Kỹ thuật xác thực và mã hóa dữ liệu trong công nghệ Wimax

Giao thức PKM sử dụng thuật toán khóa công khai RSA, chứng thực số X.509 và thuật toán mã hóa mạnh để thực hiện trao đổi khóa giữa SS và BS.Giao thức bảo mật này dựa trên giao thức PKM c

Trang 1

1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

LÊ ĐỨC HUY

KỸ THUẬT XÁC THỰC VÀ MÃ HÓA DỮ LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ WIMAX

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Thái Nguyên – 2015

Trang 2

2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

LÊ ĐỨC HUY

KỸ THUẬT XÁC THỰC VÀ MÃ HÓA DỮ LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ WIMAX

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60480101

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS – TS NGUYỄN VĂN TAM

Thái Nguyên - 2015

Trang 3

3

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ

trợ, giúp đỡ Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại trường đến nay, em

đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô trường Đại học

Công nghệ Thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên đã cùng với tri

thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em

trong suốt thời gian học tập tại trường, và luôn luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất

cho chúng em trong suốt quá trình theo học tại trường Em xin chân thành cảm

ơn quý Thầy Cô và Ban lãnh đạo nhà trường!

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất em xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn

Văn Tam, viện Hàn Lâm Khoa Học Việt Nam, là cán bộ trực tiếp hướng dẫn

khoa học cho em Thầy đã dành nhiều thời gian cho việc hướng dẫn em cách

nghiên cứu, đọc tài liệu, cài đặt các thuật toán và giúp đỡ em trong việc xây

dựng chương trình, em xin chân thành cảm ơn Thầy!

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình

và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong

nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn

Hà nội , ngày 25 tháng 08 năm 2015

LÊ ĐỨC HUY

Trang 4

4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của tôi, không sao chép của ai Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu liên quan, các thông tin trong tài liệu đƣợc đăng tải trên các tạp chí và các trang website theo danh mục tài liệu của luận văn

Tác giả luận văn

Lê Đức Huy

Trang 5

5

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

LỜI CAM ĐOAN 4

MỤC LỤC 5

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC CÁC HÌNH 8

LỜI NÓI ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ WIMAX VÀ VẤN ĐỀ AN NINH TRONG WIMAX 11

1.1 Giới thiệu WIMAX 11

1.1.1 Kiên trúc phân lớp WIMAX 11

1.1.2 Khái quát phân lớp trong giao thức IEEE 802.16 11

1.1.2.1 Lớp vật lý 11

1.1.2.2 Lớp MAC 12

1.1.3 Ưu điểm của WIMAX 17

1.2 Một số các cách tấn công trong WIMAX 19

1.3 Vấn đề an toàn bảo mật trong WIMAX 20

1.3.1 Nhận thực 20

1.3.2 Bảo mật 21

1.3.3 Toàn Vẹn 21

1.3.4 Một số giải pháp an ninh trong Wimax 22

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT XÁC THỰC VÀ MÃ HÓA DỮ LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ WIMAX 23

2.1 Thuật toán xác thực 23

2.1.1 Thuật toán mã hóa khóa công khai ( RSA) 23

2.1.1.1 Giới thiệu thuật toán 23

2.1.1.2 Thuật toán 24

2.1.1.3 Ưu nhược điểm 27

2.1.1.3.1 Nhược điểm 27

2.1.1.3.2 Ưu điểm 27

2.1.1.4 Đặc trưng của hệ mật RSA 28

2.1.1.5 Độ an toàn của hệ mật RSA 30

2.1.1.6 Quản lý khoá của hệ mật mã RSA 31

2.1.1.7 Các ứng dụng của RSA 37

2.1.2 Thuật toán mã hóa dựa trên định danh (IBE) 41

2.1.2.1 Giới thiệu 41

Trang 6

6

2.1.2.2 Các khả năng ứng dụng IBE 41

2.1.2.3 Lược đồ mã hóa dựa trên định danh 43

2.2 Thuật toán mã hóa dữ liệu 45

2.2.1 Thuật toán mã hóa DES 45

2.2.1.1 Giới thiệu: 45

2.2.1.2 Thuật toán : 46

2.2.2 Thuật toán mã hóa 48

2.2.2.1 Giới thiệu: 48

2.2.2.2 Thuật toán 49

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG DỰA TRÊN THUẬT TOÁN XÁC THỰC CẢI TIẾN RSA 56

