Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HẠ TẦNG MẬT MÃ KHÓA CÔNG KHAI 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN. Hạ tầng khóa mật mã khóa công khai (Public Key Infastructure: PKI) có thể hiểu là: Tập hợp các công cụ, phương tiện cùng các giao thức bảo đảm an toàn truyền tin cho các giao dịch trên mạng máy tính công khai.
Đó là nền móng mà trên đó các ứng dụng, các hệ thống an toàn bảo mật thông tin đƣợc thiết lập. Theo nghĩa đầy đủ, PKI gồm 3 phần chính: Phần 1: Tập hợp các công cụ, phƣơng tiện, giao thức bảo đảm an toàn thông tin. Phần 2: Hành lang pháp lý: Luật giao dịch điện tử, các Qui định dƣới luật. Phần 3: Các tổ chức điều hành giao dịch điện tử (CA, RA, …).
Ba thành phần trên thiết lập một Hệ thống tin cậy trên mạng máy tính công khai. Hệ thống có các khả năng sau: Bảo đảm bí mật các thông tin truyền trên mạng: thực thể không đƣợc cấp quyền không thể xem trộm bản tin. Bảo đảm toàn vẹn các thông tin truyền trên mạng: thực thể không đƣợc cấp quyền không có thể sửa đổi bản tin. Bảo đảm xác thực các thông tin truyền trên mạng: thực thể nhận bản tin có thể định danh đƣợc thực thể gửi bản tin và ngƣợc lại.
Bảo đảm hỗ trợ các yêu cầu chống chối cãi. Nhờ những khả năng đó, trên hệ thống này, các thực thể không biết mặt nhau, từ xa có thể tiến hành các giao dịch trong niềm tin cậy lẫn nhau. Lịch sử phát triển PKI Việc Diffie, Hellman, Rivest, Shamir, và Adleman công bố công trình nghiên cứu về trao đổi khóa an toàn và thuật toán mật mã hóa khóa công khai vào năm 1976 đã làm thay đổi hoàn toàn cách thức trao đổi thông tin mật. Cùng với sự phát triển của các hệ thống truyền thông điện tử tốc độ cao (Internet và các hệ thống trƣớc nó), nhu cầu về trao đổi thông tin bí mật trở nên cấp thiết.
Thêm vào đó một yêu cầu nữa phát sinh là việc xác định định dạng của những ngƣời tham gia vào quá trình thông tin. Vì LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 vậy ý tƣởng về việc gắn định dạng ngƣời dùng với chứng thực đƣợc bảo vệ bằng các kỹ thuật mật mã đã đƣợc phát triển một cách mạnh mẽ. Nhiều giao thức sử dụng các kỹ thuật mật mã mới đã đƣợc phát triển và phân tích. Cùng với sự ra đời và phổ biến của World Wide Web, những nhu cầu về thông tin an toàn và nhận thực ngƣời sử dụng càng trở nên cấp thiết.
Chỉ tính riêng các nhu cầu ứng dụng cho thƣơng mại (nhƣ giao dịch điện tử hay truy cập những cơ sở dữ liệu bằng trình duyệt web) cũng đã đủ hấp dẫn các nhà phát triển lĩnh vực này. Taher ElGamal và các cộng sự tại Netscape đã phát triển giao thức SSL (https trong địa chỉ web) trong đó bao gồm thiết lập khóa, nhận thực máy chủ. Sau đó, các thiết chế PKI đƣợc tạo ra để phục vụ nhu cầu truyền thông an toàn. Các nhà doanh nghiệp kỳ vọng vào một thị trƣờng hứa hẹn mới đã thành lập những công ty hoặc dự án mới về PKI và bắt đầu vận động các chính phủ để hình thành nên khung pháp lý về lĩnh vực này.
