Đồ án: Nghiên Cứu An Toàn Thông Tin Giai Đoạn Đăng Ký Bỏ Phiếu Điện Tử

Đồ án nghiên cứu về an toàn thông tin trong đăng kí bỏ phiếu điện tử. Tìm hiểu các bài toán bảo mật và giải pháp đảm bảo tính toàn vẹn, xác thực.

Chuyên ngành

Công Nghệ Thông Tin

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

khóa luận tốt nghiệp
74
2
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT

1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM TOÁN HỌC

1.1.1. Số nguyên tố và nguyên tố cùng nhau

1.1.2. Không gian Zn và Zn*

1.1.3. Khái niệm nhóm, nhóm con, nhóm Cyclic

1.1.4. Phần tử nghịch đảo

1.1.5. Độ phức tạp của thuật toán

1.1.6. Hàm một phía và hàm cửa sập một phía

1.1.7. Hệ mã hóa khóa đối xứng

1.1.8. Hệ mã hóa khóa bất đối xứng

2. KHÁI NIỆM CHỮ KÝ SỐ

2.1. Một số loại chữ ký số

3. VẤN ĐỀ VỀ AN TOÀN THÔNG TIN

3.1. Bảo đảm bí mật (Bảo mật)

3.2. Bảo đảm toàn vẹn (Bảo toàn)

3.3. Bảo đảm xác thực (Chứng thực)

3.4. Bảo đảm sẵn sàng

4. VẤN ĐỀ BỎ PHIẾU ĐIỆN TỬ

4.1. Khái niệm bỏ phiếu điện tử

4.2. So sánh bỏ phiếu điện tử và bỏ phiếu thông thƣờng

4.3. Các giai đoạn bỏ phiếu điện tử

5. GIẢI QUYẾT MỘT SỐ BÀI TOÁN TRONG GIAI ĐOẠN ĐĂNG KÝ BỎ PHIẾU ĐIỆN TỬ

5.1. MỘT SỐ BÀI TOÁN TRONG GIAI ĐOẠN ĐĂNG KÝ BỎ PHIẾU

5.1.1. Bài toán xác thực cử tri bỏ phiếu

5.1.2. Bài toán ẩn danh lá phiếu

5.1.3. Bài toán phòng tránh sự liên kết của nhân viên Ban bầu cử và Cử tri

5.2. GIẢI QUYẾT CÁC BÀI TOÁN TRÊN

5.2.1. Bài toán xác thực cử tri bỏ phiếu

5.2.2. Bài toán ẩn danh lá phiếu

5.2.3. Bài toán phòng tránh sự liên kết của nhân viên Ban bầu cử và Cử tri

6. THỬ NGHIỆM XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐĂNG KÝ BỎ PHIẾU

6.1. PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG

6.1.1. Bảng phân tích

6.1.2. Biểu đồ ngữ cảnh

6.1.3. Biểu đồ phân rã chức năng

6.1.4. Các hồ sơ sử dụng

6.1.5. Ma trận thực thể chức năng

6.1.6. Biểu đồ luồng dữ liệu mức 0

6.1.7. Biểu đồ dữ liệu logic mức 1

6.1.8. Mô hình quan hệ thực thể

6.1.9. Mô hình quan hệ

4. Chương 4: THỬ NGHIỆM XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH ĐĂNG KÝ BỎ PHIẾU (RSA)

4.1. CẤU HÌNH HỆ THỐNG

4.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA CHƢƠNG TRÌNH

4.2.1. Phần kết nối

4.2.2. Phần giao diện

4.2.3. Phần thuật toán áp dụng

4.3. CHƢƠNG TRÌNH

4.3.1. Chức năng khách

4.3.2. Chức năng ngƣời sử dụng

4.4. HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH

4.4.1. Hƣớng dẫn cài đặt chƣơng trình

4.4.2. Hƣớng dẫn chạy chƣơng trình

4.4.3. Hƣớng dẫn chức năng khách

4.4.3.1. Hướng dẫn quá trình làm mù
4.4.3.2. Hướng dẫn quá trình đăng ký
4.4.3.3. Hướng dẫn quá trình xóa mù
4.4.3.4. Hướng dẫn quá trình kiểm tra chữ ký

4.4.4. Hƣớng dẫn chức năng ngƣời sử dụng

4.4.4.1. Hướng dẫn quá trình xác nhận ký
4.4.4.2. Hướng dẫn quá trình chia sẻ khóa
4.4.4.3. Hướng dẫn quá trình thiết lập khóa

