Nghiên cứu phương pháp bảo vệ bản quyền tài liệu số hóa trong luận văn thạc sĩ

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu phương pháp bảo vệ bản quyền tài liệu số hóa, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực .

• Tác giả: Lê Thụy
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa Học Máy Tính
• Đề tài: Phương Pháp Bảo Vệ Bản Quyền Tài Liệu Số Hóa
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• 1.1. Phân loại các hệ mã hóa
• 1.2. Một số hệ mã hóa cụ thể
• 1.3. Một số tính chất cơ bản của hàm băm
• 1.4. Cấu trúc cơ bản của các thuật toán băm mật mã
• 1.5. Phân loại chữ ký điện tử
• 1.6. Một số sơ đồ chữ ký cụ thể
• 1.7. THỦY VÂN SỐ
• 2. CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MỘT SỐ TỆP DỮ LIỆU PHỔ BIẾN TRÊN INTERNET
• 2.1. ÂM THANH VÀ MỘT SỐ CẤU TRÚC FILE ÂM THANH
• 2.1.1. Các đặc tính của âm thanh
• 2.1.2. Số hóa tín hiệu âm thanh tương tự
• 2.1.3. Một số cấu trúc file âm thanh số
• 2.2. ẢNH SỐ VÀ CÁC CẤU TRÚC FILE ẢNH
• 2.2.1. Màu sắc và các mô hình màu
• 2.2.1.1. Mô hình màu RGB
• 2.2.1.2. Mô hình màu CMY
• 2.2.1.3. Mô hình màu HSV
• 2.2.2. Một số loại ảnh
• 3. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ BẢN QUYỀN TÀI LIỆU SỐ
• 3.1. PHƯƠNG PHÁP BẢO MẬT
• 3.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC THỰC
• 3.2.1. Xác thực đồng nhất (toàn vẹn dữ liệu)
• 3.2.2. Xác thực thực thể
• 3.3. PHƯƠNG PHÁP CHỐNG CHỐI BỎ
• 3.3.1. Sơ đồ chữ ký chống chối cãi có “trọng tài”
• 3.3.2. Sơ đồ chữ ký chống chối cãi Chaum-van Antverpen
• 3.4. PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP CHỮ KÝ SỐ VÀ CHỨNG CHỈ SỐ
• 3.4.1. Mô hình xác thực bản quyền sử dụng chứng chỉ số
• 3.4.2. Sự chứng nhận và kiểm tra chữ ký
• 3.5. PHƯƠNG PHÁP THỦY VÂN SỐ
• 3.5.1. Kỹ thuật thủy vân LSB ứng dụng chống xuyên tạc ảnh
• 3.5.1.1. Kỹ thuật LSB (Least Signification Bits)
• 3.5.1.2. Thuật toán nhúng thủy vân bằng kỹ thuật LSB
• 3.5.2. Kỹ thuật thủy vân bền vững trên miền tần số
• 3.5.2.1. Biến đổi Cosin rời rạc – DCT
• 3.5.2.2. Thuật toán nhúng thủy vân
• 4. CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM CHƯƠNG TRÌNH
• 4.1. MỘT SỐ GIAO DIỆN CỦA CHƯƠNG TRÌNH
• 4.2. MỘT SỐ ĐOẠN MÃ NGUỒN QUAN TRỌNG

Tóm tắt

I. Giới thiệu về bảo vệ bản quyền tài liệu số hóa

Trong bối cảnh số hóa tài liệu, việc bảo vệ bản quyền trở thành một vấn đề cấp thiết. Tài liệu số hóa dễ dàng bị sao chép và phân phối mà không có sự cho phép của tác giả. Điều này dẫn đến việc cần thiết phải áp dụng các phương pháp bảo vệ hiệu quả để đảm bảo quyền lợi cho các tác giả và nhà nghiên cứu. Việc đăng ký bản quyền là một trong những bước đầu tiên để bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Tuy nhiên, việc này không đủ để ngăn chặn các hành vi vi phạm bản quyền. Do đó, cần có các giải pháp công nghệ như thủy vân số và chữ ký điện tử để bảo vệ tài liệu số hóa một cách toàn diện.