3.1 Xác thực lẫn nhau dựa trên RSA 56

3.1.1 Đặt vấn đề bài toán 56

3.1.2 Mô tả thuật toán 56

3.2 Xây dựng chương trình mô phỏng 60

3.2.1 Lựa chọn công cụ và ngôn ngữ 60

3.2.2 Hoạt động và giao diện của chương trình 63

3.3 Đánh giá hiệu quả của giải pháp cải tiến 69

3.3.1 Phòng chống tấn công Replay 70

3.3.2 Phòng chống tấn công Man in Middle Attack và Denial of Service 70 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 72

PHỤ LỤC MÃ NGUỒN CỦA CHƯƠNG TRÌNH 74

Trang 7

7

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mã hóa dữ liệu cao cấp ARQ Automatic Repeat Request Tự động lặp lại yêu cầu

ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số bất đối

xứng BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân

CID Connection Identify Nhận dạng kết nối

CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm ứng sóng

mang

DHCP Dynamic host Configuration Protocol Giao thức cấu hình Host động DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số

DES Data Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu

IEEE Institute of Electrical and Electronics

Engineers

Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử WMAN Wireless Metropolitan Area Network Mạng vô tuyến khu vực đô thị OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép phân chia tần số trực giao

NLOS Non light of Sight Không tầm nhìn thẳng

SOFDMA Scalable Orthogonal Frequency Division

Multiple Access

Khả năng mở rộng đa truy cập phân chia theo tần số trực giao TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời

gian FDD Frequence Division Duplex Song công phân chia theo tần số

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

thời gian MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi

trường

TEK Traffic Encryption Key Khóa bảo mật dữ liệu

UMTS Universal Mobile Telecommunication

seytem

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

IBE Indetity Base Encryption Mã hóa dựa trên định danh

QPSK Quadrature phase-shift keying Điều chế pha cầu phương

PDA Personal Digital Assistance Thiết bị hỗ trợ cá nhân kĩ thuật

số

Trang 8

8

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1: Lớp giao thức trong IEEE 802.16 12

Hình 2: Chi tiết phân lớp MAC trong IEEE 802.16 13

Hình 3: Khuôn dạng bản tin MAC 14

Hình 4: Nhận thực trong IEEE 802.16 16

Hình 5: Quá trình trao đổi khóa 17

Hình 6: Quá trình mã hóa khóa công khai RSA 29

Hình 7: Ứng dụng RSA trong chữ kí điện tử 38

Hình 8: Ứng dụng của RSA trong thẻ ATM của ngân hàng 39

Hình 9: Mã hoá bằng hệ thống IBE 43

Hình 10: Giải mã bằng hệ thống IBE 44

Hình 11: Hàm F (F-function) dùng trong DES 47

Hình 12: Quá trình tạo khóa con trong DES 48

Hình 13: Bước SubBytes 50

Hình 14: Bước ShiftRows 51

Hình 15: Bước MixColumns 52

Hình 16: Bước AddRoundKey 52

Hình 17: Quá trình xác thực lẫn nhau để tránh BS giả mạo tấn công 57

Hình 18: Lưu đồ thuật toán SS 58

Hình 19: Lưu đồ thuật toán BS 59

Hình 20: Quy trình truyền thông tổng thể 60

Hình 21: Phòng chống tấn công phát lại bằng cách sử dụng Timestamp 70

Trang 9

9

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ thông tin vô tuyến tạo ra sự thay đổi sâu sắc theo cách mà mọi người tương tác với nhau và trao đổi thông tin trong xã hội chúng ta Một thập

kỷ qua, các mô hình đang thịnh hành cho cả các hệ thống điện thoại và các mạng máy tính là các mô hình mà người sử dụng tiếp cận mạng – tổ hợp điện thoại hoặc trạm máy tính được nối bằng dây tới cơ sở hạ tầng liên mạng rộng hơn.Ngày nay, các mô hình đó đã dịch chuyển đến một mô hình nơi mà mạng tiếp cận người sử dụng bất kì khi nào họ xuất hiện và sử dụng chúng Khả năng liên lạc thông qua các máy điện thoại theo mô hình tổ ong trong khi đang di chuyển là thực hiện được và các hệ thống cho truy nhập Internet không dây ngày càng phổ biến

