Chương 1 TỔNG QUAN VỀ AN NINH THÔNG TIN 1.1 Một số kỹ thuật an ninh thông tin Ngày nay, trong lĩnh vực truyền thông đa phương tiện, vấn đề đảm bảo an ninh thông tin được quan tâm đặc biệt, truyền thông bao gồm mã hoá bảo mật thông tin (cryptography) và đảm bảo an ninh khi thông tin được chuyển đi, mà bản chất của việc đảm bảo an ninh này nằm trong việc ẩn thông tin (information hiding). Sau đây là một số kỹ thuật phục vụ cho việc đảm bảo an ninh thông tin.1 Mật mã Trong an ninh thông tin, cryptography – nghệ thuật mật mã – đóng một vai trò quan trọng. Đó là một công cụ để đảm bảo bí mật trong trao đổi thông tin, được dùng rộng rãi trong các cuộc chiến tranh, thông tin tình báo, ngoại giao. Mật mã là việc “nguỵ trang” văn bản (thông tin nói chung) thành một dạng khác để cho những người “ngoài cuộc” không thể đọc được, phục vụ cho nhu cầu trao đổi thông tin, dữ liệu.
Trong những thập kỷ gần đây, sự cải tiến về mật mã đã tạo ra hàng loạt các ứng dụng quan trọng. Nó được dùng để xác nhận người sử dụng máy tính, đảm bảo tính toàn vẹn và sự tin cậy của truyền thông điện tử, và giữ an ninh cho các thông tin nhạy cảm. Từ công nghệ ứng dụng đảm bảo bí mật quân sự, mật mã đã trở thành công nghệ chìa khoá cho tất cả các thành viên trong xã hội thông tin có liên quan tới vấn đề an ninh thông tin. Người Hi Lạp đã dùng phép mã chuyển vị từ 400 năm trước công nguyên.
Người ta dùng một dải băng dài và quấn quanh một khối hình trụ rồi viết chữ lên trên đó theo cách thức thông thường (từ trái sang phải và từ trên xuống Trần Tuấn Vinh - Luận văn thạc sĩ khoa học - Chuyên ngành Công nghệ thông tin -6- Nghiên cứu giải pháp an ninh thông tin dựa trên sự kết hợp giữa PKI và đặc điểm vân tay dưới). Mẩu tin chuyển đi dưới dạng dải băng và chỉ có thể đọc ra được khi biết được bán kính của thiết diện khối trụ (và cuốn lại dải băng quanh khối trụ như khi đã viết lên). Hoàng đế Caesar đã từng sử dụng phép mã thay thế trong quân sự, trong đó mỗi ký tự được thay thế bởi ký tự đứng sau nó 3 vị trí trong bảng chữ cái alphabet – nghĩa là chữ A được thay bằng chữ D, chữ B được thay bằng chữ E,… Việc giải mã được thực hiện bằng cách thay thế ngược lại. Trong thực tế, mã hoá không thể đảm bảo an ninh cho truyền thông.
Trong thời kỳ Phục hưng, một số tác giả đã tập trung vào các phương pháp để ẩn thông tin hơn là mã hoá chúng, cho dù các kỹ thuật mã hoá hiện đại đã bắt đầu phát triển vào thời kỳ đó. Bởi vì, ẩn thông tin không gợi nên sự nghi ngờ cho những kẻ tò mò. Sở thích này vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay. Các kỹ thuật ẩn thông tin gần đây trở nên quan trọng trong một số lĩnh vực ứng dụng.
