Chữ Ký Số và Ứng Dụng Xác Thực Thông Tin Trong Các Dịch Vụ Internet Banking

Khám phá luận văn thạc sĩ về chữ ký số và ứng dụng xác thực thông tin trong dịch vụ internet banking, nâng cao bảo mật và tiện ích.

• Tác giả: Ngô Ngọc Cương
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Trung Tuấn
• Trường học: Trường Đại học CNTT & TT Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa Học Máy Tính
• Đề tài: Chữ Ký Số và Ứng Dụng Xác Thực Thông Tin Trong Các Dịch Vụ Internet Banking
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: AN TOÀN THÔNG TIN VÀ CHỮ KÍ SỐ
• 1.1. Về mã hóa dữ liệu
• 1.2. Khái niệm mã hóa thông tin
• 1.3. Hệ thống mã hóa thông tin
• 1.4. Tính bí mật (Confidentiality)
• 1.5. Tính xác thực (Authentication)
• 1.6. Tính toàn vẹn (Integrity)
• 1.7. Tính không thể chối bỏ (Non-repudation)
• 1.8. Phân loại thuật toán mã hóa
• 1.9. Mã hóa khóa bí mật
• 1.10. Các thuật toán mã hóa khóa bí mật
• 1.11. Quá trình mã hóa và giải mã thuật toán DES
• 1.12. Mã hóa khóa công khai
• 1.13. Các thuật toán mã hóa khóa công khai
• 2. CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP XÁC THỰC THÔNG TIN TRONG INTERNET BANKING
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC GIAO DỊCH THƯỜNG XUYÊN TẠI NGÂN HÀNG BƯU ĐIỆN LIÊN VIỆT
• MỞ ĐẦU
• KẾT LUẬN
• DANH SÁCH TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Chữ Ký Số và Internet Banking

Chữ ký số là một công nghệ quan trọng trong việc xác thực thông tin trong dịch vụ Internet Banking. Nó cho phép người dùng thực hiện các giao dịch trực tuyến một cách an toàn và bảo mật. Internet Banking đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày, giúp người dùng dễ dàng quản lý tài chính mà không cần đến ngân hàng. Việc áp dụng chữ ký số trong Internet Banking không chỉ nâng cao tính bảo mật mà còn tạo ra sự tin tưởng cho người dùng.

1.1. Khái niệm về Chữ Ký Số

Chữ ký số là một dạng chữ ký điện tử được tạo ra bằng cách sử dụng các thuật toán mã hóa. Nó đảm bảo tính toàn vẹn và xác thực của thông tin trong các giao dịch trực tuyến.

1.2. Lợi ích của Internet Banking

Internet Banking mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm thời gian, giảm chi phí giao dịch và tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng trong việc quản lý tài chính cá nhân.

II. Vấn đề An Toàn Thông Tin trong Dịch Vụ Internet Banking

An toàn thông tin là một trong những thách thức lớn nhất trong dịch vụ Internet Banking. Các mối đe dọa từ hacker và các cuộc tấn công mạng ngày càng gia tăng, đòi hỏi các ngân hàng phải có các biện pháp bảo mật hiệu quả. Việc sử dụng chữ ký số là một trong những giải pháp quan trọng để bảo vệ thông tin người dùng và đảm bảo tính toàn vẹn của các giao dịch.

2.1. Các Mối Đe Dọa Chính

Các mối đe dọa chính bao gồm tấn công phishing, malware và các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DDoS) có thể gây ra thiệt hại lớn cho người dùng và ngân hàng.

2.2. Tầm Quan Trọng của Bảo Mật Thông Tin

Bảo mật thông tin không chỉ bảo vệ tài sản của người dùng mà còn duy trì uy tín và sự tin tưởng của ngân hàng trong mắt khách hàng.

III. Phương Pháp Xác Thực Thông Tin trong Internet Banking

Để đảm bảo an toàn thông tin trong dịch vụ Internet Banking, nhiều phương pháp xác thực đã được áp dụng. Chữ ký số là một trong những phương pháp hiệu quả nhất, giúp xác thực danh tính người dùng và đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. Các giao thức xác thực cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thông tin trong các giao dịch trực tuyến.

3.1. Chữ Ký Số và Các Giao Thức Xác Thực

Chữ ký số sử dụng các giao thức mã hóa để xác thực thông tin, đảm bảo rằng chỉ có người dùng hợp lệ mới có thể thực hiện giao dịch.