Ngành công nghệ viễn thông đã chứng kiến những phát triển ngoạn mục trong những năm gần đây, đặc biệt là truyền thông không dây băng thông rộng Khi mà công nghệ mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G chưa có đủ thời gian

để khẳng định vị thế của mình trên toàn cầu, người ta đã bắt đầu nói về công nghệ Wimax từ những năm gần đây

Tiềm năng cung cấp kết nối mềm dẻo, mọi lúc mọi nơi và các khả năng mới của thông tin vô tuyến cho người sử dụng và các tổ chức là rõ ràng Cùng thời điểm đó, việc cung cấp các cơ sở hạ tầng rộng khắp cho thông tin vô tuyến

và tính toán di động cũng xuất những nguy cơ mới, đặc biệt là trong lĩnh vực an ninh Thông tin vô tuyến liên quan đến việc truyền thông tin qua môi trường không khí, điển hình là bằng các sóng vô tuyến hơn là thông qua môi trường dây dẫn khiến cho việc chặn hoặc nghe lén các cuộc gọi khi người sử dụng thông tin với nhau trở nên dễ dàng hơn Ngoài ra, khi thông tin là vô tuyến thì không thể

sử dụng vị trí kết nối mạng của người sử dụng như là một phần tử để đánh giá nhận dạng chúng Để khai thác tiềm năng của công nghệ này mọi người phải có thể chuyển vùng tự do với các thiết bị truyền thông di động được và do đó mọi người có thể xuất hiện tự do trong những vị trí mới Trong khi các đặc tính này cung cấp cho người sử dụng các tiện ích mới thì nhà cung cấp dịch vụ và nhà quản trị hệ thống phải đối mặt với những thách thức về an ninh chưa có tiền lệ

Do đặc điểm trao đổi thông tin trong không gian truyền sóng nên khả năng thông tin bị rò rỉ ra ngoài là hoàn toàn dễ hiểu Hơn nữa, ngày nay với sự

Trang 10

10

phát triển cao của công nghệ thông tin, các hacker có thể dễ dàng xâm nhập vào mạng hơn bằng nhiều con đường khác nhau Vì vậy có thể nói điểm yếu cơ bản nhất của mạng di động Wimax đó là khả năng bảo mật, an toàn thông tin Thông tin là một tài sản quý giá, đảm bảo được an toàn dữ liệu cho người sử dụng là một trong những yêu cầu được đặt ra hàng đầu

Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài ―Kỹ thuật xác thực và mã hóa dữ liệu trong công nghệ WIMAX‖ Chủ đề quan tâm ở đây là lĩnh vực an ninh thông tin trong mạng không dây băng thông rộng, mà điểm mấu chốt là tìm hiểu các kỹ thuật, công nghệ để đảm bảo sự an ninh đó Đó thực sự là lĩnh vực rất rộng lớn và phức tạp

Luận văn gồm có các nội dung như sau:

Chương 1 : Tổng quan về Wimax và vấn đề an ninh trong Wimax

Chương 2 : Kỹ thuật xác thực và mã hóa dữ liệu trong công nghệ Wimax Chương 3 : Xây dựng chương trình mô phỏng dựa trên thuật toán xác thực cải tiến RSA

Trang 11

11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ WIMAX VÀ VẤN ĐỀ AN NINH TRONG

WIMAX

1.1 Giới thiệu WIMAX

1.1.1 Kiên trúc phân lớp WIMAX

WiMAX là tên thương mại của chuẩn IEEE 802.16 Ban đầu chuẩn này được tổ chức IEEE đưa ra nhằm giải quyết các vấn đề kết nối cuối cùng trong một mạng không dây đô thị WMAN hoạt động trong tầm nhìn thẳng (Line of Sight) với khoảng cách từ 30 tới 50 km Nó được thiết kế để thực hiện đường trục lưu lượng cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây, kết nối các điểm nóng WiFi, các hộ gia đình và các doanh nghiệp… đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho các dịch vụ thoại, video, hội nghị truyền hình thời gian thực

và các dịch vụ khác với tốc độ hỗ trợ lên tới 280 Mbit/s mỗi trạm gốc Chuẩn IEEE 802.16-2004 hỗ trợ thêm các hoạt động không trong tầm nhìn thẳng tại tần

số hoạt động từ 2 tới 11 GHz với các kết nối dạng mesh (lưới) cho cả người dùng cố định và khả chuyển Chuẩn mới nhất IEEE 802.16e, được giới thiệu vào ngày 28/2/2006 bổ sung thêm khả năng hỗ trợ người dùng di động hoạt động trong băng tần từ 2 tới 6 GHz với phạm vi phủ sóng từ 2 - 5 km Chuẩn này đang được hy vọng là sẽ mang lại dịch vụ băng rộng thực sự cho những người dùng thường xuyên di động với các thiết bị như laptop, PDA tích hợp công nghệ WiMAX