1.1. Tầm quan trọng của bảo vệ bản quyền

Bảo vệ bản quyền không chỉ giúp bảo vệ quyền lợi của tác giả mà còn thúc đẩy sự sáng tạo và phát triển tri thức. Trong môi trường số hóa, việc sử dụng tài liệu mà không có sự cho phép có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng cho tác giả. Các vi phạm bản quyền có thể gây thiệt hại về tài chính và uy tín cho tác giả. Do đó, việc áp dụng các phương pháp bảo vệ bản quyền là cần thiết để đảm bảo rằng các tác phẩm được sử dụng đúng cách và có sự công nhận xứng đáng.

II. Các phương pháp bảo vệ bản quyền tài liệu số hóa

Có nhiều phương pháp bảo vệ bản quyền tài liệu số hóa, bao gồm mã hóa, chữ ký số, và thủy vân số. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Mã hóa giúp bảo vệ nội dung tài liệu khỏi việc truy cập trái phép, trong khi chữ ký số đảm bảo tính toàn vẹn và xác thực của tài liệu. Thủy vân số cho phép nhúng thông tin bản quyền vào trong tài liệu mà không làm thay đổi nội dung của nó. Việc kết hợp các phương pháp này có thể tạo ra một hệ thống bảo vệ bản quyền mạnh mẽ hơn.

2.1. Mã hóa tài liệu

Mã hóa là một trong những phương pháp bảo vệ bản quyền hiệu quả nhất. Bằng cách mã hóa tài liệu, chỉ những người có khóa giải mã mới có thể truy cập nội dung. Điều này giúp ngăn chặn việc sao chép và phân phối trái phép tài liệu. Tuy nhiên, việc mã hóa cũng có thể gây khó khăn cho người dùng hợp pháp trong việc truy cập tài liệu. Do đó, cần phải cân nhắc giữa việc bảo vệ bản quyền và khả năng truy cập của người dùng.

2.2. Chữ ký số

Chữ ký số là một công cụ quan trọng trong việc xác thực tài liệu. Nó cho phép người dùng xác nhận rằng tài liệu chưa bị thay đổi kể từ khi được ký. Chữ ký số sử dụng các thuật toán mã hóa để tạo ra một mã duy nhất cho tài liệu. Điều này không chỉ giúp bảo vệ bản quyền mà còn tạo ra sự tin tưởng giữa các bên liên quan. Tuy nhiên, việc sử dụng chữ ký số cũng yêu cầu người dùng phải có kiến thức về công nghệ và quy trình thực hiện.

2.3. Thủy vân số

Thủy vân số là một phương pháp hiệu quả để nhúng thông tin bản quyền vào trong tài liệu mà không làm thay đổi nội dung. Kỹ thuật này cho phép tác giả gắn thông tin bản quyền vào tài liệu, giúp xác định nguồn gốc và quyền sở hữu. Thủy vân số có thể được sử dụng cho nhiều loại tài liệu khác nhau, bao gồm văn bản, hình ảnh và âm thanh. Tuy nhiên, việc phát hiện và loại bỏ thủy vân có thể xảy ra, do đó cần phải có các biện pháp bảo vệ bổ sung.

III. Kết luận

Việc bảo vệ bản quyền tài liệu số hóa là một thách thức lớn trong thời đại công nghệ số. Các phương pháp như mã hóa, chữ ký số, và thủy vân số đều có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ quyền lợi của tác giả. Tuy nhiên, không có phương pháp nào là hoàn hảo. Cần có sự kết hợp giữa các phương pháp này để tạo ra một hệ thống bảo vệ bản quyền hiệu quả. Việc nâng cao nhận thức về quyền sở hữu trí tuệ và các phương pháp bảo vệ bản quyền cũng là điều cần thiết để đảm bảo rằng các tài liệu số hóa được sử dụng một cách hợp pháp và có trách nhiệm.

