phần mở đầu giới thiệu về tính cấp thiết của luận án, mục đích, nhiệm vụ, phƣơng pháp, đối tƣợng, phạm vi, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, các đóng góp mới, luận án đƣợc chia thành 3 chƣơng với bố cục nhƣ sau: Chƣơng 1: Một số khái niệm về xác thực và bảo mật thông tin Chƣơng này tập trung vào trình bày tóm tắt tình hình nghiên cứu về các giải pháp mật mã nói chung và vấn đề an ninh bằng mật mã hiện nay. Phân tích các tồn tại, những vấn đề đặt ra và hƣớng tiếp cận của luận án về một số phƣơng pháp bảo mật và xác thực thông tin. Chƣơng 2: Phát triển lƣợc đồ mã hóa và giải mã Chƣơng này trình bày các kết quả nghiên cứu của luận án về phƣơng pháp bảo mật thông tin. Nội dung của chƣơng tập trung trình bày phƣơng pháp bảo mật nhƣ là: Dùng khóa 1 lần (OTP).
Đề xuất các tiêu chuẩn đánh giá dãy bit giả ngẫu nhiên. Chƣơng 3: Phát triển một số lƣợc đồ chữ ký số Chƣơng này trình bày các kết quả nghiên cứu mới của luận án về một số phƣơng pháp xác thực thông tin dựa trên hệ mật mới định danh. Lƣợc đồ chữ ký số dựa trên hệ mật định danh, Lƣợc đồ chữ ký số tập thể ủy nhiệm dựa trên hệ mật định danh, Lƣợc đồ chữ ký mù trên đƣờng cong Elliptic. 9 Chƣơng 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM XÁC THỰC VÀ BẢO MẬT THÔNG TIN Chƣơng này trình bày tổng quan về vấn đề nghiên cứu với những nội dung chính sau: giới thiệu chung về vấn đề bảo mật, các thuật toán mật mã khóa bí mật và các thuật toán mật mã khóa công khai, các lƣợc đồ xác thực dựa vào chữ ký số.
Thông qua đó xác định rõ vấn đề đặt ra cần nghiên cứu, vị trí vấn đề nghiên cứu, xu hƣớng và giải pháp giải quyết vấn đề đặt ra. Bảo mật thông tin Ngày nay thông tin đã trở thành một trong những tài nguyên quý nhất của nhiều quốc gia, đặc biệt trong bối cảnh của xu hƣớng toàn cầu hóa và phát triển nền kinh tế tri thức. Bảo vệ thông tin và bảo đảm môi trƣờng làm việc với nguồn tài nguyên này là nhiệm vụ tất yếu, chúng đóng vai trò rất quan trọng vì càng ngày càng có nhiều ngƣời tham gia khai thác và cung cấp thông tin trên đó. Song các ứng dụng và các dịch vụ trên đó hiện vẫn tiềm ẩn nguy cơ về an ninh.
Nguyên nhân là các lớp bảo mật của nhiều giao thức vẫn sử dụng các thuật toán mã hóa, đặc biệt là không phù hợp cho các thiết bị, nơi mà bị hạn chế về nguồn năng lƣợng, khả năng xử lý. Nhìn chung, các thuật toán mật mã truyền thống sử dụng nhiều các phép toán số học và đại số. [23 đã giới thiệu về mật mã học, đến năm 2007, H. Knebl [21 đã giới thiệu các nguyên tắc và ứng dụng mật mã.
Đây là lý do giải thích cho việc khi sử dụng các thuật toán mật mã dạng này tiêu hao nhiều tài nguyên và năng lƣợng của hệ thống, mà năng lƣợng đối với các thiết bị luôn là một vấn đề đáng đƣợc quan tâm. Trƣớc đây khi công nghệ máy tính chƣa phát triển, khi nói đến vấn đề an toàn bảo mật thông tin, thƣờng hay nghĩ đến các biện pháp nhằm đảm bảo cho thông tin đƣợc trao đổi hay cất giữ một cách an toàn và bí mật. Các biện pháp thƣờng dùng nhƣ sau: - Đóng dấu và ký niêm phong một bức thƣ để biết rằng lá thƣ có đƣợc chuyển nguyên vẹn đến ngƣời nhận hay không. 10 - Dùng mật mã mã hóa thông điệp để chỉ có ngƣời gửi và ngƣời nhận hiểu đƣợc thông điệp.
Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng trong chính trị và quân sự. - Lƣu giữ tài liệu mật trong các két sắt có khóa, tại các nơi đƣợc bảo vệ nghiêm ngặt, chỉ có những ngƣời đƣợc cấp quyền mới có thể xem tài liệu. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, đặt biệt là sự phát triển của mạng Internet, ngày càng có nhiều thông tin đƣợc lƣu giữ trên máy vi tính và gửi đi. Do đó xuất hiện nhu cầu về an toàn và bảo mật thông tin trên máy tính.
Có thể phân loại mô hình an toàn bảo mật thông tin trên máy tính theo hai hƣớng chính nhƣ sau : +) Bảo vệ thông tin trong quá trình truyền thông tin (Network Security) +) Bảo vệ hệ thống máy tính, và mạng máy tính, khỏi sự xâm nhập phá hoại từ bên ngoài (System Security) Do đó đề tài của luận án Phát triển một số phƣơng pháp bảo mật và xác thực thông tin nhằm đƣa ra một số giải pháp tích cực hơn cho vấn đề này. Bảo vệ thông tin trong quá trình truyền tin Thông tin đƣợc lƣu trữ trên nhiều dạng vật liệu khác nhau nhƣ đƣợc khắc trên đá, đƣợc ghi lại trên giấy, trên bìa, trên băng từ, đĩa từ, đĩa cứng, thẻ nhớ,. Thông tin chính là tất cả những gì mang lại hiểu biết cho con ngƣời mà con ngƣời tri thức đƣợc. Con ngƣời luôn có nhu cầu thu thập thông tin bằng nhiều cách khác nhau: đọc báo, nghe đài, xem truyền hình, truy cập mạng Internet, giao tiếp với ngƣời khác một cách trực tiếp hoặc thông qua các diễn đàn điện tử và mạng xã hội,.
Thông tin làm tăng hiểu biết của con ngƣời, là nguồn gốc của nhận thức và là cơ sở để đƣa ra quyết định. Các loại hình tấn công Giả sử, có ba nhân vật tên là Alice, Bob và Trudy, trong đó Alice và Bob thực hiện trao đổi thông tin với nhau, còn Trudy là kẻ xấu, đặt thiết bị can thiệp vào kênh truyền tin giữa Alice và Bob. Sau đây là các loại hành động tấn công của Trudy mà ảnh hƣởng đến quá trình truyền tin giữa Alice và Bob: 11 +) Xem trộm thông tin Trudy Đọc nội dung thông tin của Alice Network Alice Bob Hình 1.1 Xem trộm thông tin +) Sửa nội dung thông tin Trudy Sửa nội dung thông tin của Alice gửi cho Bob Network Alice Bob Hình 1.2 Sửa thông tin +) Mạo danh Trudy Trudy giả là Alice gửi thông tin cho Bob Network Alice Bob Hình 1.3 Mạo danh +) Phát lại thông tin Trud Sao chép lại thông tin của Alice và gửi lại sau cho Bob Network Alice Bob Hình 1.4 Phát lại thông tin 12 1. An toàn bảo mật hệ thống thông tin Sự an toàn của hệ thống thông tin thực chất là sự đảm bảo an ninh ở mức độ chấp nhận đƣợc.
Những hoạt động đề phòng và xử lý sự cố đòi hỏi với các chi phí, chúng tỷ lệ thuận với khả năng và mức độ an toàn, nhƣng vẫn có thể vƣợt khỏi vòng kiểm soát, gây ra sự mất an toàn không mong muốn. Muốn hệ thống thông tin an toàn thì trƣớc hết phải có sự đảm bảo thông tin trên cơ sở hạ tầng mạng truyền dữ liệu thông suốt. An toàn và bảo mật để đảm bảo bí mật về nội dung thông tin. Hai yếu tố an toàn và bảo mật đều rất quan trọng và gắn bó với nhau.