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI CẢM ƠN

Tóm tắt

I. Bỏ Phiếu Điện Tử Tổng Quan Ưu Điểm Vượt Trội Hiện Nay

Bỏ phiếu điện tử (Electronic Voting) đang dần thay thế phương thức bỏ phiếu truyền thống nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin. Hình thức này mang lại nhiều ưu điểm như tiết kiệm thời gian, chi phí, và tăng tính tiện lợi cho cử tri. Bỏ phiếu điện tử cho phép cử tri thực hiện quyền bầu cử từ xa thông qua các thiết bị điện tử như máy tính cá nhân hoặc điện thoại di động. Điều này đặc biệt hữu ích trong bối cảnh xã hội hiện đại, khi mọi người có thể làm việc và sinh sống ở nhiều địa điểm khác nhau. Bỏ phiếu điện tử không chỉ đơn thuần là việc chuyển đổi phương thức bỏ phiếu từ giấy sang điện tử mà còn bao gồm cả việc ứng dụng các kỹ thuật bảo mật, mã hóa, và xác thực để đảm bảo tính toàn vẹn, xác thựcbí mật của quá trình bầu cử. Theo tài liệu, bỏ phiếu điện tử phải đảm bảo các yêu cầu: “bí mật”, “toàn vẹn” và “xác thực” của lá phiếu; mỗi cử tri chỉ được bỏ phiếu một lần, mọi người đều có thể kiểm tra tính đúng đắn của cuộc bỏ phiếu, cử tri không thể chỉ ra mình đã bỏ phiếu cho ai… Yêu cầu bí mật của lá phiếu: ngoài cử tri, chỉ có ban kiểm phiếu mới được biết nội dung lá phiếu, nhưng họ lại không thể biết ai là chủ nhân của nó. Yêu cầu toàn vẹn của lá phiếu: trên đường truyền tin, nội dung lá phiếu không thể bị thay đổi, tất cả các lá phiếu đều được chuyển tới hòm phiếu an toàn, đúng thời gian, chúng được kiểm phiếu đầy đủ. Yêu cầu xác thực của lá phiếu: lá phiếu gửi tới hòm phiếu phải hợp lệ, đúng là của người có quyền bỏ phiếu, cử tri có thể nhận ra lá phiếu của họ. Việc triển khai bỏ phiếu điện tử là một bước tiến quan trọng trong việc xây dựng chính phủ điện tử, giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của nhà nước và tạo điều kiện thuận lợi cho người dân tham gia vào các hoạt động chính trị.

1.1. Lợi Ích Kinh Tế và Tiết Kiệm Chi Phí cho Bầu Cử

Bỏ phiếu điện tử giúp giảm thiểu đáng kể chi phí liên quan đến in ấn, vận chuyển, và bảo quản phiếu bầu. Ngoài ra, việc kiểm phiếu điện tử cũng nhanh chóng và chính xác hơn so với kiểm phiếu thủ công, giúp tiết kiệm thời gian và nhân lực. Theo các nghiên cứu, việc ứng dụng bỏ phiếu điện tử có thể giúp giảm chi phí bầu cử từ 30% đến 50%. Bên cạnh đó, việc giảm thiểu sử dụng giấy cũng góp phần bảo vệ môi trường và giảm lượng rác thải phát sinh từ các cuộc bầu cử.

1.2. Tăng Cường Tính Tiện Lợi và Khả Năng Tiếp Cận cho Cử Tri

Bỏ phiếu điện tử cho phép cử tri thực hiện quyền bầu cử từ bất kỳ đâu có kết nối internet, giúp tăng cường tính tiện lợi và khả năng tiếp cận cho những người không thể đến trực tiếp điểm bỏ phiếu, như người khuyết tật, người già, hoặc người sống ở vùng sâu vùng xa. Điều này giúp tăng tỷ lệ cử tri tham gia bầu cử và đảm bảo quyền lợi chính trị của mọi công dân. Bỏ phiếu điện tử cũng cung cấp nhiều lựa chọn ngôn ngữ và hỗ trợ kỹ thuật, giúp cử tri dễ dàng thực hiện quyền bầu cử của mình.

