Chương 1: trình bày vấn đề thực tế tại đơn vị, lý do chọn đề tài. Xác định mục tiêu đề tài, nội dung nghiên cứu và giới hạn của đề tài. - Chương 2: trình bày các kiến thức cơ bản, nền tảng nhằm cung cấp cơ sở toán học, các kỹ thuật mã hóa cơ bản được sử dụng trong Blockchain; tổng quan kiến trúc của công nghệ Blockchain, cách thức kiểm soát truy cập, lưu trữ dữ liệu của Blockchain; tổng quan về Hợp đồng thông minh cùng với các hệ thống tiêu biểu của Block chain như: Bitcon, Ethereum. - Chương 3: Phân tích và thiết kế ứng dụng phục vụ cho công tác báo cáo thống kê số liệu y tế học đường dựa trên nền tảng công nghệ Blockchain và Hợp đồng thông minh.
Nội dung báo cáo trình bày chi tiết các bước xây dựng demo chương trình ứng dụng như: mô tả cách thức thực hiện một giao dịch truyền thống của hệ thống Blockchain, đó là giao dịch đồng tiền kỹ thuật số. Từ đó ứng dụng công nghệ của Blockchain và Hợp đồng thông minh vào trong công tác báo cáo thống kê y tế học đường. Báo cáo sẽ trình bày chi tiết cách 6 thức triển khai, xây dựng hệ thống và quá trình hệ thống xác thực giao dịch thực hiện thành công. - Tổng kết: kết luận, trình bày ưu điểm, nhược điểm của hệ thống và hướng phát triển đề tài.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong phần này, chúng tôi sẽ giới thiệu ngắn gọn và giải thích một số khái niệm cơ bản về mật mã, công nghệ Blockchain và các khái niệm liên quan như hợp đồng thông minh. Sau đó chúng tôi sẽ trình bày một số ứng dụng, công nghệ phổ biến hiện nay được xây dựng dựa trên nền tảng Blockchain. Mã hóa Mã hóa [1] cung cấp các kỹ thuật chuyển đổi dữ liệu khiến nó trở nên vô dụng đối với những người nhận không mong muốn. Có nghĩa là ngăn cản hai hành động cơ bản: trích xuất thông tin từ dữ liệu và thay đổi, chỉnh sửa làm sai lệch dữ liệu; đây được gọi là vấn đề bí mật và vấn đề tính toàn vẹn của dữ liệu.
Ngoài ra, chúng ta có thể xét đến trường hợp một người gửi dữ liệu được mã hóa và gửi một thông báo rồi sau đó từ chối đã gửi nó. Có thể nói mã hóa giúp chúng ta ngăn ngừa và phát hiện các sự can thiệp, làm sai lệch thông tin hoặc không cho phép truy cập và sử dụng dữ liệu. Bảo mật thông tin hiện đại nghiên cứu hai dạng bài toán an toàn thông tin sau: - Bảo mật. Bảo mật nhằm ngăn cản không cho người lạ trích chọn thông tin từ các thông điệp được gửi trên các kênh truyền phổ biến (thường không an toàn).
Chứng thực nhằm đảm bảo chỉ có người nhận đúng mới có thể đọc thông điệp, đồng thời cũng đảm bảo người gửi không thể phủ nhận thông điệp mình gửi. Có thể chia các hệ mã thành hai loại chính: - Hệ mã khóa bí mật (còn được gọi là hệ mã đối xứng) - Hệ mã khóa công khai (hay hệ mã không đối xứng). Với mục tiêu của báo cáo là tập trung làm rõ các kỹ thuật mã hóa cốt lõi của Blockchain cho nên những kỹ thuật mã hóa khá phổ biến trong thực tế 8 chúng tôi chỉ nhắc lại tư tưởng thuật toán, tính ứng dụng và kỹ thuật đó được sử dụng trong Blockchain như thế nào. Theo đó phần này sẽ trình bày một số kỹ thuật mã hóa căn bản sau: Hàm băm; Mã hóa đối xứng và Mã hóa bất đối xứng.1 Hàm Băm (Hash function) Hàm băm [2] (Hash function) là một thuật toán lấy tham số đầu vào là dữ liệu có độ dài tùy ý và cho ra một chuỗi bit có chiều dài cố định, được gọi là hash value.