Một dự án của American Bar Association đã xuất bản một nghiên cứu tổng quát về những vấn đề pháp lý có thể nảy sinh khi vận hành PKI (xem thêm: các hƣớng dẫn chữ ký số ABA). Không lâu sau đó, một vài tiểu bang của Hoa kỳ mà đi đầu là Utah (năm 1995) đã thông qua những dự luật và quy định đầu tiên. Các nhóm bảo vệ quyền lợi ngƣời tiêu dùng thì đặt ra các vấn đề về bảo vệ quyền riêng tƣ và các trách nhiệm pháp lý. Đến năm 1999: liên bang Hoa Kỳ (USA) có Luật giao dịch điện tử đồng nhất (Uniform Electronic Transactions Act: UETA).
Năm 1997: CHLB Đức có Luật chữ ký số (Digital Signature Act). Năm 1998: Singapore có Luật giao dịch điện tử (Electronic Transactions Act) Tuy nhiên, các luật và quy định đã đƣợc thông qua lại không thống nhất trên thế giới. Thêm vào đó là những khó khăn về kỹ thuật và vận hành khiến cho việc thực hiện PKI khó khăn hơn rất nhiều so với kỳ vọng ban đầu. Tại thời điểm đầu thế kỷ 21, ngƣời ta nhận ra rằng các kỹ thuật mật mã cũng nhƣ các quy trình/giao thức rất khó đƣợc thực hiện chính xác và các tiêu chuẩn hiện tại chƣa đáp ứng đƣợc các yêu cầu đề ra.
Thị trƣờng PKI thực sự đã tồn tại và phát triển nhƣng không phải với quy mô đã đƣợc kỳ vọng từ những năm giữa của thập kỷ 1990. PKI chƣa giải quyết đƣợc một số vấn đề mà nó đƣợc kỳ vọng. Những PKI thành công nhất tới nay là các phiên bản do các chính phủ thực hiện. Mục tiêu và chức năng của PKI PKI cho phép những ngƣời tham gia xác thực lẫn nhau và sử dụng thông tin từ các chứng thực khóa công khai để mã hóa và giải mã thông tin trong quá trình trao đổi.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 Thông thƣờng, PKI bao gồm phần mềm máy khách (client), phần mềm máy chủ (server), phần cứng (nhƣ thẻ thông minh) và các quy trình hoạt động liên quan. Ngƣời sử dụng cũng có thể ký các văn bản điện tử với khóa bí mật của mình và mọi ngƣời đều có thể kiểm tra với khóa công khai của ngƣời đó. PKI cho phép các giao dịch điện tử đƣợc diễn ra đảm bảo tính bí mật, toàn vẹn và xác thực lẫn nhau mà không cần phải trao đổi các thông tin mật từ trƣớc. Một số ứng dụng của PKI Mục tiêu chính của PKI là cung cấp khóa công khai và xác định mối liên hệ giữa khóa và định dạng ngƣời dùng.
Nhờ vậy ngƣời dùng có thể sử dụng trong một số ứng dụng nhƣ: Mã hóa Email hoặc xác thực ngƣời gửi Email (OpenPGP or S/MIME). Mã hóa hoặc xác thực văn bản (Các tiêu chuẩn Chữ ký XML; hoặc mã hóa XML khi văn bản đƣợc thể hiện dƣới dạng XML). Xác thực ngƣời dùng ứng dụng (Đăng nhập bằng thẻ thông minh, nhận thực ngƣời dùng trong SSL). Các giao thức truyền thông an toàn dùng kỹ thuật Bootstrapping (IKE, SSL): trao đổi khóa bằng khóa bất đối xứng, còn mã hóa bằng khóa đối xứng.
CÁC THÀNH PHẦN KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG PKI 1. Mã hóa Mã hóa là công cụ cơ bản của việc đảm bảo an toàn dữ liệu. Ở thời kỳ sơ khai, con ngƣời đã sử dụng nhiều phƣơng pháp để bảo vệ các thông tin bí mật, nhƣng tất cả các phƣơng pháp đó chỉ mang tính nghệ thuật hơn là khoa học. Ban đầu, mật mã học đƣợc sử dụng phổ biến cho quân đội, qua nhiều cuộc chiến tranh, vai trò của mật mã ngày càng quan trọng và mang lại nhiều thành quả không nhỏ nhƣ các hệ mã cổ điển Caeser, Playfair,…Chúng đã là nền tảng cho mật mã học này nay.