1.3. Nâng Cao Tính Minh Bạch và Giảm Thiểu Sai Sót Trong Bầu Cử

Bỏ phiếu điện tử sử dụng các kỹ thuật mã hóa và xác thực để đảm bảo tính minh bạch và giảm thiểu sai sót trong quá trình bầu cử. Mọi hoạt động liên quan đến bỏ phiếu đều được ghi lại và kiểm tra, giúp ngăn chặn gian lận và đảm bảo kết quả bầu cử chính xác. Bỏ phiếu điện tử cũng cho phép cử tri kiểm tra lại phiếu bầu của mình, giúp tăng cường sự tin tưởng vào hệ thống bầu cử.

II. Thách Thức An Toàn Bỏ Phiếu Điện Tử Rủi Ro Giải Pháp

Mặc dù mang lại nhiều ưu điểm, bỏ phiếu điện tử cũng đối mặt với nhiều thách thức về an toàn thông tin. Các rủi ro tiềm ẩn bao gồm tấn công mạng, gian lận, và xâm phạm quyền riêng tư của cử tri. Để đảm bảo tính an toàn của bỏ phiếu điện tử, cần có các giải pháp bảo mật toàn diện, bao gồm mã hóa dữ liệu, xác thực cử tri, và giám sát hệ thống. An toàn thông tin trong bỏ phiếu điện tử bao gồm nhiều khía cạnh, từ việc bảo vệ dữ liệu cá nhân của cử tri đến việc đảm bảo tính toàn vẹn của phiếu bầu và kết quả bầu cử. Theo tài liệu, thông tin quan trọng có thể bị trộm cắp, bị làm sai lệch, bị giả mạo. Do đó, cần có các biện pháp bảo vệ bí mật, toàn vẹn, xác thựcsẵn sàng của hệ thống. Việc xây dựng một hệ thống bỏ phiếu điện tử an toàn đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các chuyên gia bảo mật, nhà phát triển phần mềm, và các cơ quan quản lý bầu cử. Cần có các tiêu chuẩn và quy định rõ ràng về an toàn thông tin, cũng như các biện pháp kiểm tra và đánh giá định kỳ để đảm bảo tính an toàn của hệ thống.

2.1. Nguy Cơ Tấn Công Mạng và Xâm Nhập Hệ Thống Bầu Cử

Hệ thống bỏ phiếu điện tử có thể trở thành mục tiêu của các cuộc tấn công mạng, như tấn công từ chối dịch vụ (DoS), tấn công xen giữa (Man-in-the-Middle), hoặc tấn công bằng mã độc. Các cuộc tấn công này có thể làm gián đoạn quá trình bầu cử, thay đổi phiếu bầu, hoặc đánh cắp thông tin cá nhân của cử tri. Để phòng ngừa các cuộc tấn công này, cần có các biện pháp bảo mật mạnh mẽ, như tường lửa, hệ thống phát hiện xâm nhập, và phần mềm diệt virus.

2.2. Rủi Ro Gian Lận và Thay Đổi Phiếu Bầu Bất Hợp Pháp

Gian lận là một trong những rủi ro lớn nhất đối với bỏ phiếu điện tử. Kẻ gian có thể tìm cách thay đổi phiếu bầu, tạo phiếu bầu giả, hoặc xóa phiếu bầu hợp lệ. Để ngăn chặn gian lận, cần có các biện pháp xác thực cử tri mạnh mẽ, như sử dụng chứng minh thư điện tử, chữ ký số, hoặc xác thực đa yếu tố. Ngoài ra, cần có các hệ thống kiểm tra và giám sát để phát hiện các hành vi gian lận.

2.3. Vấn Đề Bảo Vệ Quyền Riêng Tư và Dữ Liệu Cá Nhân Của Cử Tri

Hệ thống bỏ phiếu điện tử thu thập và lưu trữ nhiều thông tin cá nhân của cử tri, như tên, địa chỉ, và thông tin bầu cử. Nếu không được bảo vệ đúng cách, thông tin này có thể bị lộ hoặc sử dụng sai mục đích. Để bảo vệ quyền riêng tư của cử tri, cần có các biện pháp mã hóa dữ liệu, kiểm soát truy cập, và tuân thủ các quy định về bảo vệ dữ liệu cá nhân.