Hash value luôn giống nhau với các dữ liệu đầu vào giống nhau. Một hash funtion là một ánh xạ từ tập hợp dữ liệu đầu vào (độ dài tùy ý) đến tập hợp các hash value, với đặc điểm là một sự khác biệt nhỏ trong dữ liệu đầu vào, sẽ tạo ra một khác biệt lớn trong kết quả đầu ra. Một yêu cầu chung là hash function phải tính toán nhanh. Kích thước của tập hash value thường nhỏ hơn so với kích thước của tập dữ liệu đầu vào có cùng một giá trị hash value.
Một hash function tốt cần phân phối các giá trị đầu vào đến các hash value tương ứng, sao cho mỗi hash value được liên kết gần như tương ứng với số lượng các giá trị đầu vào có thể có. Một cách để đạt được tỷ lệ này là làm cho các hash value có phân phối ngẫu nhiên. Lưu ý rằng mặc dù hash value ngẫu nhiên thì nó vẫn phải đảm bảo: với 1 đầu vào xác định thì hash value của nó luôn giống nhau. Blockchain sử dụng hàm băm mật mã [3] (crytography hash function) để thực hiện proof-of-work.
Crytography hash function (còn gọi là secure hash function) bắt buộc phải bổ sung các yêu cầu chặt chẽ hơn so với các hash function bình thường: One-wayness (preimage resistence) - Tính 1 chiều (kháng tái tạo). Cho một hash value, nó phải đảm bảo không thể tính toán để tìm ra dữ liệu đầu vào. Rõ ràng, đây là một đặc điểm quan trọng để áp dụng cho proof-of- work. 9 Weak collision resistance - Kháng lại đụng độ yếu.
Cho một giá trị đầu vào, không thể tìm được một giá trị đầu vào khác mà có cùng giá trị hash value. Strong collision resistance - Kháng lại đụng độ mạnh. Không thể tìm ra được 2 giá trị đầu vào nào mà cho ra cùng một giá trị hash value. Blockchain sử dụng SHA256^2 làm proof-of-work function.
SHA256^2 là việc thực hiện hàm hash SHA256 2 lần. SHA256 là một hàm băm thuộc họ SHA-2 hash function được thiết kế bởi NSA và công bố bởi NIST vào năm 2001. SHA256 là hash function mà cho đầu ra có chiều dài 256 bits. Mã hóa bất đối xứng (Asymmetric cryptography) và mã hóa đối xứng (symmetric key cryptography) Mã hóa bất đối xứng hay mã hóa công khai được phát triển từ những năm 1970 bởi Diffe, Hellman và Merkle.
Mã hóa công khai được phát triển nhằm khắc phục điểm yếu quan trọng của hệ mã hóa khóa đối xứng trong việc trao đổi khóa bí mật (key distribution). Khi 2 người sử dụng mã hóa đối xứng, thì trước đó họ phải chia sẻ chung 1 khóa bí mật. Tức là họ phải chuyển khóa bí mật thông qua một kênh truyền an toàn trước khi sử dụng hệ thống mã hóa khóa đối xứng. Mạng internet là một kênh truyền không an toàn, khi các gói tin có thể bị nghe trộm, thậm chí có thể thay đổi trên đường truyền.
Do đó, ta không thể tạo ra một kết nối an toàn mà chỉ dùng mã hóa khóa đối xứng. Mã hóa khóa công khai được phát triển để giải quyết vấn đề này. Tư tưởng của hệ mã hóa khóa đối xứng là đảm bảo an toàn với chỉ một khóa. Khóa này được dùng cho cả quá trình mã hóa và giải mã.
