Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Giải pháp bảo mật dữ liệu thời gian thực trên mạng IP với thiết bị phần cứng chuyên dụng

• Tác giả: Đỗ Thị Bắc
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Mỹ Tú
• Trường học: Học viện Kỹ thuật Mật mã, Học viện Công nghệ Bưu chính-Viễn thông, Học viện Kỹ thuật Quân sự
• Chuyên ngành: Bảo mật dữ liệu thời gian thực
• Đề tài: Nghiên cứu giải pháp bảo mật dữ liệu thời gian thực trên mạng IP bằng phần cứng chuyên dụng
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU. MỞ ĐẦU
• MỞ ĐẦU.1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
• MỞ ĐẦU.2. Mục đích nghiên cứu
• MỞ ĐẦU.3. Nhiệm vụ nghiên cứu
• MỞ ĐẦU.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• MỞ ĐẦU.5. Phương pháp nghiên cứu
• MỞ ĐẦU.6. Ý nghĩa lý luận và thực tiễn của luận án
• MỞ ĐẦU.7. Bố cục của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP BẢO MẬT DỮ LIỆU THỜI GIAN THỰC TRÊN MẠNG IP
• 1.1. Tổng quan về một số giao thức bảo mật dữ liệu thời gian thực
• 1.2. Giao thức bảo mật truyền thời gian thực SRTP
• 1.3. Giao thức bảo mật IPSec
• 1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuật toán mật mã khối
• 1.5. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.6. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.7. Hướng nghiên cứu của luận án
• 1.8. Một số cơ sở lý thuyết trong phát triển thuật toán mật mã khối
• 1.8.1. Nguyên lý thiết kế mạng chuyển vị thay thế điều khiển được (CSPN)
• 1.8.2. Lớp phần tử nguyên thủy mật mã điều khiển được P2/1
• 1.8.3. Lớp phần tử nguyên thủy mật mã điều khiển được F2/1
• 1.8.4. Lớp phần tử nguyên thủy mật mã điều khiển được F2/2
• 1.8.5. Kiến trúc mạng chuyển vị-thay thế điều khiển được Fn/m
• 1.9. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: CẢI TIẾN THUẬT TOÁN MẬT MÃ KHỐI SPECTR-128 DÙNG CHO BẢO MẬT DỮ LIỆU THỜI GIAN THỰC
• 2.1. Mô tả thuật toán mật mã khối SPECTR-128
• 2.2. Đặc điểm thiết kế
• 2.3. Mô tả chung thuật toán
• 2.4. Biến đổi khởi đầu và kết thúc
• 2.5. Hàm phi tuyến G
• 2.6. Khối mở rộng E
• 2.7. Phân tích độ an toàn của thuật toán SPECTR-128
• 2.7.1. Đánh giá độ an toàn đối với thám mã lượng sai
• 2.7.2. Đánh giá độ an toàn đối với thám mã tuyến tính
• 2.8. Cải tiến thuật toán mật mã khối SPECTR-128
• 2.9. Đánh giá hiệu quả của thuật toán cải tiến trên FPGA
• 2.10. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MỘT SỐ THUẬT TOÁN MẬT MÃ KHỐI DỰA TRÊN CÁC LỚP NGUYÊN THỦY MẬT MÃ F2/1 VÀ F2/2
• 3.1. Phát triển họ thuật toán mật mã khối tốc độ cao
• 3.2. Họ thuật toán dựa trên CE F2/1
• 3.3. Họ thuật toán dựa trên CE F2/2
• 3.4. Phân tích độ an toàn của các thuật toán đề xuất
• 3.4.1. Phân tích độ an toàn của thuật toán dựa trên F2/1
• 3.4.2. Phân tích độ an toàn của thuật toán dựa trên F2/2
• 3.5. Phân tích hiệu quả thực hiện của các thuật toán đề xuất trên FPGA
• 3.5.1. Hiệu quả của thuật toán dựa trên F2/1
• 3.5.2. Hiệu quả của thuật toán dựa trên F2/2
• 3.6. Kết luận chương
• 4. CHƯƠNG 4: PHÁT TRIỂN NGUYÊN THỦY MẬT MÃ F2/4 VÀ XÂY DỰNG MỘT SỐ THUẬT TOÁN MẬT MÃ KHỐI
• 4.1. Phát triển lớp nguyên thủy mật mã F2/4
• 4.2. Xây dựng các CE F2/4
• 4.3. Phân tích các đặc tính mật mã của các CE F2/4
• 4.4. Xây dựng kiến trúc CSPN dựa trên CE F2/4
• 4.5. Phát triển một số thuật toán mật mã khối tốc độ cao
• 4.5.1. Tiêu chí thiết kế
• 4.5.2. Mô tả thuật toán
• 4.5.3. Thiết kế lược đồ khóa
• 4.6. Phân tích độ an toàn của các thuật toán đề xuất
• 4.6.1. Đánh giá các tiêu chuẩn thống kê
• 4.6.2. Đánh giá độ an toàn đối với thám mã lượng sai
• 4.7. Phân tích hiệu quả thực hiện của các thuật toán đề xuất trên FPGA
• 4.8. Kết luận chương
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về giải pháp bảo mật dữ liệu thời gian thực trên mạng IP

Chương này tập trung vào việc phân tích các giải pháp bảo mật dành cho dữ liệu thời gian thực trên mạng IP. Các giao thức như SRTP và IPSec được nghiên cứu để đảm bảo tính bảo mật và toàn vẹn dữ liệu. Ngoài ra, chương cũng đề cập đến các thuật toán mật mã khối và phương pháp thiết kế chúng để phù hợp với các ứng dụng thời gian thực. Phần cứng chuyên dụng như FPGA và ASIC được xem xét để tối ưu hóa hiệu suất bảo mật.