3.1. Đề xuất

Cần có các chính sách và quy định rõ ràng về bảo vệ bản quyền tài liệu số hóa. Các tổ chức giáo dục và nghiên cứu nên tổ chức các khóa đào tạo về quyền sở hữu trí tuệ và các phương pháp bảo vệ bản quyền cho sinh viên và giảng viên. Ngoài ra, việc phát triển các công nghệ mới để bảo vệ bản quyền cũng cần được khuyến khích để đáp ứng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ số.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc cách mạng thông tin và kỹ thuật số phát triển mạnh mẽ, việc số hóa các tài liệu và nội dung trí tuệ đã trở thành xu hướng tất yếu. Theo ước tính, lượng dữ liệu số trên Internet tăng trưởng với tốc độ hàng chục phần trăm mỗi năm, tạo ra môi trường thuận lợi cho việc trao đổi và phân phối tài nguyên số. Tuy nhiên, sự sao chép hoàn hảo và phân phối không kiểm soát các tài liệu số đã đặt ra thách thức lớn về bảo vệ bản quyền. Vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến quyền lợi của người sáng tạo mà còn tác động đến các nhà cung cấp dịch vụ và toàn bộ hệ sinh thái số.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích và đề xuất các phương pháp bảo vệ bản quyền tài liệu số hóa, tập trung vào các kỹ thuật mật mã, chữ ký số, thủy vân số và các phương pháp xác thực. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các loại tài liệu số phổ biến trên Internet như âm thanh, hình ảnh và văn bản, với dữ liệu thu thập và phân tích trong khoảng thời gian từ năm 2000 đến 2008 tại Việt Nam. Nghiên cứu nhằm cung cấp giải pháp kỹ thuật phù hợp, góp phần nâng cao hiệu quả bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ trong môi trường mạng.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc giảm thiểu các hành vi vi phạm bản quyền, bảo vệ quyền lợi hợp pháp của tác giả và thúc đẩy phát triển kinh tế tri thức. Các chỉ số đánh giá hiệu quả bao gồm tỷ lệ phát hiện vi phạm bản quyền, độ bền vững của kỹ thuật bảo vệ và khả năng áp dụng trong thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học máy tính và mật mã học, bao gồm:

• Lý thuyết mật mã khóa công khai và khóa đối xứng: Phân loại các hệ mã hóa, đặc biệt là thuật toán RSA và ElGamal, làm cơ sở cho việc bảo mật dữ liệu và xác thực.
• Hàm băm mật mã (Cryptographic Hash Functions): Các tính chất cơ bản như tính kháng tiền ảnh, kháng xung đột, đảm bảo toàn vẹn dữ liệu.
• Chữ ký số (Digital Signature): Các sơ đồ chữ ký kèm thông điệp và khôi phục thông điệp, ứng dụng trong xác thực và bảo vệ bản quyền.
• Thủy vân số (Digital Watermarking): Kỹ thuật giấu tin vào dữ liệu số, phân loại theo tính bền vững (robust, fragile, semi-fragile) và theo cảm nhận (visible, invisible).
• Mô hình cấu trúc dữ liệu số: Cấu trúc file âm thanh (WAV, MIDI), hình ảnh (GIF, Bitmap, JPEG) và các đặc tính kỹ thuật liên quan đến xử lý và bảo vệ.

Các khái niệm chính bao gồm: mã hóa khóa công khai, hàm băm mật mã, chữ ký số, thủy vân số, xác thực đồng nhất, và các mô hình màu RGB, CMY, HSV trong xử lý ảnh số.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu được thu thập từ các tài liệu chuyên ngành, chuẩn kỹ thuật, và các hệ thống bảo vệ bản quyền hiện hành. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phân tích lý thuyết: Tổng hợp và đánh giá các thuật toán mã hóa, chữ ký số, hàm băm và thủy vân số.
• Mô phỏng và thử nghiệm: Xây dựng chương trình thử nghiệm các kỹ thuật thủy vân số trên ảnh và âm thanh, đánh giá độ bền và khả năng phát hiện.
• Phân tích cấu trúc dữ liệu: Nghiên cứu chi tiết cấu trúc các tệp âm thanh (WAV, MIDI) và ảnh số (GIF, Bitmap, JPEG) để lựa chọn kỹ thuật bảo vệ phù hợp.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong năm 2008, bao gồm giai đoạn thu thập tài liệu, phát triển mô hình, thử nghiệm và đánh giá kết quả.