3.2. Các Kỹ Thuật Xác Thực Khác

Ngoài chữ ký số, các kỹ thuật xác thực khác như xác thực hai yếu tố (2FA) cũng được sử dụng để tăng cường bảo mật cho người dùng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Chữ Ký Số trong Internet Banking

Chữ ký số đã được áp dụng rộng rãi trong các dịch vụ Internet Banking, giúp người dùng thực hiện các giao dịch một cách an toàn và nhanh chóng. Nhiều ngân hàng đã triển khai hệ thống chữ ký số để bảo vệ thông tin khách hàng và đảm bảo tính toàn vẹn của các giao dịch. Việc thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của chữ ký số trong thực tế là rất cần thiết để nâng cao chất lượng dịch vụ.

4.1. Thực Trạng Ứng Dụng Chữ Ký Số

Nhiều ngân hàng thương mại đã áp dụng chữ ký số trong các giao dịch trực tuyến, giúp tăng cường bảo mật và giảm thiểu rủi ro.

4.2. Kết Quả Nghiên Cứu và Đánh Giá

Các nghiên cứu cho thấy việc sử dụng chữ ký số đã giảm thiểu đáng kể các vụ lừa đảo và tăng cường sự tin tưởng của khách hàng vào dịch vụ Internet Banking.

V. Kết Luận và Tương Lai của Chữ Ký Số trong Internet Banking

Chữ ký số sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thông tin và xác thực giao dịch trong dịch vụ Internet Banking. Với sự phát triển của công nghệ, các phương pháp xác thực sẽ ngày càng trở nên tinh vi và hiệu quả hơn. Ngân hàng cần tiếp tục đầu tư vào công nghệ bảo mật để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

5.1. Tương Lai của Chữ Ký Số

Chữ ký số sẽ ngày càng trở nên phổ biến và cần thiết trong các giao dịch trực tuyến, đặc biệt là trong bối cảnh công nghệ blockchain phát triển.

5.2. Đề Xuất Nghiên Cứu Tiếp Theo

Cần có thêm nhiều nghiên cứu về các phương pháp bảo mật mới và ứng dụng của chữ ký số trong các lĩnh vực khác nhau để nâng cao hiệu quả bảo mật.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh chuyển đổi số ngành ngân hàng diễn ra mạnh mẽ, các dịch vụ ngân hàng trực tuyến ghi nhận tốc độ tăng trưởng giao dịch vượt mức 30% mỗi năm. Đi cùng với sự bùng nổ này là nguy cơ gia tăng các cuộc tấn công mạng, gian lận tài chính và đánh cắp dữ liệu người dùng. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là giải quyết bài toán an toàn thông tin, bảo mật giao dịch và xác thực nguồn gốc dữ liệu trong môi trường mạng phân tán của hệ thống ngân hàng điện tử.

Mục tiêu cụ thể của công trình là nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ mã hóa dữ liệu, cơ chế chữ ký số, hạ tầng khóa công khai và các giao thức xác thực hiện đại; từ đó xây dựng giải pháp tích hợp chữ ký số vào quy trình xử lý giao dịch thực tế. Phạm vi nghiên cứu được triển khai tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Bưu điện Liên Việt (thành lập và đi vào hoạt động từ năm 2008), tập trung khảo sát trực tiếp tại Chi nhánh Bắc Ninh và hệ thống Tiết kiệm Bưu điện trong thời gian gần 6 tháng thực hiện (hoàn thành vào tháng 4 năm 2017).

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài thể hiện qua việc nâng cao 100% tính toàn vẹn dữ liệu và khả năng chống chối bỏ cho các giao dịch ngân hàng điện tử. Giải pháp giúp giảm thiểu triệt để nguy cơ mạo danh và nghe lén dữ liệu trên đường truyền, tạo nền tảng công nghệ tin cậy để ngân hàng mở rộng quy mô phục vụ khách hàng trên toàn quốc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết an toàn thông tin và mật mã học hiện đại, bám sát các quy định pháp lý của Luật Giao dịch điện tử số 51/2005/QH11 của Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam. Khung lý thuyết tập trung vào 4 thuộc tính an toàn cốt lõi: Tính bí mật (Confidentiality), Tính xác thực (Authentication), Tính toàn vẹn (Integrity) và Tính không thể chối bỏ (Non-repudiation).

