Bài giảng Cơ sở lý thuyết mật mã: Chương I - Hoàng Thu Phương

Nội dung chính của "Bài giảng Cơ sở lý thuyết mật mã - Chương I: Nhập môn mật mã học" trình bày một số khái niệm cơ bản trong mật mã, sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống thông tin số, thuật toán và độ phức tạp, độ mật hoàn thiện, entropy, các khóa giả và khoảng duy nhất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cơ sở lý thuyết mật mã: Chương I - Hoàng Thu Phương Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 1 CHƯƠNG I LÝ THUYẾT THÔNG TIN TRONG CÁC HỆ MẬT Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 2 Giới thiệu môn học  Nội dung Chương 1: Nhập môn mật mã học Chương 2: Mật mã khoá bí mật Chương 3: Mật mã khoá công khai Chương 4: Hàm băm, xác thực và chữ kí số Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 3 Giới thiệu môn học  Thời lượng 60 tiết = 4 đơn vị học trình  Hình thức thi và kiểm tra Thi viết Sau các bài có thể có bài tập về nhà hoặc có các hình thức kiểm tra Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 4 Nội dung chính  1.1 Một số khái niệm cơ bản trong mật mã  1.2 Sơ đồ khối đơn giản của một HT thông tin số  1.3 Thuật toán và độ phức tạp 1.3.1 Khái niệm về thuật toán 1.3.2 Độ phức tạp của thuật toán  1.4 Độ mật hoàn thiện 1.4.1 Quan điểm về độ an toàn của hệ mật 1.4.2 Nhắc lại một số lí thuyết cơ bản về xác suất 1.4.3 Độ mật hoàn thiện  1.5 Entropy  1.6 Các khóa giả và khoảng duy nhất Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 5 1.1 Một số khái niệm cơ bản  Bản rõ (Plaintext): Dạng ban đầu của thông báo  Bản mã (Ciphertext): Dạng mã của bản rõ ban đầu  Khóa (Key): thông tin tham số dùng để mã hóa.  Mã hóa (Encryption): Quá trình mã 1 thông báo sao cho nghĩa của nó không bị lộ ra  Giải mã (Decryption): Quá trình ngược lại biến đổi 1 thông báo đã mã ngược trở lại thành dạng thông thường. Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 6 1.1 Một số khái niệm cơ bản  Kí hiệu:  y = Ek(x): y là bản mã của bản rõ x qua hàm biến đổi E (hàm mã hóa) với khóa K  x = Dk(y): x là bản rõ của bản mã y qua hàm biến đổi D (hàm giải mã) với khóa K Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 7 1.1 Một số khái niệm cơ bản  Ví dụ minh họa:  Bản rõ x: HELLOWORLD  Hàm ek(x) = x + k mod 26  Cho k = 5 Khi đó: bản mã y = ek(x) = MJRRTBTWRI  H: 7 + 5 mod 26 = 12  M;  E: 4 + 5 mod 26 = 9  J;  … Ta cũng có thể suy ra bản rõ x từ bản mã y từ hàm giải mã: dk(y) = y – k mod 26 Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 8 1.1 Một số khái niệm cơ bản  Khoa học mật mã (cryptology) gồm:  Mật mã học (cryptography): là khoa học nghiên cứu cách ghi bí mật thông tin nhằm biến đổi bản rõ thành bản mã.  Phân tích mật mã (cryptanalysis): nghiên cứu cách phá các hệ mật nhằm phục hồi bản rõ ban đầu từ bản mã, nghiên cứu các nguyên lí và phương pháp giải mã mà không biết khóa.  Có 3 phương pháp tấn công cơ bản của thám mã: • Tìm khóa vét cạn • Phân tích thống kê • Phân tích toán học Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 9 1.1 Một số khái niệm cơ bản Các kiểu tấn công thám mã: • Tấn công chỉ với bản mã: biết thuật toán, bản mã, dùng phương pháp thống kê xác định bản rõ • Tấn công với bản rõ đã biết: biết thuật toán, biết được bản mã/bản rõ, tấn công tìm khóa • Tấn công với các bản rõ được chọn: chọn bản rõ và nhận được bản mã, biết thuật toán, tấn công tìm khóa. • Tấn công với các bản mã được chọn: chọn bản mã và có được bản rõ tương ứng, biết thuật toán, tấn công tìm khóa. Chú ý:  Hệ mật có thể bị phá chỉ với bản mã thường là hệ mật có độ an toàn thấp  Hệ mật là an toàn với kiểu tấn công có các bản rõ được chọn thường là hệ mật có độ an toàn cao Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 10 1.2 Sơ đồ khối đơn giản của một HTTTS Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 11 1.2. Sơ đồ khối…  Qua sơ đồ của HTTTS, ta thấy được ý nghĩa của khối mã bảo mật đó là bảo vệ các thông tin không bị khai thác bất hợp pháp. Chống lại các tấn công sau: Thám mã thụ động: là cách do thám, theo dõi đường truyền để nhận được nội dung bản tin hoặc theo dõi luồng truyền tin. Bao gồm các hoạt động: thu chặn, dò tìm, so sánh tương quan, suy diễn. Thám mã tích cực (chủ động): thay đổi dữ liệu để giả mạo một người nào đó, lặp lại bản tin trước, thay đổi bản tin khi truyền, từ chối dịch vụ. Bao gồm các hoạt động: giả mạo, ngụy trang, sử dụng lại, sửa đổi. Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 12 1.3. Thuật toán và độ phức tạp  1.3.1 Khái niệm: Thuật toán là một quy tắc để với những dữ liệu ban đầu đã cho, tìm được lời giải của bài toán được xét sau một số bước thực hiện. VD: Thuật toán tìm cực đại Input: cho n số X[1],…, X[n] Output: m, j sao cho m  X  j  max X  k  1 k  n Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 13 1.3. Thuật toán … Sơ đồ khối của thuật toán tìm cực đại Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 14 Nhập n vàX [ 5 X[4 ]] n=3 ; dãy 7 1 ,…, X[n] j j  3;kk n-1m  X[n]  n;  2; m  4; Đ k=0? 1 2 =0? 0 Đưa = 7, j =2; kết thúc m ra m, j rồi kết thúc S Đ X[k]7 ? ? 7  m 5 4? S j 2; m  7 j k; mi X[k] Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 15 k 1-1 k2-1  k-1 1.3. Thuật toán …  Nhận xét: Thuật toán có tính hữu hạn Thuật toán có tính xác định Hoàng Thu Phương - Khoa ATTT 16 1.3. Thuật toán …  1.3.2 Độ phức tạp của thuật toán  Trong khi làm việc MT thường ghi các số bằng bóng đèn sáng tắt. Quy ước: bóng đèn sáng chỉ số 1; bóng đèn tắt chỉ số 0  VD: dãy bóng đèn tắt sáng sau: biểu thị cho dãy bít: 01101001  Độ phức tạp của thuật toán được đo bằng số các phép tính bít (phép tính logic, số học) thực hiện tr ...