Cỡ mẫu thử nghiệm bao gồm hàng trăm tệp dữ liệu số hóa thuộc các loại âm thanh và ảnh phổ biến trên Internet. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện và phổ biến của các định dạng tệp. Phân tích dữ liệu sử dụng các công cụ lập trình và mô phỏng thuật toán mật mã, thủy vân số.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả của mã hóa khóa công khai trong bảo vệ bản quyền: Thuật toán RSA và ElGamal được chứng minh có độ an toàn tính toán cao, với khả năng mã hóa và giải mã dữ liệu nhỏ hiệu quả. Tỷ lệ thành công trong việc bảo vệ khóa và ngăn chặn truy cập trái phép đạt khoảng 95% trong thử nghiệm mô phỏng.

2. Tính toàn vẹn dữ liệu qua hàm băm mật mã: Hàm băm không khóa đảm bảo tính kháng xung đột và kháng tiền ảnh, giúp phát hiện thay đổi dữ liệu với độ chính xác trên 99%. Việc kết hợp hàm băm với chữ ký số tăng cường khả năng xác thực nguồn gốc tài liệu.

3. Ứng dụng thủy vân số trong bảo vệ ảnh và âm thanh: Kỹ thuật nhúng thủy vân bằng phương pháp LSB (Least Significant Bit) cho phép giấu tin vô hình trong ảnh số với tỷ lệ phát hiện sửa đổi lên đến 90%. Thủy vân bền vững trên miền tần số (DCT) giúp chống lại các tấn công nén và chỉnh sửa, duy trì thông tin bản quyền với độ bền trên 85%.

4. Phân loại và cấu trúc tệp ảnh, âm thanh ảnh hưởng đến lựa chọn kỹ thuật bảo vệ: Ví dụ, tệp WAV với cấu trúc RIFF cho phép nhúng thủy vân dễ dàng hơn so với tệp MIDI do tính chất đa kênh và sự phân bố dữ liệu. Ảnh JPEG với nén mất dữ liệu đòi hỏi kỹ thuật thủy vân bền vững hơn so với ảnh Bitmap.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của hiệu quả cao trong bảo vệ bản quyền đến từ việc kết hợp các kỹ thuật mật mã và thủy vân số phù hợp với đặc điểm cấu trúc dữ liệu số. So sánh với các nghiên cứu khác, kết quả cho thấy việc áp dụng hàm băm kết hợp chữ ký số và thủy vân số là giải pháp toàn diện, vừa đảm bảo tính toàn vẹn, vừa bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ.

Biểu đồ so sánh tỷ lệ phát hiện vi phạm bản quyền giữa các phương pháp bảo mật, xác thực và thủy vân số minh họa rõ sự vượt trội của phương pháp kết hợp. Bảng tổng hợp các đặc tính kỹ thuật của từng loại tệp số giúp lựa chọn kỹ thuật bảo vệ phù hợp theo từng nhóm tài nguyên.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật cho việc phát triển các hệ thống bảo vệ bản quyền tài liệu số trong môi trường Internet, góp phần giảm thiểu vi phạm và nâng cao nhận thức về quyền sở hữu trí tuệ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống mã hóa khóa công khai cho tài liệu số: Áp dụng thuật toán RSA hoặc ElGamal để mã hóa các tài liệu quan trọng, đảm bảo an toàn trong quá trình truyền và lưu trữ. Thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng, chủ thể thực hiện là các nhà phát triển phần mềm bảo mật.

2. Sử dụng hàm băm mật mã kết hợp chữ ký số để xác thực toàn vẹn dữ liệu: Tích hợp hàm băm không khóa và chữ ký số DSS vào quy trình phân phối tài liệu số nhằm phát hiện và ngăn chặn sửa đổi trái phép. Thời gian triển khai dự kiến 3 tháng, do các tổ chức quản lý bản quyền thực hiện.

3. Áp dụng kỹ thuật thủy vân số vô hình trên ảnh và âm thanh: Sử dụng kỹ thuật LSB cho ảnh Bitmap và kỹ thuật DCT cho ảnh JPEG, đồng thời phát triển thủy vân số trên tệp âm thanh WAV để bảo vệ bản quyền. Thời gian thực hiện 9 tháng, chủ thể là các trung tâm nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ.

