phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn đojợc trình sày lr0ng sa choJơng: chojong 1: Giới thiệu tổng quan về mật mã nhẹ, mật mã dòng lr0ng mật mã nhẹ, một số khái niệm quan trọng, lìm hiểu mội số hệ mật mã dòng lr0ng mật mã nhẹ phô siến hiện nay và lợi ích cũng nhơi vấn đề gặp phải khi ứng dụng mậi mã dòng lr0ng mật mã nhẹ tr0ng thực lế mà liêu siểu IOT. chơjơng 2: IIghiên cứu và đánh giá về một họ hệ mật mã dòng liêu siểu tr0ng mat ma mhe — Grain va kha nang tng dung mat ma dong the Grain trOng IOT. chojong 3: Thuc nghiém 4p dung mã hóa đầu cuối với mật mã Grain và mã xác thực thông sá0 với hàm săm nhẹ Keccak ir0ng việc sử dụng lhiết sị Fasserry để thu thập đữ liệu lừ cảm siến ShT11 dùng đề đ0 nhiệt độ, độ âm của phòng làm việc; qua đó trả lại thông tin ch0 ngojời dòng thông qua gia0 diện Web hTMLS. IIgojời dòng có thể điều khiển các thiết sị lr0ng phòng để thay đổi nhiệt độ, độ âm.
Đồng thời đánh giá hiệu quả của việc sử dụng mật mã dòng lr0ng mật mã nhẹ lrên Ï'aspberry sO với một số giải thuật mã hóa khác. Kết quả đại đơjợc Sau 6 tháng nghiên cứu, về lý thuyết, luận văn đã nghiên cứu, đánh giá đơjợc độ an l0àn, hiệu suất sử dụng của hệ mậi mã Grain nói riêng và hệ mật mã dòng lr0ng mật mã nhẹ nói chung lr0ng môi lrojờng I0T. Về thực nghiệm, luận văn đã xây dựng thành công kênh truyền lin an 10an bang phojong phap ma hoa dau cuối sử dụng kỹ thuật mã hóa dòng Grain và xác thực thông sá0 với hàm băm Keccak lrên Taspserry PI để điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, cửa ra và0 tr0ng một ngôi nhà. Từ đó có những số liệu thực lễ đánh giá hiệu quả, độ an 10àn của mật mã dòng nhẹ Grain s0 với một số hệ mật mã nhẹ khác.
MAT MA DOIG TIONG MAT MÃ HhẸ 1. Tổng quan về mật mã nhẹ 1. Mộtsố khái niệm cơ bản 1. hệ mật mã bệ mật mã [17]: là mộ! hệ sa0 gồm 5 thành phần (P, c, K, E, D) th0ả mãn các lính chất sau: e _P (Plainlexl) là lập hợp hữu hạn các bản rõ có thé.
e c (ciphertext) 14 tap hợp hữu hạn các bản mã có thé. e K (Key) 1a lap hợp các sản kh0á có thẻ. e« EŒncryli0n) là lập hợp các qui lắc mã h0á có thé. e D(Decryli0n) là lập hợp các qui lắc giải mã có thể.
EgŒ)=c và Đrg()=P Bản rõ at tod Ban ma Ât toá Bản rõ Thuật toán Thuật toán Mã hoá Giải mã hình 1-1: Sơ đồ hệ mật mã Hhững yêu cầu đối với hệ mật mã [18] ¢ Đội1in cậy: sằng việc sử dụng các kỹ thuật mã hóa khác nhau, hệ mật giúp che giấu thông lin, đảm sả0 sự bí mật ch0 các thông sá0 và đữ liệu đơiợc lơiu Trữ. ¢ Tính Hiần vẹn: cung cấp cơ chế đảm sả0 thông sá0 không bi thay đổi tr0ng quá trình truyền nhận. ¢ Tinh không thể chối sỏ: có thê cung cấp mội cách xác nhận rằng lài liệu đã đến lừ ai đó ngay cả khi họ cố gắng lừ chối nó. xác thực nguồn gốc của một thông sá0 và của ngojời đang đăng nhập một hệ thong.
Ta có thễ phân hệ mật mã thành bai l0ại dựa và0 khóa: e hệ mậi mã khóa đối xung (Symmetric cryptOsystem): la mot hé mat ma kha lâu đời với &h0á mã h0á có thê lính ra đojợc &h0á giải mã, hOặc khÓá mã h0á và kh0á giải mã là giống nhau. Với hệ mật mã khóa đối xứng, ngojời gửi và ngơjời nhận phải thỏa thuận khóa bí mật lrojlớc khi thực hiện mã hóa. Độ an l0àn của 7 thuậi l0án này phụ thuộc và0 kh0á. Tiếu khóa sí mật sị tiết lộ thì sất kỳ ai cũng có thê giải mã thông sá0 lr0ng hệ thống mã h0á.
