Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu năng cho thuật toán mã hóa

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Nga
• Người hướng dẫn: PTS. Nguyễn Ngọc Cương
• Trường học: Viện Khoa Học Và Công Nghệ Quân Sự
• Chuyên ngành: Cơ Sở Toán Học Cho Tin Học
• Đề tài: Giải Pháp Nâng Cao Hiệu Năng Thuật Toán Mã Hóa
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Thuật toán mã khối
• 1.2. Mã hoá bất đối xứng
• 1.2.1. Thuật toán mã hóa RSA
• 1.2.2. Thuật toán dựa trên đường cong Elliptic
• 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước đối với việc nâng cao hiệu năng một số thuật toán mã hóa
• 1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3.3. Một số vấn đề tồn tại và hướng nghiên cứu phát triển
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NÂNG CAO ĐỘ AN TOÀN VÀ HIỆU NĂNG CAO THUẬT TOÁN MÃ HÓA AES
• 2.1. Một số khái niệm
• 2.2. Thuật toán AES
• 2.3. Nâng cao độ an toàn và hiệu năng cao thuật toán AES
• 2.3.1. Sự khuyếch tán trong tầng biến đổi tuyến tính của mã khối có cấu trúc SPN
• 2.3.2. Giải pháp nâng cao độ an toàn của thuật toán AES
• 2.3.3. Nâng cao hiệu năng của thuật toán AES cải tiến với ma trận MDS mới
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NÂNG CAO ĐỘ AN TOÀN VÀ HIỆU NĂNG THUẬT TOÁN MÃ HÓA DỰA TRÊN ĐƯỜNG CONG ELLIPTIC
• 3.1. Tổng quan về đường cong Elliptic
• 3.1.1. Cơ sở toán học
• 3.1.2. Nhóm các điểm của đường cong elliptic trên trường hữu hạn
• 3.1.3. Nhân vô hướng của một điểm trên đường cong Elliptic
• 3.1.4. Đường cong Elliptic trên trường hữu hạn Fq
• 3.2. Phương pháp trao đổi khoá mã an toàn hệ mật dựa trên đường cong Elliptic
• 3.2.1. Bài toán logarit rời rạc
• 3.2.2. Ánh xạ song tuyến
• 3.2.3. Đường cong Elliptic
• 3.2.4. Các giao thức mật mã sử dụng ánh xạ song tuyến
• 3.2.5. Kết quả thử nghiệm ứng dụng
• 3.3. Nghiên cứu, đề xuất xây dựng thuật toán hiệu quả nhân nhanh đa thức với hệ số nguyên
• 3.3.1. Biến đổi Fourier nhanh và cách thực hiện
• 3.3.2. Biểu diễn các phần tử trường và phép nhân nhanh trong vành đa thức
• 3.3.3. Sử dụng định lý phần dư của Trung Hoa để phân chia tính toán giữa các bộ vi xử lý
• 3.3.4. Thực hiện thuật toán nhân nhanh đa thức trên bộ vi xử lý 64 bit
• 3.4. Kết luận chương 3
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về thuật toán mã hóa

Thuật toán mã hóa đóng vai trò quan trọng trong việc bảo mật thông tin. Thuật toán mã hóa được sử dụng để bảo vệ dữ liệu trong các hệ thống thông tin, đặc biệt là trong lĩnh vực an ninh quốc phòng và kinh tế xã hội. Việc nâng cao hiệu năng thuật toán là một yêu cầu cấp thiết, nhằm đảm bảo rằng thông tin được mã hóa không chỉ an toàn mà còn được xử lý nhanh chóng. Các thuật toán như AES, RSA, và các hệ mật dựa trên đường cong elliptic đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ thông tin cũng đặt ra nhiều thách thức mới, yêu cầu các thuật toán mã hóa phải được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về bảo mật và tốc độ xử lý.

1.1. Tình hình nghiên cứu hiện tại

Nghiên cứu về thuật toán mã hóa đã diễn ra trên toàn cầu, với nhiều công trình tập trung vào việc cải thiện hiệu năng thuật toán và bảo mật thông tin. Các nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn hướng tới ứng dụng thực tiễn. Một số giải pháp đã được đề xuất nhằm tối ưu hóa thời gian mã hóa và giải mã, đồng thời nâng cao độ an toàn cho các hệ thống thông tin. Việc áp dụng các công nghệ mới như công nghệ mã hóa dựa trên đường cong elliptic đã mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các thuật toán mã hóa hiệu quả hơn.

II. Giải pháp nâng cao hiệu năng thuật toán mã hóa AES

Thuật toán AES (Advanced Encryption Standard) là một trong những thuật toán mã hóa phổ biến nhất hiện nay. Để nâng cao hiệu năng thuật toán này, cần nghiên cứu và phát triển các ma trận MDS mới có tính chất mật mã tốt hơn. Việc lựa chọn cấu trúc cứng hóa và tối ưu hóa tài nguyên phần cứng cũng là những yếu tố quan trọng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc cải tiến cấu trúc mã hóa có thể giúp tăng cường hiệu suất mà không làm giảm độ an toàn. Các giải pháp như sử dụng công nghệ mã hóa song song và tối ưu hóa thuật toán nhân nhanh đa thức cũng đã được đề xuất nhằm cải thiện tốc độ xử lý.

2.1. Nâng cao độ an toàn và hiệu năng

Để nâng cao độ an toàn cho thuật toán AES, cần áp dụng các phương pháp như tăng cường độ dài khóa và cải thiện quy trình mã hóa. Việc sử dụng các ma trận MDS mới không chỉ giúp tăng cường bảo mật thông tin mà còn cải thiện hiệu năng thuật toán. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các bước trong quy trình mã hóa có thể giảm thiểu thời gian xử lý mà vẫn đảm bảo an toàn cho dữ liệu. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu xử lý nhanh chóng và an toàn, như trong lĩnh vực tài chính và an ninh quốc phòng.

III. Ứng dụng và triển vọng của thuật toán mã hóa

Các thuật toán mã hóa hiện nay không chỉ được sử dụng trong lĩnh vực an ninh quốc phòng mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như tài chính, y tế và truyền thông. Việc nâng cao hiệu năng thuật toán sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc bảo mật thông tin. Các giải pháp như công nghệ mã hóa dựa trên đường cong elliptic và các phương pháp tối ưu hóa khác đang được nghiên cứu và phát triển. Điều này không chỉ giúp cải thiện tốc độ mã hóa mà còn đảm bảo rằng thông tin được bảo vệ một cách an toàn nhất. Sự phát triển của công nghệ thông tin sẽ tiếp tục thúc đẩy nhu cầu về các giải pháp mã hóa hiệu quả và an toàn.

3.1. Tương lai của thuật toán mã hóa

Trong tương lai, các thuật toán mã hóa sẽ tiếp tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về bảo mật và hiệu suất. Việc nghiên cứu và phát triển các thuật toán mới, cũng như cải tiến các thuật toán hiện có, sẽ là một trong những ưu tiên hàng đầu trong lĩnh vực bảo mật thông tin. Các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy có thể được áp dụng để tối ưu hóa quy trình mã hóa, từ đó nâng cao hiệu năng thuật toán và bảo mật thông tin. Điều này sẽ tạo ra một môi trường an toàn hơn cho việc trao đổi thông tin trong kỷ nguyên số.