4. Xây dựng khung pháp lý và hướng dẫn kỹ thuật cho việc bảo vệ bản quyền số: Phối hợp với các cơ quan pháp luật để hoàn thiện hành lang pháp lý, đồng thời đào tạo nhân lực kỹ thuật về các phương pháp bảo vệ bản quyền số. Thời gian thực hiện 12 tháng, do các cơ quan quản lý nhà nước và tổ chức đào tạo đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học máy tính, công nghệ thông tin: Nghiên cứu sâu về các thuật toán mật mã, thủy vân số và ứng dụng trong bảo vệ bản quyền tài liệu số.

2. Các doanh nghiệp phát triển phần mềm bảo mật và quản lý bản quyền số: Áp dụng các kỹ thuật được đề xuất để xây dựng sản phẩm bảo vệ tài nguyên số hiệu quả.

3. Cơ quan quản lý nhà nước về sở hữu trí tuệ và bản quyền: Tham khảo để hoàn thiện chính sách, quy định và hướng dẫn kỹ thuật trong lĩnh vực bảo vệ bản quyền số.

4. Người sáng tạo nội dung số và nhà phân phối tài nguyên số: Hiểu rõ các phương pháp bảo vệ bản quyền, từ đó áp dụng để bảo vệ quyền lợi hợp pháp và nâng cao giá trị sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp mã hóa khóa công khai có ưu điểm gì trong bảo vệ bản quyền số?
   Mã hóa khóa công khai như RSA cho phép mã hóa dữ liệu với khóa công khai và chỉ người sở hữu khóa bí mật mới giải mã được, đảm bảo an toàn truyền tải và lưu trữ. Ví dụ, tài liệu số được mã hóa trước khi phân phối giúp ngăn chặn truy cập trái phép.

2. Hàm băm mật mã giúp bảo vệ toàn vẹn dữ liệu như thế nào?
   Hàm băm tạo ra một chuỗi bit cố định đại diện cho dữ liệu gốc. Nếu dữ liệu bị thay đổi, giá trị hàm băm cũng thay đổi, giúp phát hiện sửa đổi. Ví dụ, khi tải tài liệu từ Internet, so sánh hàm băm giúp xác nhận tài liệu không bị chỉnh sửa.

3. Thủy vân số có thể chống lại các tấn công chỉnh sửa dữ liệu không?
   Kỹ thuật thủy vân bền vững trên miền tần số như DCT có khả năng giữ lại thông tin bản quyền ngay cả khi dữ liệu bị nén hoặc chỉnh sửa nhẹ, giúp phát hiện vi phạm bản quyền hiệu quả.

4. Làm thế nào để lựa chọn kỹ thuật bảo vệ phù hợp với từng loại tài liệu số?
   Cần phân tích cấu trúc và đặc tính của tài liệu (âm thanh, ảnh, văn bản) để chọn kỹ thuật phù hợp, ví dụ LSB cho ảnh Bitmap, DCT cho ảnh JPEG, mã hóa khóa công khai cho văn bản nhỏ.

5. Các phương pháp bảo vệ bản quyền số có ảnh hưởng đến chất lượng tài liệu không?
   Các kỹ thuật như thủy vân vô hình được thiết kế để không làm thay đổi cảm nhận của người dùng về chất lượng tài liệu, đảm bảo tính nguyên vẹn và trải nghiệm sử dụng.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích và đánh giá các phương pháp bảo vệ bản quyền tài liệu số dựa trên mật mã, chữ ký số và thủy vân số.
• Kết quả thử nghiệm cho thấy sự kết hợp các kỹ thuật này mang lại hiệu quả bảo vệ cao, phù hợp với đặc điểm từng loại tài liệu số.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và khuyến nghị triển khai nhằm nâng cao hiệu quả bảo vệ bản quyền trong môi trường Internet.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển các hệ thống bảo vệ bản quyền tích hợp, đáp ứng yêu cầu thực tiễn và pháp lý.
• Các bước tiếp theo bao gồm phát triển phần mềm ứng dụng, hoàn thiện khung pháp lý và đào tạo nhân lực chuyên môn.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ và thúc đẩy phát triển kinh tế tri thức trong kỷ nguyên số!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Các khái niệm cơ bản. Trong chƣơng này sẽ trình bầy tổng quan về Bản quyền số và các khái niệm cơ bản đƣợc sử dụng trong toàn Luận văn. Bao gồm: Khái niệm toán học, khái niệm Thủy vân số, Chữ ký số, Xác thực điện tử cho việc giữ bản quyền tài liệu số. Chương 2: Cấu trúc của các loại tài nguyên số phổ biến trên Internet Chƣơng này trình bầy về cấu trúc của các nhóm tài nguyên số thƣờng đƣợc trao đổi trên Internet.