Tranh ảnh, video, âm thanh số được cung cấp có sự phân biệt nhờ vào các dấu ẩn không thể nhận biết được, nó có thể chứa một thông tin bản quyền, số seri ẩn hoặc trực tiếp ngăn chặn sao chép bất hợp pháp. Các hệ thống truyền thông quân sự cũng phát triển việc sử dụng các kỹ thuật truyền thông tin an toàn, ngoài việc che dấu nội dung bằng cách mã hoá, nó còn che dấu cả người gửi, người nhận và sự tồn tại của thông tin.2 Dấu tin Dấu tin đại diện cho những kỹ thuật cho phép truyền dữ liệu, thông tin bí mật bằng cách nhúng hay ẩn chúng vào trong dữ liệu khác mà không gây ra bất cứ sự nghi ngờ nào. Các phương pháp dấu tin thường dựa vào giả thiết về sự tồn tại của giao tiếp bí mật mà bên thứ ba không được biết, sử dụng trong giao tiếp giữa những thành viên thực sự tin cậy. Những phương pháp dấu tin nhìn chung không vững chắc, có nghĩa là thông tin ẩn có thể không khôi phục lại được sau khi dữ liệu bị sửa đổi.
Trần Tuấn Vinh - Luận văn thạc sĩ khoa học - Chuyên ngành Công nghệ thông tin -7- Nghiên cứu giải pháp an ninh thông tin dựa trên sự kết hợp giữa PKI và đặc điểm vân tay Các hệ thống dấu tin thường bao gồm một hệ chèn thông tin và một hệ trích chọn. Hình 1 – 1 là một hệ thống khái quát. Hệ thống dấu tin[11] Hệ thống chèn bao gồm một tệp dữ liệu chủ, một tệp chứa thông điệp cần chèn được chuẩn bị trước, một khoá tuỳ chọn. Hệ thống thực hiện chèn thông Trần Tuấn Vinh - Luận văn thạc sĩ khoa học - Chuyên ngành Công nghệ thông tin -8- Nghiên cứu giải pháp an ninh thông tin dựa trên sự kết hợp giữa PKI và đặc điểm vân tay điệp vào trong dữ liệu chủ, tạo ra tệp dữ liệu chủ được che đậy (covert host).
Covert host sau đó được lưu trữ hay chuyển đi. Hệ thống trích chọn thực hiện ngược lại. Nó đưa vào covert host và khoá tuỳ chọn rồi lấy ra thông điệp, có thể thay đổi covert host để gỡ bỏ thông điệp. Nhiều hệ thống dấu tin có một hình thức mã hoá nào đó được xây dựng sẵn, nó sẽ thực hiện mã hoá và giải mã một cách tự động các thông điệp.
Một hệ thống dấu tin hoàn chỉnh gồm có sự quản lý dữ liệu chủ và khoá. Hầu hết các hệ thống dấu tin thông thường sử dụng những định dạng ảnh và audio khác nhau làm tệp dữ liệu chủ. Những tệp này thường rất lớn, nó cung cấp băng thông cần thiết để thực hiện chèn một cách chính xác. Các hệ video cũng được sử dụng để khai thác kích thước lớn của các tệp và các dòng dữ liệu video.
Một số hệ thống dấu tin không sử dụng tệp dữ liệu chủ, nhưng nó phát sinh ra covert host dựa vào nội dung của thông điệp. Một hệ thống dấu tin thành công phải đảm bảo rằng covert host là vô hại. Mức độ của che giấu phụ thuộc vào khả năng của sự đe dọa nhận thức được. Mỗi tác giả của thuật toán dấu tin đều khẳng định một số cấp độ của tính ẩn đối với nhận thức, đó là sự thay đổi của dữ liệu chủ có thể thấy được hoặc nghe được.
Những tác động – như các hình tạo ra không tự nhiên trong ảnh hay những tiếng huýt, tiếng kêu lạ khác trong âm thanh – cần phải tránh. Tuy thế, nhiều thuật toán để lại những ký hiệu nhận dạng mà kẻ tấn công có thể khai thác chúng bằng những công cụ đặc biệt. Một kẻ tấn công dấu tin nhằm mục đích phát hiện ra có tồn tại thông điệp hay không, nếu có sẽ trích chọn và khai thác nó. Việc phát hiện đòi hỏi có sự nhận dạng ký hiệu hay xác nhận được sự bất bình thường trong tệp.