Giải mã hình 1-2: Mã h0á với hệ mật mã khóa đối xứng e hệ mật mã sất đối xứng (Asymmelric crypl0syslem): Diffie và hellman đã phát minh ra hệ mã há đông khai hay hệ mã h0á phi đối xứng từ những năm 1970. hệ mã h0á công khai khác siệi s0 với hệ mậi mã đối xứng ở khóa mã hóa và khóa giải mã. Đặc siệt, kẻ lân công không lhể lính l0án đơjợc khóa giải mã kể cả khi siết khóa mã hóa. Khóa mã hóa có thể công khai.
bất kỳ ai cũng có thể sử dụng kh0á công khai để mã h0á thông sá0, nhơing chỉ ngojời có kh0á sí mật thì mới có khả năng giải mã đojợc thông điệp. KhOá công khai và sản mã đều có thể gửi trên mội kênh truyền không an 10an ma at. ari ma Giai ma Ban rõ | hình 1-3: Ma A0d voi hé mal ma val doi xứng 1. Khái niệm mậi mã nhẹ hiện nay, chơIa có một tô chức nà0 đoỊa ra khái niệm chính xác hay định loợng cu thé vé mậi mã nhẹ.
Vì vậy có rất nhiều phiên sản để định nghĩa mật mã nhẹ. Mội tr0ng số đó là liêu chuẩn IS0/TEc 29192-1 [1] đã đơa ra khái niệm cơ sản về mật mã nhẹ lr0ng phần lông quan của liêu chuân. Mật! mã nhẹ là mật mã đojợc dùng ch0 mục đích sả0 mật, xác thực, nhận dạng và tra0 đổi khóa; phù hợp cài đặ! ch0 những môi lrojờng lài nguyên hạn chế. Tr0ng IS0 / IEc 29192, tính chất nhẹ đơjợc mô lả dựa trên nền tảng cài đặt.
Tr0ng triển khai phần cứng, diện lích chip và năng lojợng liêu thụ là những siện pháp quan trọng để đánh giá lính nhẹ của hệ mật. Tr0ng triển khai phần mềm Thì kích thojớc mã nguồn, kích thơjớc TAM lai là liêu chí ch0 mội hệ mật dojgc c0i là nhẹ. Quá trình hình thành và phát triển của mật mã nhẹ Mật mã nhẹ đã đojợc nhiều nhà nghiên cứu tim hiéu từ rất lâu, nhơing mãi đến cách đây 13 năm mới có sự ra đời và áp dụng chính thức của những giải thuậi mật mã nhẹ đầu liên: Grain và Trivium (2005), Presenl, DESL, DESXL (2007), KATAII (2009) và Spr0ul (2015). IIgày càng nhiều thuật 10án mã hóa nhẹ đojợc ra đời với nhiều ứng dụng hữu ích [30].
Stream Ciphers b Hash Functions ø | MSP-based HF ; SP-based AE Auth. Ciphers 6 BC-based AE Block Ciphers 1996-1997 2000-2001 2004-2005 2008-2009 2012-2013 2016-2017 1994-1995 1998-1999 2002-2003 2006-2007 2010-2011 2014-2015 hình 1-4: Số luợng mật mã nhẹ được phái lsiễn oởi qác nhà kh0a học bên cạnh đó mạng lojới vạn vật kết nối cũng chứa đựng nhiều yếu điểm — cơ hội ch0 những kẻ lắn công thực hiện những hành động xấu. IIhất là lr0ng những ứng dụng yêu cầu độ an 10àn caO nhơi các ứng dụng quân sự, ngân hàng hay lự động hóa. IIg0ài những lấn công và0 đojờng truyền vật lý, nh 10án khắp nơi còn sị đe dọa bởi những cuộc lấn công chiếm quyền kiểm s0á†, lấn công lấy dữ liệu trên đojờng truyền,.
chính vì thế lr0ng hệ thống lính 10án khắp nơi, độ an 10am cua hé mat cần đojợc quan lâm xem xét. ITguyên lý thiết kế thuật án mật mã nhẹ Hguyên lý thiết kế các thuật l0án mật mã nhẹ là một sài ‡0án choja có lời giải chính xác ch0 các thiết sị có lài nguyên hạn chế. Mậi mã nhẹ cần đáp ứng đojợc yêu cầu “nhẹ” lr0ng cài đặt nhoịng mặt khác nó vẫn phải đảm sả0 mức độ an l0àn cần thiết ch0 ứng dụng/phần cứng. IIgojời thiết kế mật mã nhẹ phải thỏa hiệp, cân đối giữa ba liêu chí: độ an l0àn, hiệu suất và chỉ phí cải đặt (hình 1-5).