Bao gồm: Nhóm tài nguyên về Audio (*.midi), Nhóm tài nguyên về Image (*.jpge) Chương 3: Các kỹ thuật bảo về bản quyền tài liệu số. Trên cơ sở các nhóm tài nguyên số đã đƣợc phân loại và tìm hiểu cấu trúc lƣu trữ trong chƣơng 2. Trong chƣơng này trình bầy các kỹ thuật tƣơng ứng với mỗi nhóm tài nguyên số đó. Các kỹ thuật này phụ thuộc vào cấu trúc lƣu trữ và đặc trƣng dữ liệu của các nhóm tài nguyên số.

6 z Chƣơng 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN. Nhƣ đã biết, việc truyền tin trên mạng rất dễ bị “đánh cắp”, vì vậy để đảm bảo an toàn cho nội dung thông tin đƣợc truyền ngƣời ta thƣờng mã hóa trƣớc khi truyền nó trên mạng, nhằm giấu đi ý nghĩa của nó. Các hệ mã đƣợc chia thành 2 nhóm chính, Mã hóa khóa công khai và mã hóa khóa bí mật. Trong phần này sẽ trình bầy các khái niệm về mật mã và các vấn đề liên quan.

Một hệ mật mã là một bộ năm (P, C, K, E, D) trong đó: + P: là một tập hữu hạn các bản rõ. + C: là một tập hƣu hạn các bản mã. + K: là một tập hƣu hạn các khoá. + 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 với mọi x  P.2 Phân loại các hệ mã hóa.

Các hệ mã hóa đƣợc chia thành 2 nhóm chính. “Mã hóa khóa đối xứng” và “Mã hóa khóa công khai”. Mã hóa khóa đối xứng: Là hệ mã mà việc lập mã và giải mã thƣờng dùng chung một khóa, hoặc nếu có dùng hai khóa thì khi khóa lập mã bị lộ ngƣời ta có thể tìm ra khóa giải mã trong thời gian tƣơng đối ngắn. Tuy nhiên do đặc tính mã hóa tƣơng đối nhanh, các hệ mã loại này thƣờng đƣợc dùng để mã hóa các loại tài liệu có kích thƣớc lớn.

7 z Các hệ mã loại này nói chung có một điểm yếu rất dễ bị tấn công đó là quá trình chuyển giao khóa giữa các bên liên quan (người nhận). Trong hệ mã hóa khóa đối xứng ngƣời ta còn chia các hệ mã thành 3 nhóm: “Mã hóa cổ điển”, “Mã hóa khối” và “Mã dòng”. Kẻ tấn công Bộ khóa k’ (kênh công cộng) (k’, k”) Lập mã Giải mã y (kênh công cộng) ek’(x)=y dk”(y)=x Bản rõ Kết quả A B Hình 1.1: Trao đổi mật mã sử dụng Hệ mã hóa khóa công khai 8 z Mã hóa khóa công khai: Là hệ mã mà việc lập mã và giải mã dùng hai khóa khác nhau. Hai khóa này có mối liên hệ chặt chẽ và có thể suy ra nhau phụ thuộc vào từng hệ mã cụ thể.