Còn hệ mã hóa khóa công khai đảm bảo an toàn với một cặp khóa. Một khóa gọi là Public key, chỉ dùng để mã hóa gói tin, một khóa khác gọi là Private key, chỉ dùng để giải mã gói tin. Nhờ đó mà hệ mã hóa khóa công khai có thể được dùng để giải quyết vấn đề phân phối key. Một điểm quan trọng cần chú ý là chỉ có khóa 10 Private key là cần phải giữ bí mật còn khóa công khai Public key thì công bố công khai cho các đối tác có thể lấy nó để mã hóa gói tin trên đường truyền không an toàn.
Cách thức hoạt động được mô tả qua hình 2. Đầu tiên, người nhận Receiver (Bob), nhận thông điệp đã mã hóa, tạo ra 1 cặp khóa Private key và Public key, bằng cách chạy thuật toán tạo khóa (Key Generation Algorithm) (1). Người nhận Receiver (Bob) gởi Public key đến người gởi Sender (Alice) và giữ lại khóa Private Key bí mật (2). Sau khi nhận được Public key từ Bob, Alice tiến hành mã hóa Message sử dụng Public key của Bob (3).
Kết quả cho ra Message đã mã hóa Encrypted Message (ciphertext). Encrypted Message này được gởi đến Bob qua kênh truyền không an toàn (4). Kẻ tấn công có thể bắt được gói tin Encryted Message trên đường truyền nhưng anh ta không thể giải mã được gói tin này, chỉ có Bob, người sở hữu Private key tương ứng với Public key mới có thể giải mã Encrypted Message bằng thuật toán giải mã Decryption Algothrim (5), để lấy được Message. Sender Insecure Channel Receiver (Bob) 2 Key Generation Algorithm (Alice) Public Key Public Key Public Key 1 Encrypted Private Key Encryption 3 Message Algorithm 5 Decryption Algorithm 4 Message Message Hình 2.
Public key Encryption [3] 11 Nhưng có 1 vấn đề với lược đồ mã hóa này, Public key được gởi trên đường truyền không an toàn. Điều này mở ra khả năng tấn công Man-in-the- Middle attack (MitM), khi kẻ tấn công (Trudy) kiểm soát đường truyền mạng được minh họa như hình 2. Kẻ tấn công Trudy đứng ở giữa kiểm soát kênh giao tiếp giữa Bob và Alice. Khi Bob bắt đầu gởi Public key của mình qua Alice, thì Trudy thay vì chuyển tiếp Public key của Bob đến Alice thì Trudy giữ lại Public key của Bob sau đó tự tạo ra 1 cặp khóa Private-Public key mới, rồi tiếp tục gởi Public key của Trudy đến Alice.
Quá trình cứ tiếp diễn theo cách , đối với Alice thì Trudy hành xử giống như Bob, còn đối với Bob thì Trudy đóng vai trò như Alice. Từ đó, Trudy đứng giữa Alice và Bob giám sát các gói tin Message trao đổi giữa 2 bên. Khuyết điểm của hệ mã hóa khóa công khai mà kẻ tấn công Trudy lợi dụng là việc Alice không có cơ chế xác minh xem Public key mà mình nhận được thông qua kênh truyền không an toàn có đúng là của Bob hay không. Man in the Middle Attack [3] 12 Để chống lại cách tấn công Man-in-the-Middle attack, người ta dùng hạ tầng khóa công khai Public Key Infrastructure (KPI).
KPI giả định có một trung tâm xác thực đáng tin cậy gọi là Certificate Authority (CA). Bất kỳ ai cũng có một bản sao của CA Public key và một CA tin cậy. Mỗi người dùng tạo ra một cặp khóa Public-Private key và tạo lập CA với Public key. CA sẽ xác minh định danh của người dùng và ký lên Public key.
Khi Alice muốn giao tiếp với Bob, Alice sẽ gởi Certificate đến Bob, để Bob kiểm tra Public key của Alice và chữ ký của CA lên nó có hợp lệ hay không. Bằng cách đó, thì Bob có thể biết được Public key mà mình nhận được có đúng là của Alice hay không.