III. Giải Pháp Xác Thực Mã Hóa An Toàn Trong Bỏ Phiếu Điện Tử

Để đối phó với các thách thức về an toàn, bỏ phiếu điện tử cần áp dụng các giải pháp xác thực và mã hóa an toàn. Xác thực cử tri giúp đảm bảo rằng chỉ những người có quyền mới được tham gia bỏ phiếu, trong khi mã hóa dữ liệu giúp bảo vệ thông tin cá nhân của cử tri và tính toàn vẹn của phiếu bầu. Các giải pháp xác thực và mã hóa cần được thiết kế và triển khai một cách cẩn thận để đảm bảo hiệu quả và tính bảo mật. Các giải pháp này cần phải tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định về an toàn thông tin, cũng như được kiểm tra và đánh giá định kỳ để phát hiện và khắc phục các lỗ hổng bảo mật. Theo tài liệu, việc sử dụng các kỹ thuật chứng minh thư điện tử, mã hóa, hàm băm, chữ ký số là cần thiết để đảm bảo xác thực cử tri. Việc áp dụng chữ ký mù cũng giúp đảm bảo ẩn danh lá phiếu.

3.1. Chứng Thực Điện Tử và Chữ Ký Số Nền Tảng Xác Thực Cử Tri

Chứng thực điện tử và chữ ký số là các công cụ mạnh mẽ để xác thực cử tri trong bỏ phiếu điện tử. Chứng thực điện tử giúp xác định danh tính của cử tri, trong khi chữ ký số giúp đảm bảo tính toàn vẹn của phiếu bầu. Việc sử dụng chứng thực điện tử và chữ ký số đòi hỏi cử tri phải có thiết bị lưu trữ khóa bí mật an toàn, như USB token hoặc thẻ thông minh. Ngoài ra, cần có các cơ quan chứng thực (CA) để cấp và quản lý chứng thư số cho cử tri.

3.2. Mã Hóa Đầu Cuối End to End Encryption Bảo Vệ Phiếu Bầu

Mã hóa đầu cuối (End-to-End Encryption) là một giải pháp bảo mật mạnh mẽ để bảo vệ phiếu bầu trong bỏ phiếu điện tử. Với mã hóa đầu cuối, phiếu bầu được mã hóa ngay từ khi cử tri bỏ phiếu và chỉ được giải mã khi đến tay ban kiểm phiếu. Điều này giúp ngăn chặn các cuộc tấn công xen giữa và đảm bảo tính bí mật của phiếu bầu. Việc triển khai mã hóa đầu cuối đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các bên liên quan, bao gồm cử tri, ban đăng ký, và ban kiểm phiếu.

3.3. Ứng Dụng Blockchain Tăng Cường Tính Minh Bạch và Bất Biến

Blockchain là một công nghệ sổ cái phân tán có thể được sử dụng để tăng cường tính minh bạch và bất biến của bỏ phiếu điện tử. Với blockchain, mọi giao dịch liên quan đến bỏ phiếu đều được ghi lại và lưu trữ trên một chuỗi khối, giúp ngăn chặn gian lận và đảm bảo tính toàn vẹn của kết quả bầu cử. Blockchain cũng cho phép cử tri kiểm tra lại phiếu bầu của mình và xác minh rằng phiếu bầu đã được ghi lại đúng cách. Tuy nhiên, việc triển khai blockchain trong bỏ phiếu điện tử đòi hỏi sự đầu tư lớn về công nghệ và hạ tầng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Nghiên Cứu về Bỏ Phiếu Điện Tử An Toàn

Nhiều quốc gia và tổ chức trên thế giới đã triển khai các dự án bỏ phiếu điện tử, với nhiều kết quả khác nhau. Các dự án này cung cấp những bài học kinh nghiệm quý giá về việc thiết kế, triển khai, và quản lý hệ thống bỏ phiếu điện tử an toàn. Nghiên cứu về bỏ phiếu điện tử an toàn cũng đang được tiến hành rộng rãi, với nhiều kết quả mới về các giải pháp bảo mật, xác thực, và mã hóa. Các nghiên cứu này giúp nâng cao hiểu biết về các rủi ro và thách thức trong bỏ phiếu điện tử, cũng như cung cấp các công cụ và kỹ thuật để xây dựng hệ thống bỏ phiếu điện tử an toàn hơn. Theo tài liệu, khóa luận đi sâu về các bài toán về an toàn thông tin trong một cuộc bỏ phiếu điện tử, đặc biệt là trong giai đoạn đăng ký bỏ phiếu. Sau đó phân tích thiết kế thử nghiệm một ứng dụng nhỏ về bỏ phiếu điện tử.