Trong đó khóa lập mã đƣợc công khai (public) và khóa giải mã đƣợc giữ bí mật (private). Các hệ mã loại này đƣợc xây dựng dựa trên các bài toán “khó” nên quá trình lập mã và giải mã tƣơng đối chậm, nên thƣờng đƣợc dùng để mã hóa các dữ liệu nhỏ. Nhƣ vậy các hệ mã khóa khóa công khai đã khắc phục đƣợc nhƣợc điểm lớn nhất của mã hóa khóa đối xứng là quá trình phải chuyển giao khóa giữa các bên liên quan. Trong các sơ đồ mã hóa khóa công khai ngƣời nhận A tính toán ra cặp khóa sau đó giữ cho mình khóa giải mã (private key) và công khai khóa lập mã (public key).

Mọi ngƣời trên mạng muốn gửi thông tin mật cho A sẽ sử dụng khóa công khai lập mã rồi gửi bản mã cho A. Do chỉ duy nhất A có khóa giải mã tƣơng ứng nên chỉ A mới giải mã đƣợc tài liệu đó.3 Một số hệ mã hóa cụ thể.Mã hóa RSA Bài toán RSA (RSA Problem): Cho một số nguyên dƣơng n là tích của hai thừa số nguyên tố lẻ p và q. Một số nguyên dƣơng b sao cho gcd(b, (p-1)(q-1)) = 1 và một số nguyên c. Bài toán đặt ra: tìm số nguyên x sao cho xb ≡ c (mod n) Thuật toán Sinh khóa cho mã khóa Công khai RSA 1.

Sinh hai số nguyên tố lớn p và q có giá trị xấp xỉ nhau 2. Chọn một số ngẫu nhiên b, 1 < b < (n), sao cho gcd(b, (n)) = 1 4. Sử dụng thuật toán Euclide để tính số a, 1 < a < (n), sao cho a. Khóa công khai là (n, b), Khóa bí mật là (a) Thuật toán Mã hóa RSA (i).

Lấy khóa công khai (n, b) theo thuật toán trên b. Chọn một bản mã x, trong khoảng [1, n-1] c. Tính : y = xb mod n d. Nhận đƣợc bản mã y (ii).

Giải mã : Sử dụng khóa bí mật a để giải mã : x = ya mod n 10 z Chứng minh hàm giải mã: Ta có a.b ≡ 1 (mod (n)) vì vậy tồn tại một số nguyên dƣơng k sao cho a.(n) và nếu gcd(x,p)=1 thì theo định lý Fermat ta có: xp-1≡1 (mod p) Thực hiện việc nâng lũy thừa hai vế của đồng dƣ thức trên với số mũ là k(q-1) sau đó nhân cả hai vế với x ta đƣợc: x1+k(p-1)(q-1) ≡x (mod p) Trong trƣờng hợp khác, nếu gcd(x,p)=p thì đồng dƣ thức trên vẫn đúng vì mỗi vế của nó đều có dạng 0 modulo p.b ≡ x (mod p) Lập luận tƣơng tự ta có: xa.b ≡ x (mod q) Cuối cùng, vì p, q là hai số nguyên tố khác nhau nên: xa. Bài toán logarit rời rác (Discrete logarithm problem): Cho một số nguyên tố p và một phần tử sinh α của tập Z *p , một phần tử β  Z *p. Bài toán đặt ra: tìm một số nguyên x, 0 ≤ x ≤ (p-2), sao cho αx ≡ β (mod p) Thuật toán Sinh khóa cho mã khóa Công khai ElGamal 1. Sinh ngẫu nhiên một số nguyên tố lớn p và α là phần tử sinh của Z *p 2.

Chọn ngẫu nhiên một số nguyên a, 1 ≤ a ≤ p−2, tính αa mod p 3. Khóa công khai la (p, α, αa). Lấy khóa công khai (p, α, αa) theo thuật toán trên b. Chọn một bản mã x, trong khoảng [0, p−1] c.

Chọn ngẫu nhiên một số nguyên k, 1 ≤ k ≤ p−2 d. Tính γ = αk mod p và δ = x. Nhận đƣợc bản mã là (γ, δ) (ii). Sử dụng khóa bí mật (a) và tính γp-1-a mod p b.δ mod p Chứng minh hàm giải mã: (γ-a).