1.1. Giao thức bảo mật dữ liệu thời gian thực

Các giao thức như SRTP và IPSec được phân tích chi tiết. SRTP tập trung vào bảo mật truyền thông thời gian thực, trong khi IPSec cung cấp giải pháp bảo mật toàn diện cho mạng IP. Cả hai đều đảm bảo tính bảo mật dữ liệu, toàn vẹn dữ liệu, và xác thực thông tin.

1.2. Thuật toán mật mã khối

Các thuật toán mật mã khối như SPECTR-128 được nghiên cứu để đảm bảo độ an toàn cao. Các phương pháp thiết kế thuật toán dựa trên mạng chuyển vị thay thế điều khiển được (CSPN) được đề xuất để tối ưu hóa hiệu suất trên phần cứng chuyên dụng.

II. Cải tiến thuật toán mật mã khối SPECTR 128

Chương này tập trung vào việc cải tiến thuật toán SPECTR-128 để nâng cao độ an toàn và hiệu suất. Các phương pháp thám mã vi sai và thám mã tuyến tính được sử dụng để đánh giá độ an toàn của thuật toán. Kết quả cải tiến được chứng minh thông qua mô phỏng trên FPGA, đảm bảo tính khả thi trong việc ứng dụng vào các thiết bị bảo mật dữ liệu thời gian thực.

2.1. Phân tích độ an toàn của SPECTR 128

Các phương pháp thám mã vi sai và thám mã tuyến tính được áp dụng để đánh giá độ an toàn của SPECTR-128. Kết quả cho thấy thuật toán có một số điểm yếu cần được cải tiến để đáp ứng yêu cầu bảo mật cao hơn.

2.2. Cải tiến và đánh giá hiệu quả

Các cải tiến được đề xuất nhằm tăng cường độ an toàn của SPECTR-128. Hiệu quả của các cải tiến được đánh giá thông qua mô phỏng trên FPGA, chứng minh tính khả thi trong việc ứng dụng vào các thiết bị bảo mật dữ liệu thời gian thực.

III. Xây dựng thuật toán mật mã khối dựa trên lớp nguyên thủy F2 1 và F2 2

Chương này trình bày kết quả nghiên cứu về việc xây dựng các thuật toán mật mã khối mới dựa trên các lớp nguyên thủy F2/1 và F2/2. Các thuật toán này được thiết kế để đảm bảo độ an toàn cao và hiệu suất tối ưu trên phần cứng chuyên dụng. Kết quả đánh giá cho thấy các thuật toán này phù hợp cho các ứng dụng bảo mật dữ liệu thời gian thực.

3.1. Phát triển thuật toán dựa trên F2 1

Các thuật toán mật mã khối được phát triển dựa trên lớp nguyên thủy F2/1. Các thuật toán này được đánh giá về độ an toàn và hiệu suất, cho thấy khả năng ứng dụng cao trong các hệ thống bảo mật dữ liệu thời gian thực.

3.2. Phát triển thuật toán dựa trên F2 2

Tương tự, các thuật toán mật mã khối dựa trên lớp nguyên thủy F2/2 cũng được nghiên cứu và đánh giá. Kết quả cho thấy các thuật toán này đáp ứng được yêu cầu về độ an toàn và hiệu suất trên phần cứng chuyên dụng.

IV. Phát triển lớp nguyên thủy F2 4 và ứng dụng

Chương này giới thiệu việc phát triển lớp nguyên thủy F2/4 và ứng dụng của nó trong việc xây dựng các thuật toán mật mã khối. Các thuật toán này được thiết kế để đảm bảo độ an toàn cao và hiệu suất tối ưu trên phần cứng chuyên dụng. Kết quả đánh giá cho thấy các thuật toán này phù hợp cho các ứng dụng bảo mật dữ liệu thời gian thực.

4.1. Phát triển lớp nguyên thủy F2 4

Lớp nguyên thủy F2/4 được phát triển để tăng cường độ an toàn và hiệu suất của các thuật toán mật mã khối. Các đặc tính mật mã của F2/4 được phân tích và đánh giá để đảm bảo tính khả thi trong ứng dụng thực tế.

4.2. Ứng dụng trong thuật toán mật mã khối

Các thuật toán mật mã khối dựa trên F2/4 được xây dựng và đánh giá. Kết quả cho thấy các thuật toán này đáp ứng được yêu cầu về độ an toàn và hiệu suất trên phần cứng chuyên dụng, phù hợp cho các ứng dụng bảo mật dữ liệu thời gian thực.