4.1. Kinh Nghiệm Triển Khai Bỏ Phiếu Điện Tử ở Estonia và Thụy Sĩ

Estonia và Thụy Sĩ là hai quốc gia tiên phong trong việc triển khai bỏ phiếu điện tử. Estonia đã triển khai hệ thống bỏ phiếu điện tử trên toàn quốc từ năm 2005, trong khi Thụy Sĩ đã thử nghiệm bỏ phiếu điện tử ở một số bang từ năm 2003. Kinh nghiệm của hai quốc gia này cho thấy rằng bỏ phiếu điện tử có thể tăng tỷ lệ cử tri tham gia bầu cử và cải thiện hiệu quả của quá trình bầu cử. Tuy nhiên, cả hai quốc gia cũng đã đối mặt với nhiều thách thức về an toàn thông tin và quyền riêng tư.

4.2. Các Nghiên Cứu Mới Nhất về An Toàn Bỏ Phiếu Điện Tử

Các nghiên cứu mới nhất về an toàn bỏ phiếu điện tử tập trung vào việc phát triển các giải pháp bảo mật mạnh mẽ hơn, như mã hóa lượng tử, chữ ký mù, và blockchain. Các nghiên cứu này cũng tập trung vào việc đánh giá các rủi ro và thách thức trong bỏ phiếu điện tử, cũng như phát triển các phương pháp kiểm tra và đánh giá hệ thống. Một số nghiên cứu cũng tập trung vào việc cải thiện trải nghiệm người dùng của hệ thống bỏ phiếu điện tử, để đảm bảo rằng mọi cử tri đều có thể dễ dàng thực hiện quyền bầu cử của mình.

4.3. Thử Nghiệm Xây Dựng Hệ Thống Đăng Ký Bỏ Phiếu Điện Tử RSA

Dựa theo tài liệu gốc, chương này mô tả thử nghiệm xây dựng chương trình đăng ký bỏ phiếu (RSA). Mô tả cấu hình hệ thống, các thành phần của chương trình (phần kết nối, giao diện, thuật toán áp dụng), chức năng khách, chức năng người sử dụng, và hướng dẫn sử dụng chương trình (cài đặt, chạy, chức năng khách và người dùng).

V. Tương Lai An Toàn Bỏ Phiếu Điện Tử Xu Hướng Phát Triển

Bỏ phiếu điện tử đang tiếp tục phát triển và hoàn thiện, với nhiều xu hướng mới và tiềm năng. Các xu hướng này bao gồm việc sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để phát hiện gian lận, sử dụng blockchain để tăng cường tính minh bạch, và sử dụng các thiết bị di động để tăng cường tính tiện lợi. Tương lai của bỏ phiếu điện tử phụ thuộc vào việc giải quyết các thách thức về an toàn thông tin và quyền riêng tư, cũng như việc tạo ra một hệ thống bầu cử công bằng và minh bạch. Theo tài liệu, nắm bắt được tầm quan trọng và tính tất yếu của bỏ phiếu điện tử, các nước, các tổ chức đã và đang xây dựng giải pháp cho bỏ phiếu điện tử.

5.1. Trí Tuệ Nhân Tạo AI Phát Hiện Gian Lận và Ngăn Chặn Tấn Công

Trí tuệ nhân tạo (AI) có thể được sử dụng để phát hiện các hành vi gian lận và ngăn chặn các cuộc tấn công mạng trong bỏ phiếu điện tử. AI có thể phân tích dữ liệu bầu cử để phát hiện các mẫu bất thường, như số lượng phiếu bầu tăng đột biến hoặc các địa chỉ IP đáng ngờ. AI cũng có thể được sử dụng để phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công mạng, như tấn công từ chối dịch vụ (DoS) hoặc tấn công bằng mã độc.

5.2. Bỏ Phiếu Điện Tử Trên Thiết Bị Di Động Tiện Lợi và Bảo Mật

Bỏ phiếu điện tử trên thiết bị di động có thể tăng cường tính tiện lợi và khả năng tiếp cận cho cử tri. Tuy nhiên, cũng đặt ra nhiều thách thức về an toàn thông tin, như bảo vệ thiết bị khỏi mã độc và ngăn chặn truy cập trái phép. Để đảm bảo an toàn cho bỏ phiếu điện tử trên thiết bị di động, cần có các biện pháp bảo mật mạnh mẽ, như xác thực đa yếu tố, mã hóa dữ liệu, và kiểm soát truy cập.

5.3. Tiêu Chuẩn Hóa và Quy Định Cho Bỏ Phiếu Điện Tử An Toàn

Để đảm bảo tính an toàn và tin cậy của bỏ phiếu điện tử, cần có các tiêu chuẩn và quy định rõ ràng về an toàn thông tin, quyền riêng tư, và tính minh bạch. Các tiêu chuẩn và quy định này cần phải được tuân thủ bởi tất cả các bên liên quan, bao gồm nhà phát triển phần mềm, cơ quan quản lý bầu cử, và cử tri. Việc tiêu chuẩn hóa và quy định hóa bỏ phiếu điện tử sẽ giúp tăng cường sự tin tưởng vào hệ thống bầu cử và đảm bảo rằng mọi công dân đều có thể thực hiện quyền bầu cử của mình một cách an toàn và công bằng.

22/09/2025
Đồ án nghiên cứu một số bài toán an toàn thông tin trong giai đoạn đăng kí bỏ phiếu điện tử

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Trong suốt nhiều thế kỉ qua trên thế giới, các cuộc bầu cử đã giữ một vai trò quan trọng trong việc xác lập thể chế chính trị của các quốc gia. Và trong xu hƣớng phát triển của khoa học công nghệ ngày nay, công nghệ thông tin đã ngày càng phổ biến và đƣợc áp dụng trong mọi lĩnh vực đời sống. Các cuộc bầu cử cũng không phải là ngoại lệ. Ngƣời ta đã bỏ rất nhiều công sức để nghiên cứu cải tiến các phƣơng thức bầu cử để nó ngày càng trở nên tốt và tiện lợi hơn.

Các phƣơng thức thay đổi theo từng thời kỳ, theo sự tiến bộ của xã hội. Và với sự tiến bộ của xã hội ngày nay thì các dự án chính phủ điện tử để giúp nhà nƣớc điều hành đất nƣớc là một điều tất yếu, kèm theo đó thì sự phát triển của bỏ phiếu điện tử để thay thế cho bỏ phiếu thông thƣờng là điều sẽ diễn ra trong tƣơng lai. Nắm đƣợc tầm quan trọng và tính tất yếu của bỏ phiếu điện tử, các nƣớc, các tổ chức đã và đang xây dựng giải pháp cho bỏ phiếu điện tử. Khóa luận sẽ đi sâu về các bài toán về an toàn thông tin trong một cuộc bỏ phiếu điện tử, đặc biệt là trong giai đoạn đăng ký bỏ phiếu.

Sau đó phân tích thiết kế thử nghiệm một ứng dụng nhỏ về bỏ phiếu điện tử. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM TOÁN HỌC 1. Số nguyên tố và nguyên tố cùng nhau 1/.

+ Số nguyên tố là số chỉ chia hết cho 1 và chính nó. + Hai số nguyên tố m và n đƣợc gọi là nguyên tố cùng nhau nếu ƣớc số chung lớn nhất của chúng bằng 1. Số nguyên tố thƣờng đƣợc sử dụng trong các hệ mã hóa (thƣờng là các số lớn hơn 10150). là các số nguyên tố.

+ Hai số 9 và 14 là nguyên tố cùng nhau. Cho các số nguyên a, b, n (n > 0), khi đó a đƣợc gọi là đồng dƣ với b theo modulo n, nếu chia a và b cho n có cùng một số dƣ. Số nguyên n đƣợc gọi là modulo của đồng dƣ. Ví dụ: 5 ≡ 7 mod 2 vì 5 mod 2 = 7 mod 2 = 1.

Tính chất của đồng dƣ: Cho a, a1, b, b1, c Z. Ta có các tính chất sau: + a ≡ b mod n nếu chỉ nếu a và b có cùng số dƣ khi chia cho n. + Tính phản xạ: a ≡ a mod n. + Tính đối xứng: Nếu a ≡ b mod n thì b ≡ a mod n.

+ Tính giao hoán: Nếu a ≡ b mod n và b ≡ c mod n thì a ≡ c mod n. + Nếu a ≡ a1 mod n, b ≡ b1 mod n thì a + b ≡ a1 + b1 mod n và ab ≡ a1b1 mod n. Không gian Zn và Zn* 1/. Không gian các số nguyên theo modulo n: Z là tập hợp các số nguyên không âm nhỏ hơn n.