Hàm băm theo nghĩa đơn giản là hàm cho tƣơng ứng một mảng dữ liệu lớn với một mảng dữ liệu nhỏ, đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau của tin học. Trong công nghệ mã, hàm băm cho khả năng đảm bảo toàn vẹn dữ liệu (data integrity). Những hàm băm nhƣ vậy đƣợc gọi là hàm băm mật mã. Các hàm băm nhận một chuỗi bits có chiều dài tùy ý (hữu hạn) làm dữ liệu đầu vào và tạo ra một chuỗi bits có chiều dài cố định n bit (n > 0 là hằng số), gọi là mã băm (hash code hay message digest).

Ký hiệu D là miền xác định và R là miền giá trị của hàm băm h(x), ta thƣờng có số lƣợng phần tử của D lớn hơn rất nhiều so với số lƣợng phần tử của R (|D| > |R|), vì vậy hàm băm h(x) không thể là đơn ánh, nghĩa là luôn tồn tại một cặp phần tử đầu vào khác nhau nhƣng có cùng giá trị mã băm. Trong lĩnh vực mã hóa thông tin, mã băm đƣợc xem nhƣ hình ảnh đặc trƣng, thu gọn của một chuỗi bits có độ dài tùy ý (hữu hạn), và đƣợc dụng để nhận diện chuỗi bits đó. Kết hợp với chữ ký số, các hàm băm đƣợc dùng cho việc đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu. Trong sơ đồ truyền tin mã băm của chuỗi bits x đƣợc tính tại thời điểm xác định T1, quá trình truyền chuỗi bits x và mã băm tƣơng ứng đƣợc thực hiện.

Tại thời điểm T2 sau đó, để kiểm tra chuỗi bits x có bị thay đổi hay không, ngƣời ta chỉ cần tính mã băm của x tại thời điểm này, sau đó so sánh với mã băm có đƣợc tại thời điểm T1. Nếu hai mã băm này trùng nhau chấp nhận chuổi bits x tại thời điểm T2 trùng khớp với chuỗi bits x tại thời điểm T1, hay nói cách khác chuỗi bits x vẫn chƣa bị thay đổi. Chiều dài cố định Chiều dài tùy ý (n bit, n > 0) Thông điệp (message) Hàm băm thông điệp Văn bản đại diện (âm thanh, hình ảnh, (Hash Function) (message digest) văn bản…) Hình 1.2: Hàm băm mật mã 13 z Các hàm băm đƣợc phân thành 2 lớp chính: lớp các hàm băm không có khóa (unkeyed hash functions) và lớp các hàm băm có khóa (keyed hash functions). Các hàm băm không khóa chỉ có duy nhất một đầu vào là thông điệp cần tính giá trị băm.

Còn các hàm băm có khóa nhận 2 giá trị đầu vào: thông điệp cần tính giá trị băm và khóa bí mật để tiến hành công việc. Cách phân lớp này dựa vào thành phần tham biến đầu vào của các hàm băm. Ngoài ra, trong thực tế còn có nhiều cách phân loại khác nhau. Tuy nhiên trong phạm vi luận văn chỉ xét loại hàm băm không khóa.1 Một số tính chất cơ bản của hàm băm a.

Tính kháng tiền ảnh (preimage resistance): Với mọi đầu ra y cho trƣớc không thể tính toán để tìm đƣợc bất kì dữ liệu đầu vào x’ nào sao cho giá trị băm h(x’) của nó bằng giá trị đầu ra y đã cho. Tính kháng tiền ảnh thứ hai (2nd preimage resistance): Với mọi dữ liệu đầu vào x1 cho trƣớc, không thể tính toán để tìm ra đƣợc bất kỳ một đầu vòa x2 nào (x1  x2) mà giá trị băm h(x2) của nó bằng với giá trị băm h(x1) của x1. Tính kháng xung đột (conllision resistance): Không thể tính toán để tìm đƣợc hai dữ liệu đầu vào x1 và x2 phân biệt sao cho chúng có cùng giá trị băm (tức là h(x1) = h(x2)) Nhận xét 1: Hàm băm h(x) thỏa mãn tính chất (c) thì cũng thỏa mãn tính chất (b). Nhận xét 2: Hàm băm h(x) thỏa mãn tính chất (c) nhƣng có thể không thỏa mãn tính chất (a).

Để thấy điều này ta xét ví dụ sau đây.