— a) | toàn / 256 bit 48 vong Sei Độ dài khóa Số vòng 56 bit 16 vong ye ie. pe a ( Giá ` Ewa, ( thanh ten oe ni ) ` thấp /Serial Parrallol\. sual / Secs el Ác ga 1( hình 1-5: ba nguyên lý thiết kế lhuậi lUán mậi mã nhẹ 1I DO an Wan: Khi thiết kế sất kỳ một hệ mật mà0, điều đầu liên ngojời thiết kế cần quan lâm là độ an 10àn của hệ mật. Độ an l0àn có thê c0i là một yếu lố sống còn của mội hệ mậi.
Với mật mã nhẹ, ngojời thiết kế cần thiết kế một hệ mật “đủ an l0àn” lr0ng điều kiện ch0 phép về chỉ phí và hiệu quả cai đặt. Dĩ nhiên độ an 10an của mật mã nhẹ chỉ đạt đến một ngojỡng an l0àn chấp nhận đojợc nà0 đó lr0ng mội điều kiện cụ thê. hiệu qua cai dat, thojong dojoc damh giá qua các độ đ0 lài nguyên đơøJợc sử dụng bởi thuật 104m who: dién lích sề mặt, số chu kỳ xung nhịp, thời gian thực lhi, thông lojợng, nguồn cung cấp, năng lojợng, điện lích. Vêu cầu này liên quan mật thiết đến chi phí cài đặt, hiệu suất và khả năng lính 10án trên đơiờng truyền.
Độ đ0 ch0 lính hiệu quả của phần cứng chính sằng tỷ lệ thông lơiợng và điện lích sử dụng của hệ mat ma d6 (bang 1-1) bang 1-1: hiéu qué phan aing aia mél số giải lhuậi mậi mã nhẹ kos x. | chu kỳ xung Thông Xử lý Điện Mã nhá So ils | SO bils ° \ ` I a a _ i é ong 0 i í phap khóa | khối nhịp lrên ojos gic tich một 100Mhz | (um) | (GEs) khô (Kbps) i Mã khối Present | 80 64 32 200 0.13 1294 Gia hành của thuật l0án: Thông thơjờng các hé mat ma mhe thojong dajgc ap dụng trên một số loợng lớn các thiét bi nhơi hệ thống I0T. chính vì vậy giá thành của thuật 10án cũng đóng ý nghĩa quan trọng lr0ng việc triển khai. Mội hệ mật lốt cần phải cân bằng giữa giá thành, hiệu suất và độ an l0àn.
Tuy nhiên việc cân sằng cả 3 yếu lô này là một sài l0án khó. Tùy từng điều kiện, yêu cầu cu thé, ngơiời thiết kế có thé cân đối nên oyu liên khía cạnh nà0 hơn. Ví dụ nhơi khi thực hiện cài dit bằng phần cứng có hiệu suất ca0 thì thojờng dẫn tới các yêu cầu ca0 về điện tích, giá thành ca0. Mặt khác, khi thiết kế các hệ mã dịu liên độ an l0àn lrên một thiết sị có phần cứng thấp thì hiệu suất có thê sẽ rất thấp.
các mậi mã nhẹ nguyên thủy The0 nghiên cứu của EcTVPTÌ, mậi mã nhẹ cũng có 4 l0ại mật mã nguyên thủy lolơng lự với 4 l0ại của mật mã truyền thống. Đó là mã khối, mã dòng, mã xác thực thông sá0 và hàm săm. Qua các hội nghị EcTVPT đã đề cập đến nhiều hệ mật nhơi: se Mã khối: hlGhT, KATAI/KTAIITTAII, DESL/DESX/DESXL, PTESEIT, PTIITaner, SEA, XTEA, LBI0ck,. e Mã dòng: Grain, MICKET, TTTVIUM, F-FcST-h, WG-7 e Mã xác lhực lhông sá0: SQUASh e hàm săm: MAME, h-PTESEIIT /DM-PTESEIIT, Keccak, Ph0T0IT, QUATK hay Sp0ngeni.