Luận văn Xác thực trong các mạng vô tuyến
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Nguyễn Tuấn Hưng
XÁC THỰC TRONG CÁC MẠNG VÔ TUYẾN
Nghành :
Công nghệ thông tin
Chuyên nghành : Truyền dữ liệu và mạng máy tính
Mã số :
60 48 15
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS Trần Hồng Quân
Hà Nội - 2011
1
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi nghiên cứu. Trong luận văn có sử
dụng các tài liệu tham khảo đều được tôi trính dẫn đầy đủ và chính xác trong phần tài liệu
tham khảo.
Hà Nội, ngày 12 tháng 05 năm 2011
Tác giả
2
Mục lục
BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT..........................................................................................5
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................6
DANH MỤC HÌNH .........................................................................................................6
GIỚI THIỆU....................................................................................................................9
1. Đặt vấn đề ..............................................................................................................................................9
2. Vấn đề nghiên cứu................................................................................................................................10
3. Phạm vi nghiên cứu..............................................................................................................................10
CHƯƠNG 1 : XÁC THỰC TRONG MẠNG VÔ TUYẾN..........................................12
1.1. An ninh và các dịch vụ an ninh.........................................................................................................12
1.1.1. Khái niệm về an ninh thông tin ....................................................................................................12
1.1.2. Các hình thức tấn công ................................................................................................................12
1.1.2.1. Tấn công bị động.................................................................................................................13
1.1.2.2. Tấn công chủ động ..............................................................................................................14
1.1.3 Các dịch vụ an ninh thông tin .......................................................................................................17
1.2. Cơ bản về mật mã học.......................................................................................................................18
1.2.1. Mã hóa đối xứng .........................................................................................................................19
1.2.1.1. Khái niệm............................................................................................................................19
1.2.1.2. Mô hình hoạt động mã hóa khóa đối xứng............................................................................19
1.2.2. Mã hóa bất đối xứng....................................................................................................................24
1.2.2.1. Khái niệm............................................................................................................................24
1.2.2.2. Hệ mã hóa Diffie-Hellman...................................................................................................26
1.2.2.3. Hệ mã hóa công khai RSA...................................................................................................27
1.2.3. So sánh giữa mật mã khóa đối xứng và mật mã khóa công khai....................................................28
1.3 Chữ ký điện tử....................................................................................................................................28
1.3.1. Khái niệm ...................................................................................................................................28
1.3.2. Mô hình ký số RSA.....................................................................................................................30
1.3.3. Mô hình ký số DSA....................................................................................................................31
1.3.4. Thuật toán băm............................................................................................................................33
1.4. Xác thực và các các mô hình xác thực ..............................................................................................33
1.4.1. Mô hình xác thực yếu ..................................................................................................................35
1.4.1.1. Xác thực dựa trên mật khẩu..................................................................................................35
1.4.1.2. Xác thực dựa trên mã định danh cá nhân (PIN-based Authentication) ...................................36
1.4.2. Mô hình xác thực mạnh ...............................................................................................................36
1.4.2.1. Giao thức xác thực dựa trên hệ mật mã.................................................................................37
1.4.2.2. Giao thức xác thực dựa trên kỹ thuật zero-knowledge...........................................................39
1.4.2.3. Giao thức xác thực dựa trên thiết bị hỗ trợ............................................................................41
1.5. Kết luận chương 1 .............................................................................................................................42
3
CHƯƠNG 2: XÁC THỰC TRONG CÁC MẠNG VÔ TUYẾN THẾ HỆ SAU..........44
2.1. Xác thực trong mạng GSM............................................................................................................... 44
2.1.1 Giới thiệu mạng GSM.................................................................................................................. 44
2.1.2. Mô hình an ninh của mạng GSM................................................................................................. 46
2.1.3. Dịch vụ xác thực trong mạng GSM............................................................................................. 48
2.2. Xác thực trong mạng 3G................................................................................................................... 50
2.2.1. Giới thiệu mạng thông tin di động 3G.......................................................................................... 50
2.2.2. Mô hình an ninh trong mạng 3G.................................................................................................. 53
2.2.3. Dịch vụ xác thực và trao đổi khóa................................................................................................ 54
2.3. Xác thực trong mạng cục bộ không dây WLAN .............................................................................. 58
2.3.1. Giới thiệu về mạng cục bộ không dây WLAN.............................................................................. 58
2.3.2. Mô hình an ninh mạng WLAN .................................................................................................... 60
2.3.2.1. Các vấn đề an ninh trong mạng WLAN................................................................................ 60
2.3.2.2. Giải pháp an ninh trong mạng WLAN.................................................................................. 60
2.3.3. PRE-RSNA................................................................................................................................. 62
2.3.2.1. Xác thực.............................................................................................................................. 62
2.3.2.2. Bảo mật và toàn vẹn dữ liệu................................................................................................. 64
2.3.4. RSNA......................................................................................................................................... 65
2.3.4.1. Xác thực.............................................................................................................................. 65
2.3.4.2. Bảo mật và toàn vẹn dữ liệu................................................................................................. 68
2.4. Kết luận chương 2............................................................................................................................. 69
CHƯƠNG 3: Hệ MẬT MÃ CÔNG KHAI ECC VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÁC
THỰC CÁC MẠNG VÔ TUYẾN .................................................................................70
3.1. Hệ mật mã đường cong Elliptic ........................................................................................................ 71
3.1.1 Cơ sở toán học............................................................................................................................. 72
3.1.1.1. Đường cong Elliptic ............................................................................................................ 72
3.1.1.2. Phép cộng hai điểm ............................................................................................................. 73
3.1.1.3. Phép nhân hệ số nguyên ...................................................................................................... 76
3.1.1.4. Đường cong Elliptic trên trường hữu hạn ............................................................................. 77
3.1.2. Hệ mật mã công khai ECC .......................................................................................................... 83
3.1.2.1. Các tham số của hệ mật mã hóa ECC................................................................................... 84
3.1.2.2. Các kiểu dữ liệu trong hệ mật mã ECC ................................................................................ 86
3.1.2.2. Thuật toán sinh khóa ........................................................................................................... 87
3.1.2.3. Thuật toán trao đổi khóa ECDH........................................................................................... 88
3.1.2.4. Thuật toán chữ ký điện tử ECDSA....................................................................................... 88
3.1.2.5. Thuật toán xác thực chữ ký điện tử ECC.............................................................................. 89
3.1.2.6.Mô hình mã hóa tích hợp đường cong Elliptic - ECIES ......................................................... 90
3.2. Ưu điểm của hệ mật mã đường cong Elliptic ................................................................................... 92
3.3. Đề xuất xây dựng hạ tầng khóa công khai cho thiết bị di động dựa trên hệ mật mã ECC.............. 93
3.3.1. Vấn đề an ninh của hệ mật mã công khai...................................................................................... 93
3.3.2. Hạ tầng khóa công khai............................................................................................................... 94
3.3.3 Chứng thư số ............................................................................................................................... 95
3.3.4. Xác thực di động dựa trên hạ tầng khóa công khai sử dụng hệ mật mã đường cong Elliptic........... 97
3.3.4.1. Giao thức cấp pháp chứng thư trên thiết bị di động............................................................... 98
3.3.4.2. Xác thực di động dựa trên chưng thư số sử dụng hệ mật mã ECC....................................... 101
3.3.5. Kết quả..................................................................................................................................... 103
3.3.5.1. Thiết kế chương trình ........................................................................................................ 103
3.3.5.2. Các bước thực hiện............................................................................................................ 103
4
3.3.5.3. Đánh giá hiệu năng của hệ mật mã ECC.............................................................................109
3.4. Kết luận chương 3 ...........................................................................................................................110
TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO........................................... 111
1. Hướng nghiên cứu tiếp theo...............................................................................................................111
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 112
PHỤ LỤC: THAM SỐ HỆ MẬT MÃ ECC ............................................................... 114
5
Bảng ký hiệu viết tắt
Ký hiệu
3G
Định nghĩa
Mạng thông tin di động thế hệ 3
Điểm truy cập
AP
AuC
BTS
CA
Trung tâm chứng thực
Trạm thu phát sóng
Cơ quan chứng thực chữ ký số
Tấn công từ chối dịch vụ
Thuật toán chữ ký số
DoS
DSA
EAP
ECC
ETSI
GPRS
Giao thức xác thực có thể mở rộng
Mật mã đường cong Elliptic
Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu
Công nghệ chuyển mạch gói được phát triển từ mạng
GSM
GSM
HLR
IEEE
ISO
Mạng thông tin di động toàn cầu thế hệ 2
Bộ ghi địa chỉ thường trú
Viện kỹ sư điện và điện tử
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
ITU-T
J2ME
Liên minh viễn thông quốc tế
Công nghệ của Java để phát triển các ứng dụng Java trên
điện thoai di động hay các thiết bị cầm tay nhỏ gọn
MS
PIN
Trạm di động
Mã định danh cá nhân
PKI
Hạ tầng khóa công khai
RADIUS
RFID
Dịch vụ xác thực người sử dụng truy cập từ xa
Định danh dựa trên tần số vô tuyến
6
RSA
SGSN
SIM
Hệ mật mã RSA
Nút hỗ trợ chuyển mạch dịch vụ
Thành phần định danh thuê bao
Trạm di động
STA
UMTS
USIM
VLR
Mạng thông tin thế hệ 3 theo tiêu chuẩn của Châu Âu
Thành phần định danh thuê bao của mạng 3G
Bộ ghi địa chỉ tạm trú
WLAN
Mạng nội bộ không dây
Danh mục bảng
Bảng 3.1 : So sánh độ an toàn các hệ mật mã theo chiều dài khóa ……………...67
Bảng 3.2 : Các điểm thuộc đường cong E23(1,1)……………………………..…73
4
Bảng 3.3 : Các giá trị trường F2 ………………………………………………...76
4
Bảng 3.4 : Các điểm thuộc đường cong E2 (g4,1)…………………….………....76
Bảng 3.5a : So sánh tốc độ ký giữa hệ mật mã ECC và RSA …………………….
Bảng 3.5b : So sánh tốc độ xác thực giữa hệ mật mã ECC và RSA ……………….
Danh mục hình
Hình 1.1 : Nghe lén thông tin…………………….……………………………...13
Hình 1.2 : Phân tích lưu lượng………………….…………………………….…14
Hình 1.3 : Giả mạo người gửi…………………,……,…………………………..15
Hình 1.4 : Tấn công lặp lại……………………,…….…………………………..16
Hình 1.5 : Tấn công sửa đổi dữ liệu………….……….…………………………16
Hình 1.6 : Tấn công từ chối dịch vụ………….…………………….……………17
Hình 1.7 : Chế độ ECB……………………….…………………………….……20
Hình 1.8 : Chế độ CBC……………………..……………………………………21
Hình 1.9 : Chế độ CFB…………………….………………………………….…22
7
Hình 1.10 : Chế độ OFB ……………………………………………………….23
Hình 1.11 : CTR ………………………………………………………………..23
Hình 1.12a : Chức năng mã hóa / giải mã ……………………………………….25
Hình 1.12b : Chức năng ký ……………………………………………………...25
Hình 1.13 : Mô hình ký số RSA ……………………………………………….30
Hình 1.14a : Mô hình ký số và xác thực DSA …………………………………..32
Hình 1.14b : Mô hình truyền thông, sử dụng chữ ký điện tử DSA ……………..32
Hình 2.1 : Hạ tầng mạng GSM ………………………………………………..43
Hình 2.2 : Mô hình an ninh mạng GSM ……………………………………...46
Hình 2.3 : Mô hình xác thực trong mạng GSM ………………………………47
Hình 2.4 : Kiến trục mạng 3G UMTS ………………………………………..49
Hình 2.5 : Mô hình an ninh mạng UMTS …………………………………….51
Hình 2.6 : Giao thức xác thực 2 chiều mạng UMTS ………………………….53
Hình 2.7a : Sinh vector xác thực tại AuC ……………………………………...54
Hình 2.7b : Thuật toán sinh xác thực tại USIM ………………………………..55
Hình 2.8 : Tham chiếu giữa mô hình IEEE 802.1và mô hình OSI …………...57
Hình 2.9 : Giải pháp an ninh chuẩn 802.11i ………………………………….60
Hình 2.10a : Phương thức xác thực mở - OSA …………………………………..61
Hình 2.10b : Phương pháp xác thực khóa chia sẻ - SKA ………………………..62
Hình 2.11a : Mã hóa gói dữ liệu …………………………………………………63
Hình 2.11b : Giải mã và kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu …………………………63
Hình 2.12 : Dịch vụ xác thực của 802.1x ………………………………………65
Hình 2.13 : EAPoL ……………………………………………………………..66
2
3
Hình 3.1a
:
…………………………………………………….70
……………………………………………….……70
y x 5x 3
2
3
Hình 3.1b :
y x 5x 8
Hình 3.2a : Phép cộng 2 điểm ……………………………………….…………72
8
Hình 3.2b : Phép cộng 2 điểm, với Q ≡ - P …………………………...……….72
Hình 3.2c : Phép nhân đôi điểm ………………………………………………..73
Hình 3.3 : Các điểm thuộc đường cong E23(1,1) trên đồ thị …………………..76
4
Hình 3.4 : Các điểm thuộc đường cong E2 (g4,1) trên đồ thị ………………….79
Hình 3.5 : Quan hệ chuyển đổi giữa các kiểu dữ liệu …………………………83
Hình 3.6 : Các thành phần hạ tầng khóa công khai …………………………...90
Hình 3.7 : Cấu trúc chứng thư X.509 ………………………………………….92
Hình 3.8 : Giao thức cấp đăng ký cấp phát chứng thư …………………………94
Hình 3.9 : Giao thức pháp hành chứng thư …………………………………….95
Hình 3.10a : Giao thức xác thực một bước ……………………………………….97
Hình 3.10b : Giao thức xác thực hai bước ………………………………………..97
Hình 3.10c : Giao thức xác thực ba bước ………………………………………....98
Hình 3.11a : Chứng thư của CA………………………………………………….100
Hình 3.11b : Trường khóa công khai của CA ……………………………………100
Hình 3.11c : Thuật toán ký của CA………………………………………………101
Hình 3.11d : Chữ ký của CA trên chứng thư …………………………………….101
Hình 3.11e: Form điền thông tin cấp yêu cầu phát chứng thư ………………….102
Hình 3.11f : Chứng thư được phát hành bởi CA ………………………………..102
Hình 3.11g : Thuật toán ký số của CA trên chứng thư phát hành………………..103
Hình 3.11h : Chữ ký của CA trên chứng thư phát hành …………………………103
9
Giới thiệu
1. Đặt vấn đề
Kể từ năm 1895, khi nhà khoa học Guglielmo Marconi đã thành công trong
việc truyền 1 thông điệp điện báo đầu tiên từ khoảng cách 18 dặm mà không cần
dùng một loại dây truyền nào. Ngày nay, các thiết bị vô tuyến đã xâm nhập vào hầu
hết các khía cạnh cuộc sống của con người, ở đâu ta cũng có thể dễ dàng bắt gặp
những thiết bị vô tuyến: Từ những vật dụng đơn giản như đài radio, vô tuyến truyền
hình, những chiếc điện thoại di động, hoặc mạng Wifi gia đình. Các thiết bị vô
tuyến nói chung và thiết bị di động nói riêng đã góp phần rất lớn trong cuộc cách
mạng hiện đại hóa của con người. Thật khó có thể hình dung cuộc sống hiện đại nếu
không có những thiết bị vô tuyến đó.
Bên cạnh những mặt tốt, truyền thông vô tuyến cũng có nhiều mặt hạn chế. Do
tính tiện lợi của truyền thông vô tuyến, do vậy cuộc sống của con người ngày càng
lệ thuộc vào nó. Mặt khác, do bản chất của truyền thông vô tuyến là truyền công
khai bằng các tín hiệu vô tuyến trong không khí, do vậy mạng vô tuyến tiềm ẩn rất
nhiều nguy cơ an ninh. Nếu kênh truyền không được bảo vệ tốt thì người sử dụng
cuối rất có thể sẽ bị tổn thương nếu bị tấn công.
Ví dụ, ngày nay có nhiều người sử dụng điện thoại di đông để liên lạc với
nhau, các thông tin trao đổi cũng rất đa dạng, kể cả nhưng thông tin bí mật, nếu bị
tấn công, những thông tin bí mật đó có thể bị lộ và sẽ gây ra những ảnh hưởng rất
lớn tới người sử dụng. Ta có thể nếu ra một ví dụ khác, trong thời gian gần đây, có
rất nhiều tin nhắn điện thoại giả mạo lừa đảo được gửi tới nhiều người dùng điện
thoại di động, gây ra nhiều bức xúc cho người sử dụng và là vấn đề nhức nhối của
xã hội. Giải sử những thông tin giả mạo liên quan tới những vấn đề giao dịch, hay
kinh doanh thì sẽ gây ra thiệt hại rất lớn cho người sử dụng.
Do sự phổ biến của những chiếc điện thoại di động, do vậy có rất nhiều dịch
vụ giá trị gia tăng được phát triển trên truyền thông di động. Trong đó có nhiều dịch
vụ thương mại điện tử như thanh toán di động (mobile payment), ngân hàng điện tử.
Tuy nhiên, nếu hạ tầng di động không đảm bảo được tính bảo mật thì các dịch vụ
trên rất khó để thuyết phục người sử dụng tham gia.
Hiện nay, hạ tầng an ninh truyền thông đã được xây dựng tương đối hoàn
chỉnh, ví dụ như hạ tầng khóa công khai (PKI – Public key Infrastructure). Tuy
nhiên các thiết kế ban đầu của các hạ tầng đó được phục vụ việc bảo mật và xác
thực chạy trên các máy vi tính. Với như thiết bị di động, hoặc các thiết bị nhúng có
10
năng lực xử lý và khả năng lưu trữ hạn chế thì phương pháp bảo mật cũ không có
hiệu quả. Mặc dù trong vài năm trở lại đây, có sự bùng nổ của các thiết bị di động
thông minh, có năng lực xử lý ngang với máy vi tính, tuy nhiên đó vẫn chỉ là số ít.
Phần còn lại của các thiết bị di động vẫn là các thiết bị có năng lực xử lý kém,
không tương thích với việc triển khai các thuật toán bảo mật.
Để giải quyết các vấn đề này, trong những năm gần đây, có nhiều công trình
đã nghiên cứu các phương pháp để bảo mật trong truyền thông vô tuyến. Trong luận
văn của mình, học viên sẽ nghiên cứu những vấn đề bảo mật trong truyền thông vô
tuyến.
2. Vấn đề nghiên cứu
Để nghiên cứu vấn đề bảo mật trong truyền thông mạng vô tuyến, học viên
nghiên cứu theo các vấn đề sau:
Vấn đề an ninh và các mô hinh xác thực trong truyền thông mạng.
Khảo cứu các kỹ thuật an ninh đang được áp dụng trong các mạng truyền
thông vô tuyến phổ biến hiện nay.
Nghiên cứu phương pháp xác thực hiệu quả được áp dụng trên các thiết
bị vô tuyến nói chung và thiết bị di động nói riêng.
3. Phạm vi nghiên cứu
Khái niệm truyền thông mạng là một khái niệm rộng, do vậy trong phạm vi
của một luân văn thạc sỹ. Học viên chỉ xét các mạng vô tuyến đặc trưng và phổ biến
nhất, đó là mạng di động và mạng không dây WLAN. Trong đó sẽ tập trung chủ yếu
vào mạng di động.
Trong nghiên cứu về an ninh truyền thông, học viên sẽ giới thiệu các khái
niệm chung về an ninh truyền thông, các phương pháp tấn công. Tiếp đó học viên
nêu ra các khái niệm cơ bản về mật mã học, các hệ mật mã được sử dụng phổ biến
hiện nay, và các dịch vụ an ninh được xây dựng trên các hệ mật mã đó. Phần cuối,
học viên sẽ nghiên cứu các mô hình xác thực trong truyền thông dựa trên cơ sở các
dịch vụ an ninh đã và đang được ứng dụng hiện nay đang được ứng dụng phổ biến.
Phần tiếp theo, học viên sẽ khảo cứu các kỹ thuật xác thực trong các mạng
truyền thông phổ biến nhất hiện nay, đó là mạng di động GSM, mạng 3G và mạng
WLAN. Đối với từng mạng, học viên đi vào phân tích và nếu ra những nguy cơ an
ninh trong hoạt động của các mạng đó.
11
Phần cuối cùng, học viên đi vào nghiên cứu hệ mật mã công khai đường cong
Elliptic (ECC - Elliptic Curve Cryptography). Học viên sẽ đi vào khảo cứu và giới
thiệu các thuật toán được ứng dụng trong triển khai các dịch vụ an ninh trên cơ sở
của hệ mật mã ECC. Dựa vào các kết quả nghiên cứu trước đó về hệ mật mã ECC,
học viên sẽ đưa ra những so sánh và đánh giá để chỉ ra sự tương thích của hệ mật
mã ECC khi chạy trên các thiết bị có năng lực xử lý yếu. Cuối cùng, luận văn đề
xuất ứng dụng hạ tầng khóa công khai sử dụng mật mã ECC ứng dụng trên điện
thoại di động. Để minh họa, luận văn đã thiết kế giao thức cấp phát chứng thư an
toàn trên điện thoại di động. Trong tương lại, học viên sẽ có thể tiếp tục nghiên cứu
và hoàn thiện các giải pháp triển khai hạ tầng khóa công khai trên thiết bị di động.
12
Chương 1 : Xác thực trong mạng vô tuyến
1.1. An ninh và các dịch vụ an ninh
1.1.1. Khái niệm về an ninh thông tin
An ninh có thể được hiểu là các biện pháp nhằm bảo vệ an toàn cho các dữ
liệu và các tài nguyên khỏi sự xâm hại, sự giả danh từ các tác nhân trái phép.
An ninh thông tin là một thành phần quan trọng trong bất cứ một dịch vụ, một
sản phẩm, hay hệ thống thông tin nào. An ninh trong hệ thống truyền thông thông
tin lại càng quan trọng, bởi tính chất của truyền thông thông tin là truyền sóng dưới
dạng công khai mà bất cứ ai cũng có thể tiếp cận được, và do sự phổ biến của các
dịch vụ truyền thông thông tin ngày nay.
Comment [u1]: Spafford, G.,
tml
Nói về an toàn thông tin của 1 hệ thống, giáo sư G. Spafford đã từng nói [22]:
“Một hệ thống chỉ an toàn thực sự khi nó được ngắt hoàn toàn, được đóng trong 1
khối bê tông và được niêm phong trong 1 ngôi nhà bọc chì có lực lượng vũ trang
bảo vệ - Thậm chí khi đó tôi vẫn có sự nghi ngờ ”. Theo định nghĩa của ISO/IEC
2382-8 : “An ninh là sự bảo vệ dữ liệu và tài nguyên bằng các hành động thích hợp
khỏi những hành vi gây hại cố tình hay vô ý”
Một trong những sai lầm phổ biến khi thiết kế hệ thống đó là việc coi yếu tố
an ninh là thành phần có thể được bổ xung sau, chính sai lầm này dẫn tới những lỗ
hổng an ninh phát sinh ở giai đoạn sau sẽ rất khó phát hiện, và sửa chữa. Ví dụ,
trong các giao thức 802.11 của mạng WLAN, thiết kế của lớp trung gian MAC
(Medium Access Control) có thể dẫn tới hệ thống bị tấn công từ chối dịch vụ
(Denial of services - DoS). Các giao thức 802.11 sau này (802.11i) đã được cải tiến
để chống lại các cuộc tấn công dịch vụ, nhưng vẫn chưa loại bỏ được kiểu tấn công
người ở giữa (Man in the middle). Do vậy việc xem xét đánh giá tổng thể các khía
cạnh sử dụng, các tình huống sử dụng trong thực tế để phát hiện ra những nguy cơ
an ninh là một điều rất quan trọng.
1.1.2. Các hình thức tấn công
Để nắm rõ được các cơ chế an ninh, ta cần quan tâm tới các hình thức tấn-
công. Hiện nay, có rất nhiều hình thức tấn công vào hệ thống, nhưng ta có thể phân
thành 2 nhóm [24]: Tấn công bị động và tấn công chủ động. Tấn công bị động là
hành động thu thập thông tin, nghe lén thông tin, phân tích thông tin trên kênh
Comment [u2]: William Stalling (2005)
“Cryptography and Network Security”, pp 13-
15
13
truyền mà không phương hại tới tài nguyên hay dữ liệu của hệ thống. Tấn công chủ
động là hình thức tấn công mà kẻ tấn công tác động tới dữ liệu và tài nguyên của hệ
thống, làm ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống.
1.1.2.1. Tấn công bị động
Có 2 hình thức tấn công bị động đó là: Nghe lén và theo dõi lưu lượng. Mục
tiêu của kẻ tấn công là thu thập thông tin trên đường truyền để khôi phục thông điệp
truyền tin và phân tích được lưu lượng truyền trên mạng.
Hình 1.1 : Nghe lén thông tin
Việc tấn công nghe lén và khôi phục lại dữ liệu truyền là một dễ hiểu, bởi
trong các thông tin truyền như các cuộc gọi, email, tin nhắn, có rất nhiều thông tin
nhạy cảm mà ta không muốn bị lộ. Nếu dữ liệu truyền của ta không được mã hóa,
thì việc lộ thông tin khi bị nghe lén là điều chắc chắn.
Tấn công phân tích lưu lượng là một kiểu tấn công tinh vi, giả sử thông tin
trao đổi của chúng ta đã được mã hóa bằng một hệ mật mã nào đó, do vậy kẻ tấn
công không thể nghe lén được nội dung thông tin trao đổi. Nhưng kẻ tấn công có
thể theo dõi được các mẫu thông điệp được truyền trên đường truyền, từ 1 nguồn tới
1 đích xác định, kết hợp với các thông tin khác, kẻ tấn công có thể đoán được một
phần thông điệp truyền.
14
Hình 1.2 : Phân tích lưu lượng
Phương pháp tấn công bị động rất khó phát hiện, bởi không có bất cứ 1 sự
thay đổi hay can thiệp nào trên dữ liệu truyền, do vậy cả người gửi và người nhận
đều không thể nhận biết được thông tin truyền của mình có bị nghe lén, hay bị theo
dõi hay không. Để phòng chống việc bị tấn công thụ động, các thông tin truyền phải
được mã hóa trước khi truyền để tránh bị tấng công nghe lén, đồng thời ta có thể áp
dụng một số cơ chế đặc biệt để có thể chống được tấn công phân tích lưu lượng.
1.1.2.2. Tấn công chủ động
Tấn công chủ động là các hình thức tấn công nhằm sửa đổi thông tin truyền,
hoặc tạo ra các thông tin truyền giả mạo. Tấn công chủ động có thể được chia làm 4
nhóm sau: Tấn công giả mạo, tấn công lặp lại, tấn công sửa đổi thông tin, và tấn
công từ chối dịch vụ.
Tấn công giả mạo : Là hình thức tấn công mà kẻ tấn công sẽ giả mạo mình là
một người khác để thực hiện hành vi tấn công. Ví dụ, trong thủ tục xác thực người
dùng của 1 hệ thống, nếu kẻ tấn công có mật khẩu của người dùng thì kẻ đó có thể
vượt qua hệ thông xác thực như 1 người dùng hợp lệ.
Tấn công lặp lại : Kẻ tấn công sau khi đã thu thập được 1 đơn vị dữ liệu trên
kênh truyền, nếu đơn vị dữ liệu đó được sử dụng trong thủ tục xác thực, kẻ tấn công
có thể gửi lại đơn vị dữ liệu đó để có thể vượt qua thủ tục xác thực.
15
Tấn công sửa đổi dữ liệu : Kẻ tấn công có thể can thiệp vào dữ liệu trên kênh
truyền và sửa đổi dữ liệu đó nhằm phục vụ mục đích của mình.
Tấn công từ chối dịch vụ (Denial of Service - Dos): Là hình thức làm suy
giảm khả năng phục vụ của hệ thống, bằng cách gửi một loạt các yêu cầu phục vụ
giả mạo tới hệ thống với số lượng cực lớn, làm cho hệ thống bị quá tải, dẫn tới
những yêu cầu phục vụ chính đáng không thể được xử lý.
Hình 1.3 : Giả mạo người gửi
16
Hình 1.4 : Tấn công lặp lại
Hình 1.5 : Tấn công sửa đổi dữ liệu
17
Hình 1.6 : Tấn công từ chối dịch vụ
Ta có thể thấy hình thức tấn công chủ động trái ngược với các tấn công bị-
động. Trong khi các hình thức tấn công bị động rất khó phát hiện, nhưng việc áp
dụng các biện pháp phòng chống lại có thể dễ dàng áp dụng, ngược lại các hình
thức tấn công chủ động lại dễ dàng có thể phát hiện, nhưng lại khó phòng chống bởi
hiện nay có rất nhiều các loại hình dịch vụ khác nhau, các loại thiết bị khác nhau
cùng hoạt động, do vậy càng có nhiều lỗ hổng an ninh hơn, trong đó có nhiều lỗ
hổng an ninh đã được phát hiện và nhiều lỗ hổng an ninh tiềm ẩn, chưa được phát
hiện. Đây là mảnh đất màu mỡ cho các hacker có thể hoạt động.
1.1.3 Các dịch vụ an ninh thông tin
Dựa vào các hình thức tấn công, chuẩn kiến trúc an ninh cho mô hình OSI
X.800 [12] đưa ra 5 dịch vụ an ninh thông tin. Đó là các dịch vụ :
Comment [u3]: ITU-T
Recommendation X.800, “Security
architecture for open system
interconnection (OSI)”, pp 8-10
Bảo mật: Dịch vụ bảo mật dữ liệu đảm bảo dữ liệu không thể bị đọc bởi những
người không được phép. Theo đó dữ liệu sẽ được mã hóa, chỉ có những người được
phép có khóa hợp lệ mới có thể đọc được nội dung dữ liệu. Mặt khác, khi dữ liệu
truyền được mã hóa địa chỉ nguồn và địa chỉ đích, thì có tác dụng bảo vệ kênh
truyền khỏi cuộc tấn công phân tích lưu lượng. Dịch vụ bảo mật thông tin được sử
dụng để bảo mật dữ liệu truyền khỏi tấn công thụ động.
Dịch vụ xác thực: Dịch vụ xác thực đảm bảo được danh tính của các thực thể
truyền thông, và dữ liệu truyền thông được công bố là xác thực và không bị sửa đổi
bởi bên thứ 3.
18
Dịch vụ điều khiển truy cập: Dịch vụ điều khiển truy cấp là khả năng hạn chế
và điều khiển truy cập vào hệ thống và ứng dụng thông qua kênh truyền. Để có thể
truy cập hệ thống, thực thể truy cập trước tiên phải được định danh, và xác thực.
Sau khi thực thể được xác thực thành công, hệ thống sẽ cấp quyền truy cập tới
những thành phần được phép truy cập cho thực thể đó.
Toàn vẹn dữ liệu: Dịch vụ toàn vẹn dữ liệu ngăn chặn những hành động sửa
đổi dữ liệu trái phép. Theo đó, chỉ những thực thể hợp lệ mới được phép sửa đổi dữ
liệu. Các thao tác sửa đổi dữ liệu bao gồm: Thay đổi trạng thái dữ liệu, tạo dữ liệu
giả, xóa dữ liệu, và gửi lại dữ liệu đã gửi trước đó.
Chống chối bỏ: Dịch vụ chống chối bỏ đảm bảo cho thực thể nhận có thể
chứng minh được dữ liệu nhận được chắc chắn là của bên gửi. Tương tự, thực thể
gửi cũng có thể chứng minh được dữ liệu gửi đi chắc chắn là của mình.
1.2. Cơ bản về mật mã học
Các dịch vụ an ninh chỉ có thể được xây dựng trên nền tảng hệ thống mật mã
học. Với mỗi dịch vụ, mỗi mục đích khác nhau, có những phương pháp mã hóa
khác nhau được sử dụng. Trước khi đi chi tiết các phương pháp trong an ninh mạng
vô tuyến, ta cần có những khái niệm cơ bản về mật mã học và các hệ mật mã được
sử dụng phổ biến hiện nay.
Mã hóa (Encryption) là quá trình biến đổi một thông điệp theo 1 phương thức
nào đó nhằm giữ bí mật nội dung của thông điệp đó, theo đó các ký tự dễ hiểu của
bản gốc thông điệp ( bản rõ - plain text) bị thay thế bởi các ký tự có thứ tự hỗn độn
tạo ra một thông điệp có hình thức khó hiểu (bản mã - ciphertext). Quá trình ngược
lại với quá trình mã hóa được gọi là quá trình giải mã (Decrytion). Một hệ mật mã
(cryptography) bao gồm 1 phương pháp mã hóa và 1 phương pháp giải mã với một
hay nhiều khóa xác định để thực hiện thao tác mã hóa và giải mã. Thông thường, để
bảo đảm an toàn cho 1 thông điệp truyền, ta thường kết hợp nhiều phương pháp mã
hóa, ví dụ một lớp mã hóa để đảm báo thông điệp không bị đọc trộm bởi các thực
thể không được phép, và có thể dùng thêm một lớp mã hóa để “tạo chữ ký” cho
thông điệp truyền. Khi thông điệp đã được ký, nó có tác dụng đảm bảo tính toàn vẹn
của thông điệp, xác thực và chống chối bỏ. Ngoài ra, trong các thông điệp truyền,
có thể áp dụng kỹ thuật đóng dấu thời gian để chống tấn công lặp lại.
Các hệ mã hóa có thể được chia ra làm 2 loại chính: Mã hóa đối xứng và mã
hóa bất đối xứng. Ta sẽ cùng xét lần lượt 2 loại mã hóa này.
19
1.2.1. Mã hóa đối xứng
1.2.1.1. Khái niệm
Hệ mật mã đối xứng là hệ mật mã sử dụng thuật toán mã hóa khóa đối xứng,
tức là quá trình mã hóa và quá trình giải mã đều sử dụng chung một khóa. Để sử
dụng hệ mật mã đối xứng, người gửi và người nhận trước đó phải trao đổi một khóa
dùng chung, sau đó mới có thể tiến đến mã hóa và giải mã thông điệp gửi đi và nhận
lại.
Quá trình mã hóa và giải mã có thể được ký hiệu một cách hình thức như sau:
Gọi P (Plaintext) và C (Ciphertext) lần lượt là bản rõ và bản mã của một thông điệp.
K là tập các khóa. Ek và Dk lần lượt là 2 thủ tục mã hóa và giải mã với khóa k, ký
hiệu là:
(1)
Ek và Dk thỏa mãn tính chất sau:
D ( E (x) ) = x với
xP
Ek( Dk(y) ) = y với yC
k
k
(2)
Việc tính toán Ek(x) và Dk(y) có thể dễ dàng thực hiện được. Nhưng ngược lại
việc tìm ra x khi chỉ biết bản mã Ek(x) = C, hoặc tìm ra khóa k là một việc rất khó.
Việc phá mã có thể đưa về 2 bài toán sau:
Tìm bản rõ x khi chỉ biết Ek(x)
Tìm khóa k nếu biết k thuộc tập khóa K và có các bản mã Ek(x)
Trong hệ mật mã khóa đối xứng, độ lớn của không gian khóa là cực kỳ quan
trọng. Trong thực tế, độ an toàn của hệ mật mã phụ thuộc rất lớn vào độ lớn của
không gian khóa, không gian khóa càng lớn thì địch thủ càng khó để thực hiện tấn
công vét cạn để tìm ra khóa đúng. Nếu không gian khóa có độ lớn là 2128 khóa, với
siêu máy tính hiện đại nhất hiện nay là Thiên hà 1A của Trung Quốc có số phép tính
trong 1 giây là 2.5x1015 phép tính. Để tìm ra khóa, siêu máy tính phải thực hiện
trong khoảng 1015 năm. Đây là một điều không thể.
1.2.1.2. Mô hình hoạt động mã hóa khóa đối xứng
Dựa vào mô hình hoạt động, các hệ mã hóa khóa đối xứng có thể được chia
làm 2 loại: Mã hóa khối (block cipher scheme) và mã hóa theo dòng (stream
20
cipher). Mã hóa khối hoạt động bằng cách chia nhỏ thông điệp gốc thành nhiều khối
có cùng độ dài xác định b (b > 0), sau đó mã hóa tất cả các khối theo đúng thư tự và
truyền đi. Mã hóa theo dòng là một trường hợp đặc biệt của mã hóa khối trong
trường hợp số khối bằng 1, chiều dài khối đúng bằng chiều dài thông điệp.
Mô hình khối đối xứng có 5 chế độ tương ứng với 5 mô hình mã hóa khối, đó
là các chế độ : ECB (Electronic Codebook), CBC (Cipher Block Chaining), CFB
(Cipher Feedback), Output Feedback (OFB) và Counter (CTR) [26]
Comment [u4]: William Stalling (2005)
“Cryptography and Network Security”, pp
181-189
a. ECB – Electronic Codebook
Chế độ ECB là chế độ đơn giản nhất trong các mô hình mã hóa khối. Chế độ
ECB sẽ chia bản rõ (plaintext) thành các khối có độ dài bằng nhau và mã hóa các
khối đó độc lập với nhau với cùng 1 khóa k. Do các khối được mã hóa độc lập với
nhau nên địch thủ có thể dễ dàng nhận ra được các khuôn mẫu của bản rõ dựa vào
sự giống nhau các khối trùng nhau (Hình 1.7).
Hình 1.7 : Chế độ ECB
21
b. CBC – Cipher Bock Chaining
Chế độ CBC chia nhỏ bản rõ (plaintext) thành các khối có độ dài bằng nhau.
Nhưng khác với chế độ EBC, các khối dữ liệu sau sẽ được thực hiện phép XOR với
bản mã của khối dữ liệu trước. Riêng khối dữ liệu đầu tiên sẽ được XOR với 1
vector khởi tạo (Initialize Vector - IV). Chế độ CBC đã khắc phục được nhược điểm
của ECB, do có khối sau được mã hóa dựa trên bản mã của khối trước đó nên địch
thủ không thể nhận biết được các mẫu khối bản rõ giống nhau (Hình 1.8).
Hình 1.8 : Chế độ CBC
c. CFB (Cipher Feedback)
Chế độ CFB có cơ chế hoạt động tương tự với chế độ CBC, nhưng thay vì
khối sau được XOR với bản mã của khối trước, CFB sử dụng thanh thêm 1 thanh
ghi dịch chuyển và 1 hàm băm để băm khối mã trước đó rồi mới XOR với bản rõ
(Hình 1.9).
22
Hình 1.9 : CFB
d. OFB (Output Feedback)
Chế độ OFB có cơ chế hoạt động tương tự với chế độ CFB, nhưng thay vì bản
mã của khối trước được băm, OFB sử dụng mã băm của khối trước để băm tiếp ở
khối sau trước khi XOR với bản rõ của khối sau (Hình 1.10).
e. CTR (Counter)
Chế độ CTR sử dụng một biến đếm tăng dần theo số lượng khối, ở mỗi khối
biến đếm của khối đó được mã hóa bởi khóa K, bản mã của phép mã hóa này sẽ
được XOR với bản rõ của khối (Hình 1.11).
23
Hình 1.10 : OFB
Hình 1.11 : CTR
24
1.2.2. Mã hóa bất đối xứng
1.2.2.1. Khái niệm
Mật mã bất đối xứng - hay còn gọi là mật mã công khai - có 2 loại khóa trong
không gian khóa là (PR, PU), trong đó PR là khóa bí mật, PU là khóa công khai. 2
thủ tục mã hóa E và giải mã D với lần lượt khóa PU và khóa PR được ký hiệu như
sau:
(3)
Thỏa mãn :
D ( E (x) ) = x với
xP
EPU( DPR(y) ) = y với yC
PR
PU
(4)
Hàm mã hóa EPU(x) và hàm giải mã DPR(y) là các hàm dễ dàng tính được.
Việc phá mật mã công khai được đưa về các bài toán sau:
Tìm bản rõ x nếu biết bản mã hóa EPU(x) và khóa công khai PU
Tìm khóa công bí mật PR khi biết khóa công khai PU
Không giống như hệ mã hóa khóa đối xứng - sử dụng 1 khóa chia sẻ để mã
hóa và giải mã thông điệp trao đổi - mã hóa khóa công khai sử dụng 1 cặp khóa gọi
là khóa bí mật và khóa công khai: Khóa công khai được sử dụng để mã hóa dữ liệu,
khóa bí mật sử dụng để giải mã. Mã hóa khóa công khai đã giải quyết được những
điểm yếu của mã hóa khóa đối xứng, đó là mã hóa khóa đối xứng trước khi sử dụng
phải có sự trao đổi khóa giữa các thực thể truyền, nếu khóa chung được chia sẻ qua
môi trường công cộng (Như Internet hay điện thoại …) thì rất dễ bị nghe lén, khi bị
lộ khóa thì việc mã hóa không còn tác dụng nữa. Mặt khác mã hóa khóa đối xứng
không có chức năng “ký”, do vậy các thực thể tham gia truyền thông không thể tự
bảo vệ mình nếu đối tác có hành động chống lại ( Hành động chối bỏ dữ liệu đã
truyền, hoặc giả mạo ). Mã hóa khóa công khai sử dụng 2 khóa để hoạt động, mỗi
bên sẽ tự tạo cho mình 2 khóa có liên hệ về mặt toán học, khóa công khai sẽ được
công bố công khai, khóa bí mật sẽ được giữ kín.
Khi bên A cần truyền thông tin bí mật cho bên B, bên A sẽ sử dụng khóa công
khai của bên B để mã hóa. Do chỉ B mới có khóa bí mật trong cặp khóa, nên chỉ duy
nhất B mới có thể giải mã được thông tin bên A gửi, đó gọi là chức năng mã hóa
(Hình 1.12a). Khi bên B muốn xác nhận 1 thông điệp gửi cho bên A là chính xác do
25
B gửi, B sẽ dùng khóa bí mật của mình để mã hóa thông điệp truyền và gửi đính
kèm thông điệp truyền. Bên A nhận được sẽ dùng khóa công khai của B để giải mã
bản mã bên B gửi đính kèm, nếu kết quả giải mã trùng với thông tin bên B gửi thì
bên A có thể chắc chắc thông tin đó chính xác là do bên B gửi, đây là chức năng
“ký” của mã hóa khóa công khai (Hình 1.12b).
Comment [u5]: William Stalling
(2005) “Cryptography and Network
Security”, pp 266-267
Theo William Stalling, mã hóa khóa công khai có 3 chức năng chính [27]:
Mã hóa và giải mã
Chứ ký điện tử
Trao đổi khóa
Hình 1.12a : Chức năng mã hóa / giải mã
Hình 1.12b: Chức năng ký
26
Cơ sở lý thuyết của mã hóa khóa công khai là dựa trên hàm 1 chiều trong các
phép tính toán học, theo đó phép tính theo chiều xuôi rất dễ, nhưng phép tính theo
chiều ngược lại là rất khó, Ví dụ như trong phép nhân 2 số nguyên tố rất lớn, chiều
xuôi là phép nhân được tính toán rất đơn giản, nhưng chiều ngược, tức là phần tích
1 số nguyên rất lớn thành tích của các thừa số nguyên tố lại là bài toán rất khó, các
phương tiện máy tính hiện đại nhất và các phương pháp phá mã, thám mã đến nay
vẫn chưa thể giải quyết được.
1.2.2.2. Hệ mã hóa Diffie-Hellman
Hệ mã hóa Diffie-Hellman có cơ sở toán học từ bài toán 1 chiều của logarit rời
rạc. Bài toán lograrit rời rạc được phát biểu như sau: Cho số nguyên tố p, số y và g,
tìm số nguyên x thỏa mãn:
y gx mod p
(5)
Việc tính ra y khi biết g, x và p là rất dễ dàng, nhưng việc tìm ra x từ y, g, và p
là rất khó.
Hệ mã hóa Diffie-Hellman được công bố lần đầu tiên bởi 2 nhà toán học
Whitfield Diffie và Martin Hellman năm 1976. Thuật toán Diffie-Hellman được
thiết kế nhằm phục vụ việc trao đổi khóa giữa 2 thực thể truyền thông qua môi
trường không an toàn. Theo đó 2 thực thể truyền thông không cần phải gặp trực tiếp
nhưng vẫn có thể thực hiện trao đổi khóa một cách an toàn và bí mật.
2 thực thể truyền thông Alice và Bob khi thực hiện trao đổi khóa Diffie-
Hellman sẽ thực hiện các bước sau:
Alice chọn 1 số nguyên tố p và một số nguyên cơ sở g. Alice chọn số
xa
nguyên xa, sau đó tính được
. Sau đó Alice công bố khóa
ya g mod p
công khai (ya, p, g) và giữ lại khóa bí mật (xa,p,g), khóa công khai sẽ
được gửi cho Bob.
xb
Bob chọn ra một số nguyên bí mật xb, sau đó tính được
sau đó gửi lại cho Alice số yb.
,
yb g mod p
Alice tính toán ra được khóa chia chung Ka ybxa mod p, Bob cũng sẽ
tính được khóa chia chung Kb yaxb mod p . Khóa Ka và Kb là 2 khóa chia
sẻ giữa Alice và Bob, được tính toán độc lập với nhau và bằng nhau.
Thật vậy
27
xa
xb
K yxa mod p gxb mod p mod p gxa mod p mod p Kb
a
b
1.2.2.3. Hệ mã hóa công khai RSA
Hệ mã hóa RSA có cơ sở toán học từ bài toán hàm 1 chiều phân tích thừa số
của một số nguyên rất lớn thành tích các thừa số nguyên tố.Cụ thể hệ mã hóa RSA
hoạt động như sau:
Chọn ra 2 số nguyên tố p, q có giá trị rất lớn (Cỡ 256 bit trở lên)
Tính ra tích n = p.q
Tính ra hàm Eule (Ơle) của tích n:
(n) ( p 1)(q 1)
Chọn ra số nguyên e nguyên tố cùng nhau với , tức gcd(e,
) = 1.
(n)
(n)
(gcd – là hàm tính ước chung lớn nhất của 2 số nguyên)
Tìm ra số nguyên d thỏa mãn
e.d 1(mod(n))
Hủy p,q, và
(n)
Công bố khóa công khai là PU = (n,e), Giữ lại khóa bí mật là PR = (n,d)
c me modn
Mã hóa thông điệp m (m là dạng số hóa):
m cd modn
Giải mã bản mã c :
Ví dụ:
Alice chọn ra 2 số nguyên tố p=7 và q= 13, từ đó tính ra n = 7x13=91. Suy ra
hàm Eule
. Áp dụng thuật toán Euclid mở rộng ta tính ra
(n) (7 1)(131) 72
được
e.d 529 1(mod 72)
Alice hủy số p=7,q=13,
=72. Công bố khóa công khai PU=(91,5), và lưu
(n)
lại khóa bí mật PR=(91,29)
Giả sử Bob muốn mã hóa thông điệp m=7, Bob sẽ sử dụng khóa công khai của
Alice để mã hóa:
c me mod(n) 75 mod91 63
Sau khi Bob gửi cho Alice bản mã c=63, Alice sẽ dùng khóa bí mật của mình
để giải mã:
m cd mod(n) 6329 mod91 7
28
1.2.3. So sánh giữa mật mã khóa đối xứng và mật mã khóa công khai
Cả 2 hệ mật mã khóa đối xứng và mật mã khóa công khai đều có những ưu
điểm và nhược điểm riêng. Mật mã khóa đối xứng có những ưu điểm so với mã hóa
khóa công khai :
Tốc độ mã hóa nhanh và không đòi hỏi năng lực tính toán lớn
Với cùng 1 độ an toàn, khóa của mật mã khóa đối xứng nhỏ hơn so với
khóa của mật mã khóa công khai
Ngược lại, mật mã khóa công khai cũng có những ưu điểm so với mã hóa khóa
đối xứng:
Mật mã khóa đối xứng yêu cầu 2 bên phải giữ bí mật khóa chia sẻ, mật
mã khóa công khai thì mỗi bên có khóa bí mật của riêng mình, còn khóa
công khai sẽ được công khai.
Mật mã khóa đối xứng gặp khó khăn trong việc phân phối khóa và quản
lý khóa. Việc phân phối khóa của khóa đối xứng là đặc biệt quan trọng,
thường sẽ phải bằng phương pháp vật lý để không bị nghe lén, đọc trộm.
Mặt khác mật mã khóa đối xứng thường xuyên phải thay đổi khóa để
đảm bảo tính an toàn. Với mật mã khóa công khai, việc trao đổi khóa là
rất dễ dàng, bởi khóa của mỗi bên được công bố công khai.
Mã hóa khóa đối xứng không có chức năng ký, do vậy không thể thực
hiện các dịch vụ xác thực và chống chối bỏ. Mật mã khóa công khai cung
cấp đầy đủ các dịch vụ xác thực và chống chối bỏ.
1.3 Chữ ký điện tử
1.3.1. Khái niệm
Chữ ký điện tử là một kỹ thuật mật mã cung cấp dịch vụ xác thực, điều khiển
truy cập và chống chối bỏ. Mục tiêu của chữ ký điện tử là cung cấp khả năng để 1
thực thể truyền thông có thể đính kèm những thông tin có tính chất định danh lên
một thông điệp truyền. Quá trình ký 1 thông điệp là một quá trình sử dụng một số
thông tin bí mật của bên gửi để mã hóa thông điệp đó thành 1 chuỗi định danh để
chứng minh quan hệ không thể chối bỏ của thông điệp được ký và thực thể ký . Chữ
ký điện tử được định nghĩa như sau [13]:
Comment [u6]: Noureddine Boudriga
(2009), “Security of mobile
communications”, Auerbach Publications, pp
59-60
M là tập các thông điệp được ký.
29
S là tập các thành phần chữ ký (Thường là 1 xâu binary có độ dài cố
định).
Hàm “ký” SgA: M → S là hàm biến đổi từ tập M sang tập S của thực thể
truyền A. Phép biến đổi SgA được gọi là một thuật toán “ký”, với 1 khóa
bí mật.
Hàm xác thực VA : M S {0,1} là hàm biến đổi từ tập
sang tập
M S
{0,1} tương ứng với trạng thái không hợp lệ và hợp lệ. Hàm xác thực VA
sử dụng khóa công khai của thực thể A để xác thực thông điệp M được
truyền từ A.
Hàm ký SgA và hàm xác thực VA định nghĩa một mô hình chữ ký điện tử
của thực thể truyền thông A
Mô hình chứ ký điện tử (Sg, V) phải đảm bảo các tính chất sau:
Chữ ký SgA(m) là chữ ký hợp lệ của thực thể truyền thông A khi và chỉ
khi VA(m, SgA(m)) = 1.
Với một thông điệp m thuộc M, việc tính toán hàm ra hàm ký s của
thông điệp m đối với thực thể giả danh sao cho V(m,s) = 1 là một việc
không khả thi.
Các hàm ký Sg và hàm xác thực V là các hàm dễ tính.
Mô hình ký số và xác thực của chữ ký điện tử hoạt động như sau: Thực thể
truyền A khi muốn ký số vào thông điệp m của mình, A sẽ chọn 1 cặp khóa của hệ
mã hóa công khai, và 1 hàm băm H, A sẽ sử dụng khóa bí mật của mình để ký vào
giá trị băm của thông điệp m được băm bởi hàm băm H. Giá trị của chữ ký sẽ được
gửi đính kèm với thông điệp m. Khi B nhận được thông điệp m cùng với chữ ký của
A, B sẽ sử dụng hàm băm H để băm lại thông điệp m, sau đó sẽ sử dụng khóa công
khai của A để giải mã chữ ký số A gửi kèm, nếu giá trị được giải mã trùng với giá
trị băm của hàm H thì B sẽ chắc chắn thông điệp m là do A gửi chứ không phải một
bên thứ 3 nào khác.
Tải về để xem bản đầy đủ
117 trang
08/05/2025
210
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Xác thực trong các mạng vô tuyến", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_xac_thuc_trong_cac_mang_vo_tuyen.pdf
