Báo cáo kĩ thuật truyền số liệu đề tài mã hóa dữ liệu one time pad

Một trong những kỹ thuật mã hóa được biết đến hiện nay mà nhóm bọn em sẽ trình bày chính là One Time Pad OTP , phương pháp mã hóa duy nhất được chứng minh là bảo mật tuyệt đối và không

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Báo Cáo

Kĩ Thuật Truyền Số Liệu

Đề Tài : Mã Hóa Dữ Liệu One Time Pad

-GV hướng dẫn : ThS Mai Văn Hà

Lớp HP : Kĩ thuật truyền số liệu 19N15

Nhóm thực hiện : Team 13

1 Hoàng Đình Điệp Lớp SH : 19TCLC_DT6

2 Trần Đức Bình Lớp SH : 19TCLC_DT5

3 Hoàng Vũ Nam Tấn Lớp SH : 19TCLC_DT6

Đà Nẵng, 10/11/2021

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4

PHẦN 1: TỔNG QUAN 5

1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI MÃ HÓA OTP 5

1.1 Giới thiệu về OTP 5

1.2 Ứng dụng của OTP 5

1.3 Ưu điểm của OTP 5

1.4 Nhược điểm của OTP 6

2 TỔ CHỨC 6

2.1 Tên đề tài 6

2.2 Phân công 7

2.3 Thời gian thực hiện 7

2.4 Mục tiêu của đề tài 7

2.5 Công cụ và môi trường thực hiện dự án 7

3 ĐẶT VẤN ĐỀ 8

PHẦN 2: THUẬT TOÁN VÀ MÔ HÌNH 8

1 GIỚI THIỆU 8

2 CÁCH HOẠT ĐỘNG 9

3 MÔ HÌNH MÃ HÓA 9

4 MÔ HÌNH GIẢI MÃ 10

5 MÔ HÌNH TRUYỀN 10

PHẦN 3: DEMO 10

1 SỐ LIỆU 10

1.1 Bộ mã 11

1.2 Mã hóa 11

1.3 Giải mã 11

2 THUẬT TOÁN MÃ HÓA 12

3 THUẬT TOÁN GIẢI MÃ 141

PHẦN 4: KẾT LUẬN, NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 15

1 KẾT LUẬN 15

2 NHẬN XÉT 16

3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 16

LỜI NÓI ĐẦU Trong thế giới hiện đại 4.0 ngày nay ngành công nghệ thông tin hiện tại đang trong đà phát triển vượt bậc với nhiều thành tựu lớn Việc áp dựng khoa học

kĩ thuật công nghệ tiên tiến đã một phần nào đó nâng cao cải thiện đời sống vật chất lẫn tinh thần của mỗi người Máy tính điện thoại hiện đã trở thành một trong những công cụ làm việc, học tập , giải trí có hiệu quả nơi mà mọi người có thể trao đổi, giao lưu trực tiếp ngay khi không cần phải gặp mặt nhau Và nó đang dần trở thành một phần không thể thiếu đối với của mỗi người Nhờ vào đó con người có thể thoải mái học tập lao động, thoải mái tìm kiếm những nguồn tài liệu khổng lồ trên internet

Tuy nhiên môi trường internet hay môi trường mạng là một môi trường mở, những thông tin gửi lên internet hoặc nhận về từ internet đều có thể bị lộ bởi các đối tượng Từ đó con người bắt đầu chú trọng tới việc bảo mật thông tin và đó là lúc mã hóa ra đời Giống như bạn gửi 1 lá thư tình cho cô bạn bàn bên mà không muốn người khác đọc được và chỉ cô bạn kia mới đọc được Vì thế để việc tỏ tinh diễn ra an toàn và bí mật, bức thư sẽ được mã hóa theo cách mà chỉ bạn và cô bạn kia hiểu, những người khác sẽ chỉ thấy đống kí tự loằng ngoằng, khó hiểu

Mã hóa sẽ mang lại tính an toàn cao hơn cho thông tin, đặc biệt là trong thời đại Internet ngày nay, khi mà thông tin phải đi qua nhiều trạm trung chuyển trước khi đến được đích Nếu không có mã hóa, khả năng thông tin của bạn sẽ bị

ai đó xem trộm trong quá trình truyền tải, rồi lợi dụng để làm việc xấu

Một trong những kỹ thuật mã hóa được biết đến hiện nay mà nhóm bọn em

sẽ trình bày chính là One Time Pad ( OTP ), phương pháp mã hóa duy nhất được chứng minh là bảo mật tuyệt đối và không thể bị bẻ khóa

Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Mai Văn Hà đã tận tình giúp đỡ chúng em trong quá trình làm đề tài này

PHẦN 1 :TỔNG QUAN 1.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI MÃ HÓA OTP

1.1.Giới thiệu về OTP

-OTP là viết tắt của One Time Pad ,chuỗi khoá được in trên một cuốn sổ bé xíu, để dễ cất dấu hay tiêu huỷ khi cần thiết Mỗi lần mã hoá dùng một (hay nhiều) tờ trong cuốn sổ, những tờ đó sẽ bị huỷ sau khi dùng, do vậy mà có cái tên one-time-pad

1.2.Ứng dụng của OTP

-OTP được các điệp viên CIA, KGB, MI6 dùng phổ biến trong hai cuộc thế chiến

Lý do thứ nhất là vì nó đơn giản: mã & giải mã chỉ cần dùng đến tính nhẩm (có thể dùng thêm bút chì và giấy), lý do thứ hai là nó rất an toàn Tuy đã được dùng rất lâu từ trước nhưng mãi đến khoảng năm 1940, phương pháp này mới được chứng mình bằng lý thuyết về tính an toàn tuyệt đối của nó Chứng minh được đưa ra đồng thời và độc lập bởi Claude Shannon (nhà toán học Mỹ, cha đẻ lý thuyết thông tin) và Vladimir Kotelnikov (viện sĩ khoa học Liên bang Nga, kỹ sư chế tạo rađa)

1.3.Ưu điểm của OTP

-OTP là phương pháp mã hoá tuyệt đối an toàn nếu được sử dụng đúng cách, và là phương pháp tuyệt đối an toàn duy nhất cho đến thời điểm hiện tại Văn bản được

mã hoá với OTP không cho biết bất kỳ thông tin gì về văn bản gốc, ngoại trừ độ dài Với một văn bản đã mã hoá cho trước, chúng ta có thể nghĩ ra các chuỗi khoá

để giải mã nó về bất kỳ văn bản nào chúng ta muốn! Các phương pháp mã hoá mới sau này như DES (Data Encryption Standard), AES (Advanced Encryption Standard), PGP (Pretty Good Privacy), PKI (Public Key Infastructure) tuy tiện dụng và có nhiều ưu điểm khác, nhưng về mặt lý thuyết không phải là không phá được

1.4.Nhược điểm của OTP

-Nhưng trong sử dụng thực tế, có những lý do sau khiến OTP trở nên

không an toàn:

 Chuỗi khóa OTP không thực sự ngẫu nhiên (các nhân viên thư ký của KGB tạo ra OTP bằng cách gõ ngẫu nhiên lên máy đánh chữ, nhưng xu hướng gõ phím của tay người vẫn có những pattern nhất định)

 Việc cất giữ và tiêu huỷ OTP có quá nhiều yếu tố rủi ro (đã có tình huống CIA giải được mã nhờ một cuốn sổ OTP đã bị đốt nhưng chưa cháy hết)

 Mỗi trang OTP chỉ được dùng một lần (đã có lúc trong tình hình khẩn cấp, nhân viên KGB bất cẩn dùng một trang OTP cho nhiều lần mã hoá, dẫn đến việc CIA giải được khoảng 1% trong số những thông điệp gửi bởi KGB trong những năm 1945 ~ 1950)

 Điểm yếu nhất của OTP nằm trong quá trình trao đổi khoá (key exchange), đó là một trong những lý do hình thành phương pháp public key rất tiện dụng sau này Đến bây giờ, khi những phương tiện mã hoá và truyền thông đã quá hiện đại, người

ta vẫn còn tiếp tục dùng OTP cho những kênh thông tin thuộc loại top secret (như đường dây hotline Washington DC Moscow, liên lạc với tàu ngầm) vì tính tuyệt đối

an toàn đã được chứng minh lý thuyết của nó Có thể kiểm chứng dấu vết của việc sử dụng OTP trong thực tế:



2.TỔ CHỨC

2.1.Tên đề tài

Mã Hóa Dữ Liệu One Time Pad ( OTP )

2.2.Phân công

Bảng phân công nhiệm vụ

Trần Đức Bình - Đặt vấn đề và tìm hiểu thuật toán

- Code Demo

- Làm báo cáo Hoàng Vũ Nam Tấn - Tìm hiểu cách hoạt động và mô hình mã hóa,

giải mã

- Code Demo

- Làm báo cáo

Hoàng Đình Điệp - Code Demo

- Làm Slide

- Nhận xét ,kiểm tra và sửa lỗi bản demo

2.3.Thời gian thực hiện

Tổng thời gian thực hiện : 14 ngày

Thời gian bắt đầu : 25/10/2021

Thời gian kết thúc : 7/11/2021

2.4.Mục tiêu của đề tài

- Nắm rõ được kỹ thuật mã hóa One Time Pad ( OTP )

- Sản phẩm demo kĩ thuật One Time Pad

2.5.Công cụ và môi trường thực hiện dự án

- Công cụ làm việc của các thanh viên trong nhôm : Laptop cá nhân

- Phần mềm công cụ thực hiện dự án : DevC, VS Code, Google Driver

3.ĐẶT VẤN ĐỀ

Tại sao chúng ta cần mã hóa

● -Mã hóa là một phương pháp hỗ trợ rất tốt trong việc chống lại những tuy cập bất hợp pháp tới dữ liệu được truyền đi qua các kênh truyền thông

● -Mã hóa sẽ khiến cho nội dung thông tin được truyền đi dưới dạng mở và không thể đọc được đối với bất kì ai cố tình muốn lấy thông tin đó

PHẦN 2:THUẬT TOÁN VÀ MÔ HÌNH

1 GIỚI THIỆU

●One-Time-Pad được đề xuất bởi Joseph Mauborgne

●Xuất hiện từ đầu thế kỉ 20 và còn có tên gọi khác là Vernam Cipher, nó được mệnh danh là cái chén thánh của ngành mã hóa dữ liệu

●Năm 1882 Frank Miller là người đầu tiên mô tả hệ thống đệm dùng one-time pad để bảo mật điện báo

One Time Pad là gì?

- Là một kỹ thuật mã hóa dạng cổ điển không thể bị bẻ khóa, nhưng yêu cầu

sử dụng khóa chia sẻ trước có cùng kích thước hoặc dài hơn thông điệp được gửi

-Để đạt được mức độ bảo mật cao nhất của One Time Pad tất cả điều kiện sau phải được thõa mãn:

+Chìa khóa phải thực sự ngẫu nhiên

+Khóa ít nhất phải dài bằng bản rõ

+Chìa khóa không bao giờ được sử dụng lại toàn bộ hoặc một phần

2 CÁCH HOẠT ĐỘNG

… tưởng thực hiê †n sẽ lần lượt triển khai theo các bước như sau:

●Chuyển dữ liệu sang dạng số từ 0 đến 26(ta gọi đây là plaintext)

●Sinh ngẫu nhiên một mảng dữ liệu số với chiều dài bằng chiều dài của plaintext (ta gọi đây là key)

●Tính tổng của số trong plaintext với số ở vị trí tương ứng trong key sau đó mod 26 để được dữ liệu mã hóa (ta gọi đây là cipher)

●Để lấy plaintext từ cipher, ta chỉ cần thực hiện trừ cipher với key và mod 26

3 MÔ HÌNH MÃ HÓA

4 MÔ HÌNH GIẢI MÃ

5 MÔ HÌNH TRUYỀN

PHẦN 3.DEMO 1.SỐ LIỆU

1.1.Bộ mã

1.2.Mã hóa

1.3.Giải mã

2.THUẬT TOÁN MÃ HÓA

Ví dụ kết quả mã hóa

Ta nhập vào chuỗi cần mã hóa :ABCD Chuỗi key:EFGH

Chuỗi ra là:EGIK

3.THUẬT TOÁN GIẢI MÃ

Ví dụ kết quả giải mã

Ta nhập vào chuỗi cần giải mã: HUNG

Chuỗi key:FAST

Chuỗi được giải mã là:CUVN

**Lưu ý khi nhập key: độ dài key phải = với độ dài chuỗi (không tính khoảng trắng)

PHẦN 4.KẾT LUẬN, NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG

PHÁT TRIỂN

1 KẾT LUẬN

- Nắm rõ được kỹ thuật mã hóa One Time Pad

- Nắm được bước làm việc nhóm

- Nắm bắt được các quá trình thực hiện một dự án

- Do thời gian và kinh nghiệm có hạn của bản thân nên sản phẩm demo mới chỉ dừng lại mã hóa bảng chữ

2 NHẬN XÉT

- Kĩ thuật mã hóa One Time Pad là một kĩ thuật phổ biến và dễ sử dụng

- Có tính bảo mật hoàn hảo, an toàn tuyệt đối, không thể bẻ khóa

- Tính ứng dụng thực tế không cao do chiều dài khóa bằng chiều dài bản tin, mỗi khoa chỉ sử dụng một lần nên thay vì truyền khóa trên kênh an toàn thì

có thể truyền trực tiếp bản rõ mà không quan tâm đến vấn đề mã hóa

3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN

- Cải thiện giao diện

- Cải thiện thuật toán

- Tối ưu mã nguồn