zn)m
• K={(k , k ,… ,k ) (Z ) }r 1 2 r n
• e (x , x , ..x )=((x +k ) mod n, …,(x +k ) mod n) k 1 2 r 1 1 r r
• d (y , …, y )=((y -k ) mod n), …,(y -k ) mod n) k 1 r 1 1 r r 1 5 lOMoAR cPSD| 31835026 Phương pháp Vigenere (t)
• Thuật toán này là mở rộng thuật toán dịch
vòng với khóa là bộ nhiều khóa dịch vòng
• Thực hiện đơn giản
• Không gian khóa lớn nm 1 6 lOMoAR cPSD| 31835026 Phương pháp Hill • P=C=(Zn)m
• K là tập hợp ma trận mxm khả nghịch 1 7 lOMoAR cPSD| 31835026 Phương pháp Hill
• Thực hiện đơn giản (dựa phép nhân ma trận)
• Không gian khóa lớn nmxm 1 8 lOMoAR cPSD| 31835026 Phương pháp hoán vị • P=C=(Z ) m n • K là một hoán vị • e (x , …, x ) = (x , …, x ) 1 m (1) (m) • - 1 -1 d (y , …, y )=(y , …, y ) 1 m (1) (m) 1 9 lOMoAR cPSD| 31835026 Phương pháp hoán vị (t)
• Trường hợp riêng của ma Hill
• Thực hiện đơn giản
• Không gian mã hóa là m! 2 0 lOMoAR cPSD| 31835026
Một số mã hóa tiêu chuẩn
• DES – Data Encryption Standard
• AES – Advanced Encryption Standard 2 1 lOMoAR cPSD| 31835026 DES • x P dãy 64 bit • k K dãy 56 bit
• Khóa thực tế sử dụng 48 bit
• Sử dụng tripple DES sử dụng 3 quá trình với 3 khóa khác nhau
• Có thể bị phá mã trong khoảng thời gian ngắn • Tài liệu tham khảo 2 2 lOMoAR cPSD| 31835026 AES
• Sử dụng những khóa có độ dài là 128, 192 hoặc 256.
• Sử dụng cấu trúc toán đơn giản, thời gian thực hiện thuận tiện
• Đến hiện tại được xem là an toàn 2 3 lOMoAR cPSD| 31835026 Hàm băm
• Chuyển đổi một thông điệp có độ dài bất kỳ
thành một độ dài cố định
• Hàm băm không là hàm song ánh
• Thường được sử dụng trong công tác xác thực • Các phương pháp . DES . SHA 2 4 lOMoAR cPSD| 31835026 Hàm băm
• Sử dụng để kiểm tra tính toàn vẹn cho dữ liệu
• Sử dụng để đại diện cho phần chữ ký
• Sử dụng lưu trữ thông tin kiểm chứng (mật khẩu, …)
• Tấn công bằng phương pháp đụng độ 2 5 lOMoAR cPSD| 31835026 Hàm băm (t)
• Các hàm băm được sử dụng . MD4 . MD5 . SHA-1 . SHA-256 . SHA-384 . SHA-512 2 6 lOMoAR cPSD| 31835026 Mã hóa công khai
• Dựa trên các hàm cửa sập một chiều
. Phân tích thừa số nguyên tố (RSA)
. Bài toán logarit rời rạc (ECC)
• Sử dụng hai khóa khác nhau, độc lập (không
thể phân tích được khóa từ khóa còn lại) 2 7 lOMoAR cPSD| 31835026 RSA
• Dựa trên phép tính số nguyên tố lớn
. Khó khăn phân tích thừa số nguyên tố của n
. Dựa trên phép mũ số nguyên tố lớn
• Thời gian thực hiện chậm
• Đảm bảo an toàn với 512 bit, 1024 bit, hiện
nay có khuyến cáo về 2048 bit • Tài liệu tham khảo 2 8 lOMoAR cPSD| 31835026 ECC
• Mã hóa dựa trên các đường cong eliptic
. Tìm được đường cong
. Tìm được nghiệm trên đường cong thỏa mãn số bậc của nghiệm lớn
• Thời gian tính toán nhanh hơn RSA
• Thời gian phá mã chậm hơn RSA
• Khó tìm được đường cong, nghiệm thỏa mãn điều kiện đã cho 2 9 lOMoAR cPSD| 31835026 So sánh 3 0 lOMoAR cPSD| 31835026 Phương pháp thám mã • Kịch bản thám mã . Chỉ có bản mã . Biết bản rõ . Lựa chọn bản rõ . Lựa chọn bản mã . Lựa chọn khóa 3 1 lOMoAR cPSD| 31835026 Phương pháp thám mã
• Các phương pháp thám mã
. Boomerang attack – tấn công mã khối
. Brute force attack – Tất cả các loại
. Davies' attack – Tấn công mã DES
. Differential cryptanalysis – mã khối, dòng, băm
. Impossible differential cryptanalysis – mã khối AES
. Improbable differential cryptanalysis – mã khối CLEFIA
. Integral cryptanalysis – Mã khối 3 2 lOMoAR cPSD| 31835026 Phương pháp thám mã
• Các phương pháp thám mã
. Linear cryptanalysis – Mã khối DES
. Meet-in-the-middle attack – Mã khối
. Mod-n cryptanalysis – Mã khối, mã dòng
. Related-key attack – Tấn công WEP
. Sandwich attack – Tấn mã hóa mạng di động
. Slide attack – Tấn công vào các mã hóa đa vòng, yếu trên mỗi vòng
. XSL attack – Tấn công trên mã vòng 3 3 lOMoAR cPSD| 31835026 Mã hóa thông tin
• Giới thiệu mô hình mã hóa . Mã đối xứng . Mã hóa phi đối xứng • Giới thiệu hàm băm • Phương pháp thám mã
• Giới thiệu mô hình truyền khóa
• Ứng dụng mã hóa, hàm băm trong bảo vệ và kiểm tra dữ liệu 3 4 lOMoAR cPSD| 31835026 Bài tập
• Tìm hiểu thêm về mô hình RSA, ECC
• Thuật toán để thực hiện mã hóa DES, AES
• Thuật toán để tính MD5, SHA… 3 5

Tài liệu liên quan: