Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHỮ KÝ SỐ VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 1. Giới thiệu về chữ ký số 1. Khái niệm chữ ký số Chữ ký số là một lược đồ toán học để xác minh tính xác thực của một bản tin hoặc một tài liệu số. Một chữ ký số hợp lệ, trong đó các điều kiện tiên quyết được thỏa mãn, mang tới cho người nhận lý do rất mạnh mẽ để tin rằng bản tin được tạo ra bởi một người gửi đã biết (tính xác thực) và bản tin không bị thay đổi trong quá trình được gửi đi (tính toàn vẹn).
Một lược đồ chữ ký số thường bao gồm 3 thuật toán: - Một thuật toán tạo khóa (Key generation algorithm) chọn một “khóa bí mật” (private key) ngẫu nhiên từ một tập hợp các “khóa riêng” có thể. Thuật toán xuất ra “khóa bí mật” và “khóa công khai” (public key) tương ứng. - Một thuật toán ký (Signing algorithm), với đầu vào là một thông điệp và một khóa bí mật, tạo ra một chữ ký số. - Một thuật toán xác minh chữ ký (Signature verifying algorithm), với đầu vào thông điệp, khóa công khai và chữ ký, sẽ chấp nhận hoặc từ chối yêu cầu xác thực của bản tin.
Bởi vì tài liệu cần ký thường khá dài, một biện pháp để ký là chia tài liệu ra các đoạn nhỏ và sau đó ký lên từng đoạn và ghép lại. Nhưng phương pháp này có nhược điểm là: chữ ký lớn và ký chậm (vì hàm ký là các hàm mũ), chữ ký có thể bị đảo loạn các vị trí không đảm bảo tính nguyên vẹn của tài liệu. Chính vì điều đó mà khi ký, người ta ký lên giá trị hàm băm của tài liệu. Phân loại chữ ký số 1.
Phân loại chữ ký số theo đặc trưng kiểm tra chữ ký Chữ ký số có thể chia thành 2 loại, chữ ký số kèm thông điệp (message appendix) và chữ ký số khôi phục thông điệp (message recovery). a) Chữ ký số kèm thông điệp 7 Thông điệp ban đầu không thể khôi phục được từ chữ ký, do đó thông điệp phải đi kèm chữ ký, mặt khác thông điệp gốc còn dùng để kiểm tra tính đúng của chữ ký. Loại lược đồ chữ ký số này cũng được dùng phổ biến trong thực tế. Chúng dựa vào các hàm băm mật mã và ít bị tấn công giả mạo.
Chữ ký này đòi hỏi thông điệp gốc là tham số quan trọng trong quá trình kiểm tra chữ ký. Một số lược đồ chữ ký số kèm thông điệp như: Elgamal, DSA, Schnorr,. b) Chữ ký số khôi phục thông điệp Lược đồ chữ ký khôi phục thông điệp là lược đồ chữ ký số không đòi hỏi phải có thông điệp gốc làm đầu vào để chứng thực chữ ký mà thông điệp gốc sẽ được phục hồi từ chính chữ ký đó. Một số lược đồ CKS khôi phục thông điệp như: Rabin, RSA,.
Phân loại theo mức an toàn a) Chữ ký số “không thể phủ nhận” Nhằm tránh việc nhân bản chữ ký để sử dụng nhiều lần, tốt nhất là người gửi tham gia trực tiếp vào việc kiểm thử chữ ký. Điều đó được thực hiện bằng một giao thức kiểm thử, dưới dạng một giao thức mời hỏi và trả lời. Chữ ký Chaum- van Antverpen là dạng chữ ký không thể phủ nhận dạng này. b) Chữ ký số “một lần” Để bảo đảm an toàn, “Khóa ký” chỉ dùng 1 lần (one - time) trên 1 tài liệu.
Ví dụ: Chữ ký Lamport; Chữ ký Fail - Stop (Van Heyst & Pedersen). Phân loại theo ứng dụng đặc trưng a) Chữ ký số “mù” (Blind Signature) Khái niệm về chữ ký số mù (blind signature) được đề xuất bởi David Chaum và nó được phát triển dựa trên lược đồ chữ ký số RSA vào năm 1983. Chữ ký số mù được sử dụng để bảo vệ tính ẩn danh (anonymity) của người dùng trong mạng máy tính, đặc biệt trong các hệ thống thanh toán điện tử (electronic cash systems) và hệ thống bầu cử điện tử (electronic voting systems) bởi nó có hai đặc tính cần phải thỏa mãn: Tính mù (blindless) và tính không truy vết (unlinkability). 8 - Tính “mù” có nghĩa là người ký không được biết về toàn bộ nội dung của văn bản khi ký.
- Tính không truy vết có nghĩa là khi chữ ký mù được công bố thì người ký không thể thấy được mối liên hệ giữa văn bản mù đã ký với văn bản gốc. Với những tính chất như vậy chữ ký số mù trở nên rất được quan tâm và nghiên cứu trong các ứng dụng cần đảm bảo tính ẩn danh. b) Chữ ký số “nhóm” (Group Signature) Chữ ký số nhóm là chữ ký điện tử đại diện cho một nhóm người, một tổ chức. Các thành viên của một nhóm được phép ký trên thông điệp với tư cách là người đại diện cho nhóm.
Chữ ký số nhóm được David Chaum và Van Heyst giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1991. Kể từ đó đến nay đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu và đưa ra một số sơ đồ chữ ký nhóm khác nhau như sơ đồ chữ ký nhóm của Chen và Pedersen năm 1994, sơ đồ chữ ký nhóm của Camenisch và Stadler năm 1997. Đặc điểm của chữ ký số nhóm: - Chỉ có thành viên trong nhóm mới có thể ký tên vào bản thông báo đó. - Người nhận thông điệp có thể kiểm tra xem chữ ký đó có đúng là của nhóm đó hay không, nhưng người nhận không thể biết được người nào đã ký vào thông điệp.
- Trong trường hợp cần thiết chữ ký có thể được “mở” (có hoặc là không có sự giúp đỡ của thành viên trong nhóm) để xác định người nào đã ký vào thông điệp đó. c) Chữ ký số “bội” (Multi-Signature) Chữ ký bội là chữ ký số có độ dài không đổi, không phụ thuộc vào số lượng người tham gia ký vào văn bản, không làm giảm độ tin cậy của chữ ký số. Chữ ký bội cũng tương tự như chữ ký đơn, nhưng để phát sinh chữ ký bội phải có sự hợp tác của các thành viên trong nhóm ký với khóa riêng của từng người. Chữ ký bội được chia thành 2 dạng cơ bản theo 2 phương pháp ký khác nhau: ký đồng thời và ký tuần tự.
Với các lược đồ thuộc loại song song, việc ký vào văn bản của các thành viên được thực hiện một cách đồng thời, còn ngược 9 lại, trong các lược đồ tuần tự, việc ký vào văn bản của các thành viên trong nhóm ký được thực hiện nối tiếp nhau. Trong thực tiễn, thứ tự ký vào văn bản của các thành viên cần phải được bảo đảm theo quy định. Lược đồ chữ ký số bội ở đây được phát triển với các yêu cầu như sau: - Chữ ký bội được phát sinh bởi một nhóm người với các khóa riêng của từng thành viên. Không có khả năng phát sinh chữ ký bội nếu không có đủ số lượng các thành viên.
- Độ dài của CKS bội là cố định, không phụ thuộc vào số lượng người ký. - Chữ ký số bội được xác minh nhờ khóa công khai chung của cả nhóm, hơn nữa khóa công khai chung được hình thành từ các khóa công khai của mỗi thành viên theo một luật xác định. d) Chữ ký số “mù nhóm” (Blind Group Signature) Mô hình chữ ký mù nhóm được mở rộng từ mô hình chữ ký nhóm bằng cách bổ sung thêm tính mù vào chữ ký. Mô hình này gồm một số người ký (thành viên của nhóm), người quản lý nhóm của họ và một số người dùng.
Mô hình này cho phép các thành viên của một nhóm ký thay mặt cho nhóm sao cho chữ ký có các thuộc tính sau: - Tính mù của chữ ký: Người ký không thể xem nội dung các bản tin mà anh ta ký. Hơn nữa, người ký không nên có hồi ức về việc đã ký một tài liệu cụ thể mặc dù anh ta có thể xác minh rằng anh ta thực sự đã ký nó. - Tính không thể giả mạo: Chỉ thành viên nhóm mới có thể tạo chữ ký số hợp lệ. - Danh tính người ký không thể phủ nhận: Người quản lý nhóm luôn có thể xác định danh tính của thành viên đã cấp chữ ký hợp lệ.
- Tính ẩn danh của người ký: Thật dễ dàng để kiểm tra xem một cặp thông điệp / chữ ký đã được ký bởi một thành viên nhóm, nhưng chỉ người quản lý nhóm mới có thể xác định thành viên nào đã cấp chữ ký. - Tính không liên kết: Hai cặp chữ ký bản tin trong đó chữ ký được lấy từ cùng một người ký không thể được liên kết. - Bảo mật chống lại tấn công nội bộ: Cả người quản lý nhóm, cũng như 10 các thành viên trong nhóm không thể ký thay mặt cho các thành viên khác trong nhóm. e) Chữ ký “mù bội” (Blind Multi-Signature) Mô hình chữ ký mù bội được mở rộng từ mô hình chữ ký bội bằng cách bổ sung thêm tính mù vào chữ ký.
Mô hình chữ ký mù bội đáp ứng ba thuộc tính bảo mật sau: - Tính xác thực: Nếu chữ ký mù bội là hợp lệ, bất kỳ ai cũng thừa nhận tính đúng của nó. - Tính chống chối bỏ: Chỉ người ký được chỉ định mới có thể tạo một chữ ký mù bội hợp lệ, bất kỳ chữ ký nào khác, ngay cả người ký ban đầu, không thể làm điều đó. - Tính không liên kết: Khi một chữ ký được xác minh và được mở, bất kỳ ai cũng có thể xác nhận nó, nhưng không ai ngoại trừ người yêu cầu chữ ký có thể liên kết chữ ký này với thể hiện quá trình ký trước đó. f) Chữ ký “ngưỡng” (Threshold Signatures) Chữ ký ngưỡng là chữ ký điện tử trong đó người ký có thể thành lập một nhóm sao cho chỉ một số tập hợp con nhất định của nhóm mới có thể tạo ra chữ ký thay mặt cho nhóm.
Tập hợp các tập hợp con được phép tạo ra các chữ ký được gọi là cấu trúc truy cập của lược đồ chữ ký ngưỡng. Đặc biệt hơn, lược đồ chữ ký theo ngưỡng (t, n) là một lược đồ chữ ký điện tử trong đó bất kỳ t hoặc nhiều hơn người ký nào đó của nhóm gồm n người ký đều có thể tạo ra chữ ký thay mặt cho nhóm. Trường hợp đặc biệt của lược đồ chữ ký ngưỡng (1, 1) là một mẫu chữ ký số bình thường. Thông thường, chữ ký ngưỡng không tiết lộ danh tính những thành viên thực sự đã kết hợp tạo ra chữ ký.
Cơ sở hình thành chữ ký số 1. Khái niệm, chức năng a) Khái niệm Mật mã học (Cryptography) là ngành khoa học nghiên cứu về việc đảm bảo an toàn thông tin.