Tức là : Zn = {0, 1, 2,. Tất cả các phép toán trong Zn đều đƣợc thực hiện trong modulo n. Không gian Zn* là tập hợp các số nguyên p thuộc Zn sao cho ƣớc chung lớn nhất của p và n là 1. Tức là Zn* = {p thuộc Zn | UCLN(n, p) = 1} 2/.

Khái niệm nhóm, nhóm con, nhóm Cyclic 1/. a) Nhóm là bộ các phần tử (G, *) thỏa mãn các tính chất sau: + Tính chất kết hợp: ( x * y ) * z = x * ( y * z ) + Tính chất tồn tại phần tử trung gian e G: e * x = x * e = x, x G + Tính chất tồn tại phần tử nghịch đảo x’ G: x’ * x = x * x’ = e b) Nhóm con của G là tập S G, S , và thỏa mãn các tính chất sau: + Phần tử trung lập e của G nằm trong S. + S khép kín đối với phép tính (*) trong, tức là x * y S với mọi x, y S. + S khép kín đối với phép lấy nghịch đảo trong G, tức x-1 S với mọi x S.

c) Nhóm cyclic: (G, *) là nhóm đƣợc sinh ra bởi một trong các phần tử của nó. Tức là có phần tử g G mà với mỗi a G, đều tồn tại số n N để gn = a. Khi đó g là phần tử sinh hay phần tử nguyên thủy của nhóm G. Ví dụ: (Z+, *) gồm các số nguyên dƣơng là một nhóm cyclic có phần tử sinh là 1.

Khái niệm: Cho n ≥ 1. (n) đƣợc định nghĩa là các số nguyên trong khoảng [1, n] nguyên tố cùng nhau với n. Hàm đƣợc gọi là phi Euler. Tính chất: + Nếu p là số nguyên tố thì (n) = p - 1.

+ Hàm phi Euler là hàm có tính nhân: + Nếu UCLN(m, n) = 1 thì (mn) = (m) (n) + Nếu n = là thừa số nguyên tố của m thì (n) = [1. Phần tử nghịch đảo 1/. Nếu tồn tại b Zn sao cho a b 1 (mod n), ta nói b là phần tử nghịch đảo của a trong Zn và ký hiệu a-1. Một phần tử có phần tử nghịch đảo, gọi là khả nghịch.

Tính chất: + Cho a, b Zn. Phép chia của a cho b theo modulo n là tích của a và b-1 theo modulo n và chỉ đƣợc xác định khi b khả nghịch theo modulo n. + Cho a Zn, a khả nghịch khi và chỉ khi UCLN(a, n) = 1. + Giả sử d = UCLN (a, n).

Phƣơng trình đồng dƣ ax b mod n có nghiệm x nếu và chỉ nếu d chia hết cho b, trong trƣờng hợp các nghiệm d nằm trong khoảng [0, n-1] thì các nghiệm đồng dƣ theo modulo. Các phép tính cơ bản trong không gian modulo Cho n là số nguyên dƣơng. Các phần tử trong Zn đƣợc thể hiện bởi các số nguyên {0, 1, 2,. Nếu a, b Zn thì: (a + b) mod n = Vì vậy, phép cộng modulo (và phép trừ modulo) có thể đƣợc thực hiện mà không cần thực hiện các phép chia dài.

Phép nhân modulo của a và b đƣợc thực hiện bằng phép nhân thông thƣờng a với b nhƣ các số nguyên bình thƣờng, sau đó lấy phần dƣ của kết quả sau khi chia cho n. Độ phức tạp của thuật toán 1/. Chi phí của thuật toán. Chi phí phải trả cho một quá trình tính toán gồm chi phí thời gian và bộ nhớ.

+ Chi phí thời gian của một quá trình tính toán là thời gian cần thiết để thực hiện một quá trình tính toán. + Chi phí bộ nhớ của một quá trình tính toán là số ô nhớ cần thiết để thực hiện một quá trình tính toán. Gọi A là một thuật toán, e là dữ liệu vào của bài toán đã đƣợc mã hóa. Thuật toán A tính trên dữ liệu vào e phải trả một giá nhất định.