Trần Tuấn Vinh - Luận văn thạc sĩ khoa học - Chuyên ngành Công nghệ thông tin -9- Nghiên cứu giải pháp an ninh thông tin dựa trên sự kết hợp giữa PKI và đặc điểm vân tay 1.3 Đánh dấu ẩn Đánh dấu ẩn có thêm những đặc điểm về tính vững chắc chống lại những tấn công. Ngay cả khi biết được sự tồn tại của thông tin ẩn và những nguyên lý thuật toán của phương pháp đánh dấu ẩn, những kẻ tấn công cũng rất khó phá huỷ được những dấu ẩn. Trong lĩnh vực mật mã được biết đến như luật Kerkhoffs, một hệ thống mật mã an ninh cho dù kẻ tấn công biết được nguyên lý và phương pháp mã hoá thì cũng không thể có được khoá giải mã thích hợp. Để đảm bảo tính vững chắc dù cho có những thay đổi nhỏ, thông tin ẩn được phân phối dư thừa trên rất nhiều mẫu của dữ liệu chủ, có nghĩa là dấu ẩn có thể khôi phục từ một phần nhỏ dữ liệu được đánh dấu, nhưng sự khôi phục sẽ tốt hơn nếu có nhiều dữ liệu chủ được đánh dấu dùng để khôi phục.
Trong thực tế, những phương pháp đánh dấu ẩn có thể nhúng lượng thông tin vào trong dữ liệu chủ ít hơn các phương pháp dấu tin để đảm bảo tính vững chắc. Dấu tin và đánh dấu ẩn là hai phương pháp bổ sung cho nhau. Các hệ thống đánh dấu ẩn số thương mại xuất hiện nhiều trong các ứng dụng. Một số là các ứng dụng độc lập trong khi một số khác có sẵn những mở rộng để có thể kết hợp với các ứng dụng khác.
Một số thực hiện công việc trực tiếp với máy tính của người sử dụng trong khi một số khác tồn tại như là các dịch vụ web. Nhìn chung, các hệ thống đánh dấu ẩn có một modul để chèn một dấu ẩn và một modul để phát hiện dấu ẩn. Khi các thuật toán đánh dấu ẩn bị thay đổi, thì thông thường có một modul trích chọn để trả về đối tượng ở trạng thái ban đầu. Các dấu ẩn có thể được người sử dụng thiết kế hoặc được phát sinh “on the fly” để đáp ứng nội dung dữ liệu, dấu thời gian (timestamp) hay các khoá.
Một số nhà cung cấp cung cấp những dịch vụ đăng ký để quản lý các dấu ẩn; những dịch vụ này được thực hiện bởi nhà cung cấp hay chạy trên trang web của người sử dụng. Để làm cho dấu ẩn có hiệu lực, Trần Tuấn Vinh - Luận văn thạc sĩ khoa học - Chuyên ngành Công nghệ thông tin - 10 - Nghiên cứu giải pháp an ninh thông tin dựa trên sự kết hợp giữa PKI và đặc điểm vân tay các nhà cung cấp cung cấp các dịch vụ tìm kiếm có thể quét trên web đối với ảnh đã đánh dấu. Những yêu cầu đối với kỹ thuật đánh dấu ẩn khác so với dấu tin. Các dấu ẩn mạnh về mã hoá do đó chúng không thể bị giả mạo.
Một số dấu ẩn được thiết kế để có thể phát hiện bằng mắt thường, trong khi những dấu ẩn khác được thiết kế ẩn. Một số dễ dàng phát hiện được bằng các bộ dò tìm của các nhà cung cấp, một số khác lại đòi hỏi phải có khoá để phát hiện và nhận dạng chúng. Một số dấu ẩn cần có những yêu cầu nào đó của dữ liệu gốc để phát hiện dấu ẩn, một số thì không. Quan trọng nhất là một dấu ẩn phải chống lại được những thay đổi của dữ liệu.
Các bộ dò tìm dấu ẩn thường đo độ mạnh của dấu ẩn. Các dấu ẩn được phát hiện bằng cách trích chọn và thu thập thông tin về dấu ẩn, sau đó so sánh nó với dữ liệu gốc. Sự so sánh sử dụng không gian metric đồng dạng.