Hiện Thực Thuật Toán Chữ Ký Số DSA Sử Dụng Mật Mã Đường Cong Elliptic Trên FPGA

• Tác giả: Tran Xuan Ngoc Hoan
• Người hướng dẫn: ThS. Pham Thanh Hung
• Trường học: Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Máy Tính
• Đề tài: Hiện Thực Thuật Toán Chữ Ký Số DSA Sử Dụng Mật Mã Đường Cong Elliptic Trên FPGA
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Mục tiêu đề tài
• 1.2. Phạm vi đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Sơ lược về mật mã học
• 2.2. Vấn đề logarithm rời rạc
• 2.3. Các phép toán trong trường hữu hạn
• 2.3.1. Phép cộng trong Fp
• 2.3.2. Phép trừ trong Fp
• 2.3.3. Phép nhân trong Fp
• 2.3.4. Phép nghịch đảo trong Fp
• 2.4. Hệ mật mã đường cong Elliptic
• 2.4.1. Tổng quan về đường cong Elliptic
• 2.4.2. Thuật toán trên đường cong Elliptic
• 2.4.2.1. Nhân các điểm trên đường cong Elliptic
• 2.4.3. Tham số của hệ mật ECC
• 2.4.4. Ứng dụng của hệ mật đường cong Elliptic
• 2.5. Thuật toán chữ ký số ECDSA
• 2.5.1. Tổng quan thuật toán chữ ký số ECDSA
• 2.5.2. Thuật toán sinh - xác thực chữ ký số ECDSA
• 2.6. Tóm lược về SHA-256
• 2.6.1. Cách thức hoạt động
• 2.6.2. Ứng dụng của hàm băm SHA
• 3. CHƯƠNG 3: HIỆN THỰC THUẬT TOÁN
• 3.1. Hiện thực thuật toán ECC
• 3.1.1. Hiện thực tầng thấp nhất
• 3.1.2. Thuật toán cộng trừ modulo
• 3.1.3. Thuật toán nhân modulo
• 3.1.4. Thuật toán nghịch đảo modulo
• 3.2. Hiện thực tầng trung gian
• 3.3. Hiện thực tầng trên cùng
• 3.4. Hiện thực thuật toán SHA
• 3.5. Hiện thực thuật toán chữ ký số ECDSA
• 3.6. Xây dựng hệ thống SoC
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ HIỆN THỰC VÀ ĐÁNH GIÁ
• 4.1. Kết quả mô phỏng
• 4.1.1. Các khối phép toán modulo
• 4.1.2. Khối phép tính trên đường cong Elliptic
• 4.1.3. Khối SHA-256 và ECDSA
• 4.1.4. So sánh và đánh giá
• 4.2. Kết quả sau tổng hợp
• 4.3. Đánh giá thiết kế
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

I. Tổng quan về hiện thực thuật toán chữ ký số DSA

Trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ, việc bảo mật thông tin trở thành một yếu tố quan trọng. Thuật toán chữ ký số DSA (Digital Signature Algorithm) sử dụng mật mã đường cong Elliptic (ECC) đã trở thành một giải pháp hiệu quả. Bài viết này sẽ trình bày tổng quan về thuật toán DSA và ứng dụng của nó trong bảo mật thông tin.

1.1. Định nghĩa và vai trò của thuật toán chữ ký số

Thuật toán chữ ký số DSA là một phương pháp xác thực thông tin, đảm bảo tính toàn vẹn và xác thực của dữ liệu. Nó cho phép người dùng ký và xác minh thông tin một cách an toàn.

1.2. Lịch sử phát triển của DSA và ECC

DSA được phát triển vào những năm 1990 và nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn trong bảo mật thông tin. Mật mã đường cong Elliptic được áp dụng để cải thiện hiệu suất và độ an toàn của DSA.

II. Thách thức trong hiện thực hóa thuật toán DSA trên FPGA

Việc hiện thực hóa thuật toán DSA trên FPGA (Field-Programmable Gate Array) gặp nhiều thách thức. Các vấn đề như hiệu suất, tiêu thụ năng lượng và khả năng mở rộng cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Vấn đề hiệu suất và tốc độ xử lý

Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo tốc độ xử lý của thuật toán DSA trên FPGA đạt yêu cầu tối thiểu. Việc tối ưu hóa mã nguồn và cấu trúc phần cứng là rất cần thiết.

2.2. Tiêu thụ năng lượng và tài nguyên

FPGA có giới hạn về tài nguyên, do đó việc thiết kế cần phải tối ưu hóa để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng mà vẫn đảm bảo hiệu suất cao.

III. Phương pháp hiện thực hóa thuật toán DSA trên FPGA

Để hiện thực hóa thuật toán DSA trên FPGA, cần áp dụng các phương pháp tối ưu hóa. Việc sử dụng mật mã đường cong Elliptic giúp giảm kích thước khóa và tăng cường bảo mật.

3.1. Thiết kế phần cứng cho thuật toán DSA

Thiết kế phần cứng cho DSA bao gồm việc xây dựng các khối chức năng như cộng, trừ, nhân và nghịch đảo modulo. Các khối này cần được tối ưu hóa để hoạt động hiệu quả trên FPGA.

3.2. Kết hợp với thuật toán băm SHA 256

Sử dụng SHA-256 trong quá trình ký số giúp tăng cường tính bảo mật. Việc tích hợp SHA-256 vào thiết kế DSA trên FPGA là một bước quan trọng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của thuật toán DSA trên FPGA

Thuật toán DSA được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như ngân hàng, thương mại điện tử và blockchain. Việc hiện thực hóa trên FPGA giúp tăng cường hiệu suất và bảo mật.

4.1. Ứng dụng trong ngân hàng và tài chính

Trong ngành ngân hàng, DSA được sử dụng để xác thực giao dịch và bảo vệ thông tin nhạy cảm. Việc sử dụng FPGA giúp tăng tốc độ xử lý giao dịch.

4.2. Ứng dụng trong công nghệ blockchain

Blockchain yêu cầu tính bảo mật cao và DSA là một trong những thuật toán được sử dụng để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. FPGA giúp cải thiện hiệu suất của các giao dịch trên blockchain.

V. Kết luận và tương lai của thuật toán DSA trên FPGA

Thuật toán DSA sử dụng mật mã đường cong Elliptic trên FPGA hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích trong bảo mật thông tin. Tương lai của công nghệ này sẽ tiếp tục phát triển với những cải tiến về hiệu suất và bảo mật.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ bảo mật

Công nghệ bảo mật sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các thuật toán mới và cải tiến. DSA trên FPGA sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thông tin.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực mật mã học là rất cần thiết để đáp ứng các thách thức mới trong bảo mật thông tin. Việc hiện thực hóa DSA trên FPGA sẽ là một bước tiến quan trọng.