Các mô hình lý thuyết và giải thuật mật mã trọng tâm bao gồm:

• Mật mã học đối xứng: Phân tích cơ chế hoạt động của thuật toán DES với khối 64-bit, độ dài khóa hiệu dụng 56-bit qua 16 vòng biến đổi, cùng các biến thể mở rộng như Triple DES và chuẩn mã hóa tiên tiến AES 128-bit.
• Mật mã học bất đối xứng: Ứng dụng giải thuật RSA với cặp khóa công khai và khóa bí mật dựa trên bài toán phân tích số nguyên tố lớn cùng hàm modulo, kết hợp các giao thức trao đổi khóa Diffie-Hellman và Elgamal.
• Hàm băm một chiều: Cơ chế sinh tiêu hóa tin của thuật toán MD5 tạo mã băm 128-bit qua 4 vòng với 64 bước tác vụ, và thuật toán SHA-1 tạo giá trị băm 160-bit xử lý trên các khối dữ liệu 512-bit qua 80 bước lặp.
• Hạ tầng khóa công khai (PKI): Cấu trúc 5 thành phần tiêu chuẩn gồm Cơ quan chứng thực số (CA) với 4 cấp độ chứng chỉ, Cơ quan đăng ký (RA), Cơ quan đăng ký địa phương (LRA), Kho lưu trữ chứng chỉ (CD) và Danh sách thu hồi chứng chỉ (CRL).
• Giao thức xác thực phân tán: Phân tích giao thức mật khẩu PAP, cơ chế bắt tay thách thức CHAP và hệ thống xác thực tập trung Kerberos phiên bản 4 và phiên bản 5 dựa trên máy chủ xác thực (AS) và máy chủ cấp thẻ (TGS).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu kỹ thuật thực tế từ hệ thống máy chủ ứng dụng Internet Banking và phần mềm quản lý Tiết kiệm Bưu điện tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Bưu điện Liên Việt.

Cỡ mẫu thử nghiệm gồm 100 giao dịch điện tử mẫu, bao gồm 3 nhóm nghiệp vụ chính: truy vấn thông tin tài khoản, thực hiện lệnh chuyển khoản thanh toán và thao tác đóng hoặc mở sổ ngày giao dịch tại bưu điện. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm thu thập toàn diện các luồng dữ liệu truyền nhận có nguy cơ phát sinh rủi ro bảo mật cao.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thực nghiệm mô phỏng kết hợp kiểm thử thuật toán là nhằm đo lường chính xác tốc độ xử lý mã hóa của cặp khóa RSA, kiểm tra khả năng phát hiện lỗi dữ liệu của hàm băm và đánh giá độ trễ thực tế của hệ thống khi tích hợp chứng chỉ số. Toàn bộ quá trình nghiên cứu, khảo sát thực tế và triển khai thử nghiệm phần mềm được thực hiện liên tục trong khoảng thời gian gần 6 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã đạt được các kết quả thực nghiệm nổi bật sau:

• Thứ nhất, về độ an toàn thuật toán: Việc kết hợp giải thuật mã hóa khóa công khai RSA với hàm băm bảo mật SHA-1 (160-bit) mang lại độ an toàn vượt trội hơn 100% so với phương pháp xác thực mật khẩu truyền thống PAP. Giao thức PAP gửi mật khẩu dạng văn bản rõ trên đường truyền, dẫn tới nguy cơ bị bắt gói tin và giải mã trái phép rất cao.
• Thứ hai, về hiệu năng xử lý hệ thống: Thử nghiệm trên 100 giao dịch mẫu cho thấy quy trình tạo chữ ký số trên máy khách chỉ mất từ 15 đến 35 mili giây, trong khi máy chủ thực hiện giải mã và xác thực chứng chỉ số mất từ 10 đến 25 mili giây. Tốc độ này đáp ứng 100% yêu cầu xử lý thời gian thực của các hệ thống ngân hàng trực tuyến quy mô lớn.
• Thứ ba, về tính toàn vẹn và chống chối bỏ: Cơ chế kiểm tra chữ ký điện tử thông qua so sánh 2 chuỗi giá trị băm đã phát hiện chính xác 100% các trường hợp dữ liệu bị thay đổi, ngay cả khi thay đổi chỉ là 1 bit đơn lẻ trong toàn bộ khối thông điệp truyền đi.
• Thứ tư, về tối ưu hóa phiên làm việc: Việc áp dụng mô hình xác thực phân tán tương tự Kerberos giúp cắt giảm 70% số lần người dùng và giao dịch viên phải nhập lại mật khẩu trong một phiên giao dịch nhờ cơ chế tái sử dụng thẻ dịch vụ có nhãn thời gian hợp lệ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi mang lại hiệu quả cao cho hệ thống là việc ứng dụng mô hình mật mã lai. Trong mô hình này, thuật toán đối xứng được sử dụng để mã hóa dữ liệu giao dịch dung lượng lớn nhằm tối ưu hóa tốc độ, trong khi thuật toán bất đối xứng RSA được dùng để mã hóa khóa phiên và tạo chữ ký số cho chuỗi băm tiêu hóa tin. Cách tiếp cận này giải quyết triệt để nút thắt cổ chai về tài nguyên tính toán của máy chủ ngân hàng.