Ngày nay, khi toán học đƣợc áp dụng cho mật mã học thì lịch sử của mật mã học đã sang trang mới. Việc ra đời các hệ mã hóa đối xứng không làm mất đi vai trò của các hệ mật mã cổ điển mà còn bổ sung cho ngành mật mã nhiều phƣơng pháp mã hóa mới. Từ năm 1976, khi hệ mật mã phi đối xứng (mật mã khóa công khai) ra đời, nhiều khái niệm mới gắn với mật mã học đã xuất hiện: chữ ký số, hàm băm, mã đại diện, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 chứng chỉ số. Mật mã học không chỉ áp dụng cho quân sự mà còn cho các lĩnh vực kinh tế xã hội khác nhƣ giao dịch hành chính, thƣơng mại điện tử.
Hiện nay có nhiều phƣơng pháp mã hóa khác nhau, mỗi phƣơng pháp có ƣu, nhƣợc điểm riêng. Tùy theo yêu cầu của môi trƣờng ứng dụng nào, ngƣời ta có thể dùng phƣơng pháp này hay phƣơng pháp kia. Có những môi trƣờng cần phải an toàn tuyệt đối bất kể thời gian và chi phí. Có những môi trƣờng lại cần giải pháp dung hòa giữa bảo mật và chi phí.
Các thông điệp cần chuyển đi và cần đƣợc bảo vệ an toàn gọi là bản rõ (plaintext), và đƣợc ký hiệu là P. Nó có thể là một dòng các bít, các file, âm thanh số hoá,. Bản rõ đƣợc dùng để lƣu trữ hoặc để truyền đạt thông tin. Trong mọi trƣờng hợp bản rõ là thông điệp cần mã hoá.
Quá trình xử lý một thông điệp trƣớc khi gửi đƣợc gọi là quá trình mã hoá (encryption). Một thông điệp đã đƣợc mã hoá đƣợc gọi là bản mã (ciphertext), và đƣợc ký hiệu là C. Quá trình xử lý ngƣợc lại từ bản mã thành bản rõ đƣợc gọi là quá trình giải mã (decryption). Để bảo đảm an toàn thông tin lƣu trữ trong máy tính (Ví dụ giữ gìn thông tin cố định) hay bảo đảm an toàn thông tin trên đƣờng truyền tin (Ví dụ trên mạng máy tính, trên điện thoại), ngƣời ta phải “Che Giấu” các thông tin này.
“Che” thông tin (dữ liệu) hay “Mã hóa ” thông tin là thay đổi hình dạng thông tin gốc, và ngƣời khác “khó” nhận ra. “Giấu” thông tin (dữ liệu) là cất giấu thông tin trong bản tin khác, và ngƣời khác cũng “khó” nhận ra. Trong phần này chúng ta bàn về “Mã hóa” thông tin Hệ mật mã là tập hợp các thuật toán, các khóa nhằm che dấu thông tin tin cũng nhƣ làm rõ nó. Hệ mật mã đƣợc định nghĩa là bộ năm ( P,C,K,E,D), trong đó: - P là tập hữu hạn các bản rõ có thể - C là tập hữu hạn các bản mã có thể - K là tập hữu hạn khóa có thể - E là tập các hàm lập mã - D là tập các hàm giải mã.
Với mỗi k K có một hàm lập mã Ek E (Ek:P C) và một hàm giải mã Dk D (Dk : C P) sao cho Dk (Ek (x)) = x , x P. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Với khóa lập mã kl K, có hàm lập mã ekl E, ekl: P C, Với khóa giải mã kg K, có hàm giải mã dkg D, dkg: C P, sao cho dkg (ekl (x)) = x, x P. Ơ đây x đƣợc gọi là bản rõ, ekl (x) đƣợc gọi là bản mã. Trên đƣờng truyền tin, thông tin đƣợc mã hoá để bảo đảm bí mật: Ngƣời gửi G ekl (T) Ngƣời nhận N (có khóa lập mã kl) (có khóa giải mã kg) Tin tặc có thể trộm bản mã ekl (T) Ngƣời gửi G muốn gửi bản tin T cho ngƣời nhận N.