Tài liệu Kỹ thuật lập trình - Chương 6: Tổng quan về mã hóa

Để đi tìm hiểu về mật mã, trước tiên chúng ta đi tìm hiểu thế nào là mật mã, những yêu cầu của hệ mật, nguyên tắc và phân loại các hệ mật. Hay nói cách khác chương này cho chúng ta cách nhìn nhận ban sơ khai về mật mã.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu Kỹ thuật lập trình - Chương 6: Tổng quan về mã hóa Chương 6 TỔNG QUAN VỀ MÃ HÓA Trong các chương 1, 2, 3, 4, 5 chúng ta đã đi tìm hiểu về toán trong mật mã, chúng tađã có được nền tản của mật mã. Để đi tìm hiểu về mật mã, trước tiên chúng ta đi tìmhiểu thế nào là mật mã, những yêu cầu của hệ mật, nguyên tắc và phân loại các hệmật.Hay nói cách khác chương này cho chúng ta cách nhìn nhận ban sơ khai về mật mã. 1. Khái niệm cơ bản về mật mã Kỹ thuật mật mã (cryptology) là môn khoa học nghiên cứu về hai lĩnh vực: mật mã(crytography) và thám mã(cryptoanalysis). Mật mã (cryptography) là ngành khoa học nghiên cứu các phương pháp biến đổithông tin nhằm mục đích bảo vệ thông tin khỏi sự truy cập của những người không cóthẩm quyền. Thám mã (cryptoanalysis) là lĩnh vực khoa học chuyên nghiên cứu, tìm kiếm yếuđiểm của các hệ mật để từ đó đưa ra phương pháp tấn công các hệ mật đó. Mật mã vàmã thám là hai lĩnh vực đối lập nhau nhưng gán bó mật thiết với nhau. Không thể xâydựng một hệ mật tốt nếu không hiểu biết sâu về mã thám. Mã thám chỉ ra yếu điểmcủa hệ mật. Yếu điểm này có thể được sử dụng để tấn công hệ mật này nh ưng cũngcó thể được sử dụng để cái tiến hệ mật cho tốt hơn. Nếu người xây dựng hệ mậtkhông có hiểu biết rộng về mã thám, không kiểm tra độ an toàn của hệ mật tr ước cácphương pháp tấn công thì hệ mật của anh ta có thể tỏ ra kém an toàn trước một phươngpháp tấn công nào đó mà anh ta chưa biết. Tuy nhiên, không ai có thể khẳng đ ịnh là cónhững phương pháp thám mã nào đã được biết đến. Đặc nhiệm của các nước luôn giữbí mật những kết quả thu được trong lĩnh vực mã thám: kể cả phương pháp thám mã vàkết qủa của việc thám mã. Máy mã hóa- Mã hóa hướng đến việc thực hiện dưới dạng thiết bị điện tử. Sơ đồ mật mã là tập hợp các thuật toán mã hóa, giải mã, kiểm tra sự toàn vẹn và cácchức năng khác của một hệ mật. Giao thức mật mã là tập hợp các quy tắc, thủ tục quy định cách thức sử dụng sơ đồmật mã trong một hệ mậ. Có thể thấy rằng giao thức mật mã và sơ đồ mật mãkhông đi liền với nhau. Có thể có nhiều giao thức khác mật mã khác nhau quy đ ịnh cáccách thức sử dụng khác nhau của cùng một sơ đồ mật mã nào đó. Khóa (key) là đại lượng bí mật, biến thiên trong một hệ mật. Khóa nhất định phải làbí mật. Khóa nhất định phải là đại lượng biến thiên. Hệ mật (cryptosystem, hệ thống mật mã)- là một hệ thống đảm bảo an toàn củamạng bảo vệ với việc sử dụng các công cụ mã hóa. Nó bao gồm tập hợp sơ đồ mậtmã, giao thức mật mã và các quy tắc về chế tạo, phân phối khóa. Mã hóa là quá trình sử dụng những quy tắc được quy định trong một hệ mã để biếnđổi thông tin ban đầu (thông tin cần bảo vệ; bản rõ) thành bản mã. Giải mã là quá trình ngược lại với mã hóa, tức là sử dụng những quy tắc đ ược quyđịnh trong hệ mã để biển đổi nội dung bản mã về thông tin ban đầu. Thám mã cũng là quá trình nhận được bản rõ từ bản mã mà không có s ự tham giacủa khóa hoặc là quá trình tính toán khóa mật theo bản mã và bản rõ. Tốc độ mã được đặc trưng bởi số lượng phép tính (N) cần thực hiện đ ể mã hóa(giải mã) một đơn vị thông tin. Cần hiểu rằng tốc độ mã chỉ phụ thuộc vào bản thân hệmã chứ không phụ thuộc vào đặc tính của thiết bị triển triển khai nó (tốc độ máy tính,máy mã...). Độ an toàn của hệ mã đặc trưng cho khả năng của hệ mã chống lại sự thám mã; nóđược đo bằng số lượng phép tính đơn giản cần thực hiện để thám hệ mã đó trong điềukiện sử dụng thuật toán (phương pháp) thám mã tốt nhất. Cần phải nói thêm rằng cóthể xây dựng những hệ mật với độ an tòan bằng tuyệt đối (tức là không thể thám đượcvề mặt lý thuyết). Tuy nhiên các hệ mật này không thuận tiện cho việc s ử dụng, đòihỏi chi phí cao. Vì thế, trên thực tế, người ta sử dụng những hệ mật có giới hạn đốivới độ an tòan. Do đó bất kỳ hệ mật nào cũng có thể bị thám trong thời gian nào đó. Khả năng chống nhiễu của mã là khả năng chống lại sự phát tán lỗi trong bản tinsau khi giải mã, nếu trước đó xảy ra lỗi với bản mã trong quá trình bản mã được truyềntừ người gửi đến người nhận. Có 3 loại lỗi là: thay thế, thêm vào và xóa bit. Hiệu ứng thác lũ – tính chất phân bố ảnh hưởng của một bit đầu vào trên tập bitđầu ra. Khi thiết kế một hệ mật chúng ta rất chú trọng đến tính chất này. Hệ mật an toàn tuyệt đối (trên lý thuyết là không thể thám được) là hệ mật mà trongđó việc chặn bắt (thu thập) một số lượng bất kỳ các bản mã không khiến cho việcthám mã trở nên dễ dàng hơn. Ta sẽ giải thích định nghĩa này trên ngôn ngữ toán xácsuất. Giả sử A và B đối địch nhau và B muốn thám hệ mật của A. Đối với B, tại mộtthời điểm nào đó, xác suất A gửi đi bản tin Xi là P(Xi). Nếu B chặn bắt được một bảnmã Yj của A (không biết có phải là bản mã từ bản tin Xi hay không) thì đối với B, xácsuất A gửi bản tin Xi là P(Xi/Yj) - xác suất có điều kiện của bản tin Xi khi biết bản mãYj. Hệ mật được coi là an tòan tuyệt đối nế ...