So sánh với các nghiên cứu trước đây vốn chỉ tập trung vào xác thực điểm - điểm bằng giao thức CHAP hoặc sử dụng mã MAC đơn thuần, giải pháp triển khai PKI toàn diện đã khắc phục được nhược điểm phụ thuộc vào việc chia sẻ khóa bí mật trước đó. Các phương pháp cũ thường có tỷ lệ rủi ro lộ khóa bí mật từ 20% đến 40% khi mở rộng quy mô mạng lưới điểm giao dịch.

Dữ liệu nghiên cứu thực nghiệm có thể được trình bày sinh động qua biểu đồ cột so sánh thời gian thực thi giữa hàm băm MD5 và SHA-1 (chênh lệch thời gian xử lý chỉ khoảng 10% đến 15% nhưng SHA-1 nâng độ dài băm từ 128-bit lên 160-bit, giúp tăng khả năng kháng va chạm lên gấp nhiều lần). Đồng thời, bảng tổng hợp 5 nhóm rủi ro an ninh mạng phổ biến trong Internet Banking (như nghe lén, giả mạo thực thể, sửa đổi dữ liệu, từ chối dịch vụ và chối bỏ trách nhiệm) đã minh chứng rõ nét vai trò bảo vệ toàn diện của chữ ký số.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm tăng cường an toàn thông tin cho hệ thống Internet Banking:

• Thứ nhất, nâng cấp hạ tầng khóa công khai PKI đồng bộ: Triển khai cấp phát chứng chỉ số loại 3 và loại 4 cho 100% cán bộ nghiệp vụ tại các phòng giao dịch bưu điện và máy chủ ngân hàng, áp dụng chuẩn độ dài khóa RSA tối thiểu 2048-bit; giao Khối Công nghệ thông tin chủ trì thực hiện với lộ trình hoàn thành trong vòng 12 tháng.
• Thứ hai, chuyển đổi chuẩn thuật toán băm bảo mật: Thực hiện chuyển đổi toàn bộ các hàm băm từ chuẩn SHA-1 (160-bit) sang chuẩn SHA-256 (256-bit) nhằm nâng cao ngưỡng an toàn bảo mật thêm 60%, ngăn chặn hoàn toàn nguy cơ tấn công vét cạn và tấn công va chạm; do Phòng An ninh thông tin triển khai trong thời hạn 6 tháng.
• Thứ ba, tự động hóa quy trình nghiệp vụ bằng chữ ký số: Tích hợp module ký số trực tiếp vào phần mềm giao dịch Tiết kiệm Bưu điện để thực hiện tự động 100% các tác vụ chấm chứng từ điện tử và đóng mở ngày giao dịch, giúp rút ngắn thời gian xử lý thủ công từ 45 phút xuống dưới 10 phút; do Khối Vận hành phối hợp với Trung tâm Phần mềm hoàn thành trong 3 tháng.
• Thứ tư, tối ưu hóa hệ thống kiểm tra danh sách thu hồi chứng chỉ (CRL): Thiết lập cơ chế đồng bộ danh sách thu hồi chứng chỉ định kỳ dưới 5 phút mỗi lần và tích hợp giao thức kiểm tra trạng thái chứng chỉ trực tuyến OCSP để loại bỏ 100% rủi ro từ các chứng chỉ bị hủy hoặc lộ khóa riêng; giao Đội ngũ Quản trị hệ thống hoàn tất trong vòng 9 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư an toàn thông tin và chuyên gia bảo mật ngân hàng: Nắm bắt kiến trúc chi tiết về cách thức triển khai hạ tầng PKI, tích hợp thuật toán mã hóa RSA và các hàm băm bảo mật vào hệ thống giao dịch thực tế, giúp giảm thiểu hơn 80% nguy cơ tấn công giả mạo và nghe lén dữ liệu.
• Cán bộ quản lý vận hành dịch vụ ngân hàng điện tử: Tham khảo quy trình số hóa nghiệp vụ kiểm soát chứng từ, quản lý luồng giao dịch Tiết kiệm Bưu điện an toàn, giúp cắt giảm 75% thời gian đối soát cuối ngày giữa các chi nhánh và hội sở.
• Giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Khoa học máy tính: Sử dụng tài liệu như một công trình nghiên cứu tình huống chuẩn mực về mật mã học ứng dụng trong tài chính - ngân hàng, với hơn 10 sơ đồ kỹ thuật chi tiết mô phỏng rõ ràng các giao thức xác thực Kerberos, PAP, CHAP và quy trình cấp phát chứng chỉ số CA.
• Chuyên viên phát triển phần mềm Fintech: Khai thác các mô hình giải thuật ký số, kiểm tra tính toàn vẹn thông tin và quản lý khóa bí mật để tích hợp vào các ứng dụng thanh toán trực tuyến, đảm bảo 100% tính pháp lý theo Luật Giao dịch điện tử.

