I. Giới thiệu về thuật toán mã khối
Thuật toán mã khối là một phần quan trọng trong lĩnh vực bảo mật thông tin và mã hóa dữ liệu. Chương này giới thiệu tổng quan về các hệ mã khối, bao gồm các khái niệm cơ bản như hệ mã khối khóa bí mật, độ an toàn của các hệ mã khối, và các nguyên lý thiết kế mã khối. Các hệ mã khối được chia thành hai loại chính: hệ mã khối và hệ mã dòng, trong đó mã khối xử lý dữ liệu theo từng khối lớn, thường là 128-bit. Ưu điểm của mã khối là khả năng chuẩn hóa dễ dàng và độ chính xác cao trong quá trình giải mã.
1.1. Hệ mã khối khóa bí mật
Hệ mã khối khóa bí mật yêu cầu người gửi và người nhận chia sẻ một khóa bí mật chung. Khóa này được sử dụng để mã hóa và giải mã dữ liệu. Mô hình Shannon được sử dụng để mô tả quá trình này, trong đó khóa bí mật được phân phối qua kênh an toàn. Hệ mã khối khóa bí mật được coi là an toàn nếu thám mã không thể truy cập được khóa bí mật.
1.2. Độ an toàn của các hệ mã khối
Độ an toàn của các hệ mã khối được đánh giá dựa trên khả năng chống lại các tấn công thám mã. Các tấn công phổ biến bao gồm tấn công chỉ biết bản mã, tấn công bản rõ đã biết, và tấn công bản rõ lựa chọn. Độ an toàn vô điều kiện và độ an toàn tính toán là hai khái niệm quan trọng trong việc đánh giá độ an toàn của các hệ mã khối.
II. Các cấu trúc mã khối cơ bản
Chương này tập trung vào các cấu trúc mã khối cơ bản, bao gồm cấu trúc Feistel, cấu trúc Matsui, và cấu trúc cộng-nhân. Các cấu trúc này là nền tảng cho việc thiết kế các thuật toán mã khối hiện đại. Cấu trúc Feistel là một trong những cấu trúc phổ biến nhất, được sử dụng trong nhiều thuật toán mã khối như DES. Cấu trúc này chia dữ liệu thành hai nửa và áp dụng các hàm vòng để mã hóa.
2.1. Cấu trúc Feistel
Cấu trúc Feistel chia dữ liệu thành hai nửa và áp dụng các hàm vòng để mã hóa. Mỗi vòng sử dụng một khóa con khác nhau, đảm bảo tính bảo mật cao. Cấu trúc này được sử dụng rộng rãi trong các thuật toán mã khối như DES và Blowfish.
2.2. Cấu trúc Matsui
Cấu trúc Matsui là một biến thể của cấu trúc Feistel, được thiết kế để tăng cường độ an toàn của các thuật toán mã khối. Cấu trúc này sử dụng các phép biến đổi phức tạp hơn để đảm bảo tính bảo mật cao hơn.
III. Thám mã và các tấn công phổ biến
Chương này phân tích các phương pháp thám mã và các tấn công phổ biến đối với các hệ mã khối. Các tấn công được đề cập bao gồm thám mã vi sai, thám mã tuyến tính, và thám mã phi tuyến. Thám mã vi sai là một phương pháp tấn công mạnh, đặc biệt hiệu quả đối với các hệ mã khối lặp như DES. Thám mã tuyến tính sử dụng các xấp xỉ tuyến tính để tìm ra khóa bí mật.
3.1. Thám mã vi sai
Thám mã vi sai là một phương pháp tấn công dựa trên sự khác biệt giữa các bản rõ và bản mã. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả đối với các hệ mã khối lặp như DES. Thám mã vi sai yêu cầu một số lượng lớn các cặp bản rõ/bản mã để tìm ra khóa bí mật.
3.2. Thám mã tuyến tính
Thám mã tuyến tính sử dụng các xấp xỉ tuyến tính để tìm ra khóa bí mật. Phương pháp này dựa trên việc tìm kiếm các mối quan hệ tuyến tính giữa các bit của bản rõ và bản mã. Thám mã tuyến tính đòi hỏi một số lượng lớn các phép tính toán nhưng có thể hiệu quả đối với các hệ mã khối yếu.
IV. Khảo sát các đặc trưng của mã khối
Chương này khảo sát các đặc trưng của mã khối dựa trên các độ đo giải tích. Các đặc trưng được đề cập bao gồm hộp thế, hàm vòng, và độ an toàn thực tế của các hệ mã khối. Hộp thế là một thành phần quan trọng trong các hệ mã khối, đảm bảo tính phi tuyến và độ an toàn cao. Hàm vòng là các phép biến đổi được áp dụng trong mỗi vòng mã hóa, đảm bảo tính bảo mật của hệ mã.
4.1. Hộp thế trong mã khối
Hộp thế là một thành phần quan trọng trong các hệ mã khối, đảm bảo tính phi tuyến và độ an toàn cao. Hộp thế thực hiện các phép thay thế phi tuyến trên các bit dữ liệu, làm tăng độ phức tạp của quá trình thám mã.
4.2. Hàm vòng trong các mã khối lặp
Hàm vòng là các phép biến đổi được áp dụng trong mỗi vòng mã hóa, đảm bảo tính bảo mật của hệ mã. Các hàm vòng thường sử dụng các phép toán như XOR, cộng, và nhân để tạo ra các biến đổi phức tạp trên dữ liệu.
V. Xây dựng thuật toán mã khối MK_KC 01 01
Chương này trình bày quá trình xây dựng thuật toán mã khối MK_KC-01-01, một thuật toán được thiết kế để đảm bảo độ an toàn và hiệu quả cao. Thuật toán này bao gồm các thành phần chính như phần ngẫu nhiên hóa dữ liệu, lược đồ khóa, và các thông số an toàn lý thuyết và thực nghiệm. Thuật toán MK_KC-01-01 được thiết kế để chống lại các tấn công thám mã phổ biến và đảm bảo tính bảo mật cao.
5.1. Phần ngẫu nhiên hóa dữ liệu
Phần ngẫu nhiên hóa dữ liệu là một thành phần quan trọng trong thuật toán MK_KC-01-01, đảm bảo tính ngẫu nhiên và độ an toàn cao. Phần này sử dụng các tham số cụ thể để tạo ra các biến đổi ngẫu nhiên trên dữ liệu, làm tăng độ phức tạp của quá trình thám mã.
5.2. Lược đồ khóa
Lược đồ khóa trong thuật toán MK_KC-01-01 được thiết kế để đảm bảo tính bảo mật cao. Lược đồ này sử dụng các phép biến đổi phức tạp trên khóa để tạo ra các khóa con, đảm bảo tính an toàn của hệ mã.