Hệ thống mất an toàn thì không bảo mật đƣợc và ngƣợc lại hệ thống không bảo mật đƣợc thì mất an toàn. Tuy nhiên, có thể phân biệt chúng rõ ràng hơn bằng những định nghĩa cụ thể nhƣ sau: - Một hệ thống sẽ là an toàn khi các khiếm khuyết không thể làm cho các hoạt động chủ yếu của nó ngừng hẳn và các sự cố nếu xảy ra sẽ đƣợc khắc phục một cách kịp thời mà không gây thiệt hại đến mức độ nguy hiểm cho chủ sở hữu. - Một hệ thống đƣợc coi là bảo mật nếu tính riêng tƣ của nội dung thông tin đƣợc đảm bảo theo đúng các chỉ tiêu trong một thời gian xác định.5 Mô hình bảo mật truyền thông tin 13 1. Các biện pháp bảo vệ thông tin Khi ngƣời sử dụng hệ thống thông tin thay đổi một thông tin nào đó thì sẽ trở thành chủ sở hữu của thông tin đã thay đổi.
Nhƣng khi trao đổi một thông tin, thông tin đó chỉ có giá trị cao nhất đối với chủ sở hữu của nó và những đối tƣợng đƣợc phép truy cập nó hoặc những ngƣời nhận, nếu nó đảm bảo đƣợc 4 đặc điểm có tính chất nguyên tắc sau đây: Tính sẵn sàng: Có tính sẵn sàng, hay truy cập đƣợc, nghĩa là thông tin phải có thể lấy đƣợc vào bất cứ lúc nào theo yêu cầu của chủ sở hữu và ngƣời sử dụng. Tính toàn vẹn: Có tính toàn vẹn nghĩa là thông tin không bị thay đổi (thêm, bớt, xoá bỏ) ngoài ý muốn của chủ sở hữu, trƣớc khi sang tay ngƣời sử dụng. Tính riêng tư: Có tính riêng tƣ, hay bí mật,nghĩa là nội dung thông tin của chủ sở hữu không bị ngƣời khác (trừ ngƣời sử dụng hợp pháp) đọc trộm, nghe trộm hoặc hiểu đƣợc. Tính trách nhiệm: Có tính trách nhiệm, hay không từ chối, nghĩa là chủ sở hữu và ngƣời sử dụng không thể phủ nhận việc đã gửi và nhận thông tin của nhau ở các thời điểm chính xác.
Vai trò của mật mã trong việc bảo mật thông tin Mật mã hay mã hóa, là một công cụ cơ bản thiết yếu của bảo mật thông tin. Mật mã đáp ứng đƣợc các nhu cầu về tính bảo mật, tính chứng thực và tính không từ chối của một hệ truyền tin.6 Mô hình phòng chống thâm nhập và phá hoại hệ thống 14 1. Mật mã đối xứng hiện đại Cùng với sự phát triển của máy tính, thông tin ngày một trở nên đa dạng, một bản tin bây giờ không chỉ đơn giản là bản tin gồm các chữ cái, mà có thể gồm cả các thông tin về định dạng văn bản nhƣ tài liệu HTML… Ngoài ra bản tin có thể xuất hiện dƣới các loại hình khác nhƣ hình ảnh, video, âm thanh… Tất cả các bản tin đó đều đƣợc biểu diễn trên máy tính dƣới dạng một dãy các số nhị phân. Tƣơng tự nhƣ bản tin ngôn ngữ, trong bản tin nhị phân cũng tồn tại một số đặc tính thống kê nào đó mà ngƣời phá mã có thể tận dụng để phá bản mã, dù rằng bản mã bây giờ tồn tại dƣới dạng nhị phân.
Từ những thay đổi kể trên, cần phải có những phƣơng pháp mã hóa hiện đại hơn những phƣơng pháp mã hóa cổ điển để có thể mã hóa đƣợc tất cả những bản tin đa phƣơng tiện. Trong mục này sẽ tìm hiểu các phƣơng pháp mã hóa đối xứng hiện đại bao gồm mã hóa dòng và mã hóa khối.1 Mật mã dòng Mật mã dòng là phƣơng pháp mã hóa từng dòng bit và có các đặc tính sau: Kích thƣớc một đơn vị mã hóa gồm k bit.