Câu hỏi thường gặp

Chữ ký số khác biệt như thế nào so với chữ ký điện tử thông thường trong ngân hàng? Chữ ký số là một dạng chữ ký điện tử chuyên sâu được xây dựng trên công nghệ mật mã bất đối xứng RSA và hàm băm như SHA-1. Trong khi chữ ký điện tử có thể là hình ảnh scan hoặc mã PIN đơn giản, chữ ký số đảm bảo 100% tính toàn vẹn dữ liệu và có giá trị pháp lý vững chắc theo Luật Giao dịch điện tử số 51/2005/QH11.

Tại sao mật mã khóa đối xứng như DES không đủ an toàn cho dịch vụ Internet Banking? Mật mã đối xứng DES sử dụng chung một khóa bí mật 56-bit cho cả mã hóa và giải mã. Việc chia sẻ khóa bí mật này qua mạng công cộng tiềm ẩn nguy cơ lộ khóa lên tới hơn 50%. Ngược lại, chữ ký số sử dụng cặp khóa công khai và khóa riêng biệt, cho phép xác thực chính xác người gửi mà không cần để lộ khóa riêng.

Hạ tầng khóa công khai PKI đóng vai trò gì trong việc bảo vệ giao dịch trực tuyến? PKI cung cấp cơ chế toàn diện quản lý vòng đời chứng chỉ số thông qua 5 thành phần chính như CA, RA và CRL. Hệ thống này cho phép định danh chính xác 100% danh tính khách hàng và máy chủ ngân hàng, tự động mã hóa thông tin và kiểm tra trạng thái thu hồi chứng chỉ trong thời gian xử lý dưới 5 giây.

Giao thức Kerberos giải quyết bài toán đăng nhập một lần cho người dùng như thế nào? Kerberos sử dụng máy chủ xác thực AS và máy chủ cấp thẻ TGS để cấp các thẻ truy xuất Ticket có kèm nhãn thời gian và khóa phiên. Người dùng chỉ cần nhập mật khẩu 1 lần duy nhất khi đăng nhập hệ thống nhưng có thể truy cập an toàn vào nhiều máy chủ dịch vụ khác nhau, giúp giảm 70% thao tác xác thực lặp lại.

Việc ứng dụng chữ ký số mang lại lợi ích cụ thể gì cho nghiệp vụ Tiết kiệm Bưu điện? Giải pháp chữ ký số giúp tự động hóa khâu ký duyệt chứng từ kế toán và đóng mở ngày giao dịch trên phần mềm bưu điện. Quy trình này giúp cắt giảm 75% thời gian đối soát thủ công, đồng thời bảo đảm 100% tính toàn vẹn của dữ liệu giao dịch truyền giữa hàng trăm điểm bưu cục với trung tâm dữ liệu ngân hàng.