Ký hiệu: tA(e) là giá thời gian và lA(e) là giá bộ nhớ. Độ phức tạp về bộ nhớ: tA(n) = max { lA(e), với |e| n}, n là “kích thƣớc” đầu vào của thuật toán. Độ phức tạp về thời gian: lA(n) = max { tA(e), với |e| n}. Độ phức tạp tiệm cận: Độ phức tạp PT(n) đƣợc gọi là tiệm cận tới hàm f(n), ký hiệu O(f(n)) nếu tồn tại các số n0 , c mà PT(n) c.

Độ phức tạp đa thức: Độ phức tạp PT(n) đƣợc gọi là đa thức, nếu nó tiệm cận tới đa thức p(n). Thuật toán đa thức: Thuật toán đƣợc gọi là đa thức, nếu độ phức tạp về thời gian là đa thức. Hàm một phía và hàm cửa sập một phía 1/. Hàm một phía.

Hàm f(x) đƣợc gọi là hàm một phía nếu tính xuôi y = f(x) thì dễ, nhƣng tính ngƣợc x = f-1(y) lại rất khó. Trong trƣờng hợp này “khó” có nghĩa là để tỉnh ra đƣợc kết quả thì phải mất rất nhiều thời gian để tính toán. Hàm một phía y = f(x) = gx (mod p) với p là số nguyên tố lớn (g là phần tử nguyên thủy mod p). Hàm cửa sập một phía a/.

Hàm f(x) đƣợc gọi là hàm cửa sập một phía nếu tính “xuôi” y = f(x) thì “dễ”, tính x = f-1 (y) lại rất “khó”. Tuy nhiên có cửa sập Z để tính x = f-1 (y) là dễ. Nếu chỉ biết a và n thì tính x = f-1 (y) là rất khó, nhƣng nếu biết cửa sập p và q, thì tính đƣợc f-1 (y) là “dễ”. Giới thiệu Để đảm bảo an toàn thông tin lƣu trữ trong máy tính hay bảo đảm thông tin trên đƣờng truyền tin, ngƣời ta phải “che giấu” các thông tin này.

+ “Che” thông tin hay “mã hóa” thông tin là thay đổi hình dạng thông tin gốc, và ngƣời khác “khó” nhận ra. + “Giấu” thông tin là cất giấu thông tin trong bản tin khác, và ngƣời khác cũng khó nhận ra. Trong chƣơng này chúng ta sẽ bàn về “mã hóa” thông tin. Hệ mã hóa đƣợc định nghĩa là bộ năm (P, C, K, E, D), trong đó: + P là tập hữu hạn các bản rõ có thể.

+ C là tập hữu hạn các bản mã có thể. + K là tập hữu hạn các khóa có thể. + E là hàm lập mã. + D là tập các hàm giải mã.

Với khóa lập mã ke K, có hàm lập mã eke E, eke: P C. Với khóa giải mã kd K, có hàm giải mã dkd D, dkd: C P. Sao cho dkd(eke(x)) = x, x P. Ở đây x đƣợc gọi là bản rõ, eke(x) đƣợc gọi là bản mã.

Hiện có 2 loại hệ mã hóa chính: hệ mã hóa khóa đối xứng và mã hóa khóa bất đối xứng. Hệ mã hóa khóa đối xứng 1/. Hệ mã hóa khóa đối xứng là hệ mã hóa có khóa lập mã và khóa giải mã là “giống nhau”, theo nghĩa biết đƣợc khóa này thì “dễ” tính đƣợc khóa kia. Vì vậy phải giữ bí mật cả hai khóa.

Đặc biệt có một số hệ mã hóa có khóa lập mã và khóa giải mã trùng nhau (ke = kd), nhƣ hệ mã hóa “dịch chuyển” hay DES. Ƣu điểm: + Hệ mã hóa khóa đối xứng mã hóa và giải mã nhanh hơn hệ mã hóa khóa bất đối xứng. Hạn chế: + Hệ mã hóa khóa đối xứng chƣa thật an toàn với lý do sau: Khóa phải đƣợc giữ bí mật tuyệt đối vì biết đƣợc khóa này dễ tính đƣợc khóa kia và ngƣợc lại. + Vấn đề thỏa thuận khóa và quản lý khóa chung là khó khăn và phức tạp.

Ngƣời gửi và ngƣời nhận phải luôn thống nhất về khóa. Việc thay đổi khóa là rất khó và dễ bị lộ. Khóa chung phải đƣợc gửi cho nhau trên kênh an toàn.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