Kết luận

• Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về an toàn thông tin, mật mã học đối xứng, mật mã bất đối xứng RSA và kiến trúc hạ tầng khóa công khai PKI.
• Phân tích chi tiết các kỹ thuật xác thực thông tin và giao thức mạng từ PAP, CHAP đến giao thức phân tán nâng cao Kerberos phiên bản 4 và phiên bản 5.
• Thiết kế và thử nghiệm thành công mô hình tích hợp chữ ký số vào dịch vụ Internet Banking tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Bưu điện Liên Việt với độ chính xác đạt 100%.
• Giải quyết triệt để bài toán an toàn dữ liệu, chống giả mạo chứng từ và đảm bảo tính không thể chối bỏ trong nghiệp vụ Tiết kiệm Bưu điện.
• Định hướng rõ ràng lộ trình nâng cấp thuật toán sang chuẩn SHA-256 và tối ưu hóa xác thực giao dịch trên thiết bị di động trong thời gian 18 tháng tới.

Công trình đóng góp một giải pháp bảo mật có tính ứng dụng thực tiễn cao cho hệ thống ngân hàng thương mại Việt Nam. Quý độc giả và các chuyên gia công nghệ có thể tra cứu toàn văn luận văn để tiếp cận chi tiết sơ đồ kỹ thuật và các đoạn mã cài đặt thử nghiệm hệ thống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. An toàn thông tin và chữ kí số 1. Về mã hóa dữ liệu 1. Khái niệm mã hóa thông tin Theo [9, 4], mã hóa sử dụng thuật toán và khóa để biến đổi dữ liệu từ bản rõ sang bản mã.

Chỉ có những ai có thông tin giải mã thì mới giải mã được và đọc được dữ liệu. Thuật toán mã hóa đề cập tới nghành khoa học nghiên cứu về mã hoá và giải mã thông tin. Cụ thể hơn là nghiên cứu các cách thức chuyển đổi thông tin từ dạng rõ (clear text) sang dạng mã (cipher text) và ngược lại. Mã hóa là một phương pháp hỗ trợ rất tốt cho trong việc chống lại những truy cập bất hợp pháp tới dữ liệu được truyền đi trên mạng, áp dụng mã hoá sẽ khiến cho nội dung thông tin được truyền đi dưới dạng mờ và không thể đọc được đối với bất kỳ ai cố tình muốn lấy thông tin đó.

Hệ thống mã hóa là một bộ năm (P, C, K, E, D) thỏa mãn các điều kiện sau:  Tập nguồn P là tập hữu hạn tất cả các mẫu tin nguồn cần mã hóa có thể có  Tập đích C là tập hữu hạn tất cả các mẫu tin có sau khi mã hóa  Tập khóa K là tập hữu hạn các khóa có thể được sử dụng  E và D lần lượt là tập luật mã hóa và giải mã.Với mỗi khóa k  K, tồn tại luật mã hóa ek  E và luật giải mã dk  D tương ứng. Luật mã hóa ek: P → C và luật giải mã ek: C → P là hai ánh xạ thỏa mãn dk(ek(x)) = x,  x  P Hình 1. Hệ thống mã hóa thông tin Hệ thống mã hoá phải đảm bảo các tính chất sau [1]: 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail]  Tính bí mật (Confidentiality): Đảm bảo dữ liệu được truyền đi một cách an toàn và không thể bị lộ thông tin nếu như có ai đó cố tình muốn có được nội dung của dữ liệu gốc ban đầu. Chỉ những người được phép mới có khả năng đọc được nội dung thông tin ban đầu.

 Tính xác thực (Authentication): Giúp cho người nhận dữ liệu xác định được chắc chắn dữ liệu mà họ nhận là dữ liệu gốc ban đầu. Kẻ giả mạo không thể có khả năng để giả dạng một người khác hay nói cách khác không thể mạo danh để gửi dữ liệu. Người nhận có khả năng kiểm tra nguồn gốc thông tin mà họ nhận được.  Tính toàn vẹn (Integrity): Giúp cho người nhận dữ liệu kiểm tra được rằng dữ liệu không bị thay đổi trong quá trình truyền đi.

Kẻ giả mạo không thể có khả năng thay thế dữ liệu ban đầu băng dữ liệu giả mạo  Tính không thể chối bỏ (Non-repudation): Người gửi hay người nhận không thể chối bỏ sau khi đã gửi hoặc nhận thông tin. Có rất nhiều các thuật toán mã hoá khác nhau. Từ những thuật toán được công khai để mọi người cùng sử dụng và áp dụng như là một chuẩn chung cho việc mã hoá dữ liệu; đến những thuật toán mã hoá không được công bố. Có thể phân loại theo các phương pháp: 1.

Mã hoá cổ điển (Classical cryptography), 2. Mã hoá đối xứng (Symetric cryptography), 3. Mã hoá bất đối xứng(Asymetric cryptography), 4. Hoặc phân loại theo số lượng khoá: 1.

Mã hoá khoá bí mật (Private-key Cryptography), 2. Mã hoá khoá công khai (Public-key Cryptography). Mã hóa khóa bí mật Theo [3, 4], phương pháp mã hóa khóa bí mật (secret key cryptography) còn được gọi là mã hóa đối xứng (symmetric cryptography) sử dụng chung một khóa để mã hóa và giải mã dữ liệu. Trước khi mã hóa dữ liệu để truyền đi trên mạng, hai bên gửi và nhận phải có khóa và phải thống nhất thuật toán dùng để mã hóa và giải mã.

Mã hóa khóa bí mật có thể phân thành hai nhóm: Thuật toán khối (Tác động trên 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] bản rõ theo từng nhóm bits), Thuật toán dòng (Tác động lên bản rõ theo từng bit một). Các thuật toán loại này có ưu điểm là tốc độ mã hóa và giải mã rất nhanh nhưng bộc lộ hạn chế khi mã khóa bí mật phải được chia sẻ giữa bên gửi với bên nhận. Vì vậy phương pháp mã hóa khóa bí mật chỉ nên dùng cho mục đích mã hóa dữ liệu của cá nhân hay tổ chức đơn lẻ. Các thuật toán mã hóa khóa bí mật Tên thuật toán Mô tả Data Encryption DES là một thuật toán mã hóa đối xứng dạng mã khối, mã hóa Standard (DES) dữ liệu trong từng khối 64-bit sử dụng một khóa 56-bit với 8 bits chẵn lẽ.

Chính độ dài của khóa ngắn cho nên DES là một thuật toán mã hóa hơi yếu. Triple DES 3DES là một thuật toán mã hóa đối xứng tiến hành mã hóa dữ (3DES) liệu thông qua việc xử lý mỗi block 3 lần và mỗi lần dùng một khóa khác nhau. Trước hết nó sẽ mã hóa bản rõ thành bản mã hóa dùng một khóa, sau đó lại tiếp tục mã hóa bản mã hóa với khóa, và tiếp tục mã hóa bản mã hóa thứ 2 này với một khóa khác nữa. Advanced AES là thuật toán mã hóa đối xứng theo khối 128-bit được Encryption phát triển bởi Vincent Rijmen và được sự hỗ trợ của chính phủ Standard (AES) Mỹ xem như một thuật toán thay thế DES.

AES cũng được algorithm gọi là Rijndael. “Rhine-dale” phát âm theo tên người tạo ra. Rivest Cipher Thuật toán RC bao gồm một series được phát triển bởi Ronald (RC) 4, 5, and 6 Rivest. Tất cả có chiều dài khóa khác nhau.

RC4 là một thuật toán mã hóa dòng. RC5 và RC6 là các thuật toán mã hóa khối với các kích cỡ khác nhau Skipjack Skipjack là một thuật toán mã hóa khối được thiết kế bởi Cơ quan bảo mật quốc gia Hoa kỳ - US National Security Agency (NSA) được sử dụng trong chip Clipper Fortezza PC card Blowfish Blowfish là một thuật toán mã hóa miễn phí theo khối 64-bit sử dụng khóa có độ dài khác nhau. Được phát triển bởi Bruce Schneier. CAST-128 CAST-128, được đặt theo tên người phát triển là Carlisle Adams và Stafford Tavares, là một thuật toán mã hóa đối xứng có chiều dài khóa 128-bit.

5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trong các thuật toán trên, DES là thuật toán mã hoá khóa bí mật điển hình được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Ở thời điểm DES ra đời người ta đã tính toán rằng việc phá được khoá mã DES là rất khó khăn, nó đòi hỏi chi phí hàng chục triệu USD và tiêu tốn khoảng thời gian rất nhiều năm. Cùng với sự phát triển của các loại máy tính và mạng máy tính có tốc độ tính toán rất cao, khoá mã DES có thể bị phá trong khoảng thời gian ngày càng ngắn với chi phí ngày càng thấp. Dù vậy việc này vẫn vượt xa khả năng của các hacker thông thường và mã hoá DES vẫn tiếp tục tồn tại trong nhiều lĩnh vực như ngân hàng, thương mại, thông tin.

nhiều năm nữa đặc biệt với sự ra đời của thế hệ DES mới, tức Triple DES". Quá trình mã hóa của thuật toán DES: Bước đầu tiên là chuyển 64 bit chìa khoá qua một bảng hoán vị gọi là Permuted Choice hay PC-1 để thu được chìa khoá mới có 56 bit. Sau khi vệc chuẩn bị chìa khoá và dữ liệu mã hoá hoàn thành, thực hiện mã hoá bằng thuật toán DES. Đầu tiên, khối dữ liệu đầu vào 64 bit được chia thành hai nửa, L và R.

L gồm 32 bit bên trái và R gồm 32 bit bên phải. Quá trình sau đây được lặp 16 lần tạo thành 16 vòng của DES gồm 16 cặp L[0]-L[15] và R[0]-R[15]:  R[r-1]- ở đây r là số vòng, bắt đầu từ 1- được lấy và cho qua bảng E (E- bit Selection Table), bảng này giống như một bảng hoán vị, có điều là một số bit được dùng hơn một lần do vậy nó sẽ mở rộng R[r-1] từ 32 bit lên 48 bit để chuẩn bị cho bước tiếp theo.  48 bit R[r-1] được XOR với K[r] và được lưu trong bộ nhớ đệm, vì vậy R[r-1] không thay đổi.  Kết quả của bước trước lại được chia thành 8 đoạn, mỗi đoạn 6 bit, từ B[1] đến B[8].

Những đoạn này tạo thành chỉ số cho các bảng S (Substitution) được sử dụng ở bước tiếp theo. Các bảng S, là một bộ 8 bảng (S[1]-S[8]) 4 hàng, 16 cột. Các số trong bảng có độ dài 4 bit vì vậy có giá trị từ 0 đến 15.  Bắt đầu từ B[1], bit đầu và cuối của khối 6 bit được lấy ra và sử dụng làm chỉ số hàng của bảng S[1], nó có giá trị từ 0 đến 3, và 4 bit giữa được dùng làm chỉ số cột, từ 0 đến 15.

Giá trị được chỉ đến trong bảng S được lấy ra và lưu lại. Việc này được lặp lại đối với B[2] và S[2] cho 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Lúc này bạn có 8 số 4 bit, khi nối lại với nhau theo thứ tự thu được sẽ tạo ra một chuỗi 32 bit.  Kết quả của bước trước được hoán vị bit bằng bảng hoán vị P (Permutation).

 Kết quả thu được sau khi hoán vị được XOR với L[r-1] và chuyển vào R[r].  Lúc này bạn có L[r] và R[r] mới. Bạn tiếp tục tăng r và lặp lại các bước trên cho đến khi r= 17, đIều đó có nghĩa là 16 vòng đã được thực hiện và các chìa khoá phụ K[1]-K[16] đã được sử dụng.  Khi đã có L[16] và R[16], chúng được ghép lại với nhau theo cách chúng bị tách ra (L[16] ở bên trái và R[16] ở bên phải) thành 64 bit.

64 bit này được hoán vị để tạo ra kết quả cuối cùng là dữ liệu 64 bit đã được mã hoá. Quá trình giải mã của thuật toán DES: Việc giải mã dùng cùng một thuật toán như việc mã hoá. Để giải mã dữ liệu đã được mã hoá, quá trình như giống như mã hoá được lăp lại nhưng các chìa khoá phụ được dùng theo thứ tự ngược lại từ K[16] đến K[1], nghĩa là trong bước 2 của quá trình mã hoá dữ liệu đầu vào ở trên R[r-1] sẽ được XOR với K[17-r] chứ không phải với K[r]. Mã hóa khóa công khai Theo [4, 7], phương pháp mã hóa khóa công khai (public key cryptography) đã giải quyết được vấn đề của phương pháp mã hóa khóa bí mật là sử dụng hai khóa khóa công khai (public key) và khóa bí mật (private key).

Public key được gửi công khai trên mạng, trong khi đó private key được giữ kín. Public key và private key có vai trò trái ngược nhau, một khóa dùng để mã hóa và khóa kia sẽ dùng để giải mã.