1.1.2 Khái quát phân lớp trong giao thức IEEE 802.16

1.1.2.1 Lớp vật lý

WiMAX sử dụng công nghệ OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) Ưu điểm quan trọng của OFDM là khả năng mang lại hiệu suất băng thông cao hơn và do đó thông lượng dữ liệu sẽ cao hơn ngay cả khi hoạt động trong môi trường kết nối NLOS (None Line of Sight) hay điều kiện đa đường Trong chuẩn IEEE 802.16-2004, tín hiệu OFDM được chia thành 256 sóng mang, còn chuẩn IEEE 802.16e sử dụng phương thức SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiple Access) Chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ một phạm vi rộng các tần số hoạt động và lớp vật lý có thể thực hiện một vài phương thức điều chế và ghép kênh Phương thức điều chế tại đường xuống và đường lên có thể là BPSK, QPSK, 16-QAM hoặc 64 QAM

Chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ cả 2 phương thức song công là TDD và FDD.Trong cơ chế TDD, khung đường xuống và đường lên chia sẻ một tần số nhưng tách biệt về mặt thời gian Trong FDD, truyền tải các khung đường xuống

và đường lên diễn ra cùng một thời điểm, nhưng tại các tần số khác nhau

Trang 12

12

Độ dài khung có thể là 0.5, 1, 2ms Trong TDD, phần khung được chỉ định cho đường xuống và phần khung chỉ định cho đường lên có thể có độ dài khác nhau Đường lên sử dụng phương thức đa truy nhập TDMA, ở đó băng thông được chia thành các khe thời gian Mỗi một khe thời gian được chỉ định cho một Mobile Station (trạm di động) riêng lẻ đang được Base Station (trạm gốc) phục vụ Một khung con đường xuống thường chứa 2 phần Một phần dành cho thông tin điều khiển, chứa mào đầu nhằm đồng bộ và ánh xạ khung và các

dữ liệu khác.Một ánh xạ đường xuống (DL_MAP) ấn định vị trí bắt đầu và các thuộc tính truyền dẫn của các cụm dữ liệu.Một ánh xạ đường lên (UL_MAP) chứa thông tin chỉ định băng thông dành cho trạm di động SS

Hình 1: Lớp giao thức trong IEEE 802.16

1.1.2.2 Lớp MAC

Lớp MAC bao gồm 3 lớp con: Lớp con hội tụ dịch vụ chuyên biệt (MAC

CS _ Convergence Sublayer), lớp con phần chung (MAC CPS _ CommonPart Sublayer) và lớp con bảo mật (MAC PS _ Privaci Sublayer) MAC CS có 2 loại lớp con: lớp con hội tụ ATM, và lớp con hội tụ gói dành cho các dịch vụ dữ liệu dạng gói ví dụ như Ethernet, PPP, IP và VLAN Chức năng cơ bản của lớp CS là nhận dữ liệu từ lớp cao hơn, phân loại dữ liệu dạng ATM hay dạng gói và chuyển các khung này tới lớp CPS

Trang 13

13

Hình 2: Chi tiết phân lớp MAC trong IEEE 802.16 Phần lõi của lớp MAC IEEE 802.16 là MAC CPS, định nghĩa tất cả các quản lý kết nối, phân phối băng thông, yêu cầu và cấp phát, thủ tục truy nhập hệ thống, lập lịch đường lên, điều khiển kết nối và ARQ Truyền thông giữa CS và CPS được các điểm truy nhập dịch vụ MAC (MAC SAP) duy trì.Thiết lập, thay đổi, xóa kết nối và truyền tải dữ liệu trên các kênh là bốn chức năng cơ bản trong quá trình truyền thông tại lớp này

Lớp con bảo mật thực hiện mã hóa dữ liệu trước khi truyền đi và giải mã

dữ liệu nhận được từ lớp vật lý Nó cũng thực hiện nhận thực và trao đổi khóa bảo mật Chuẩn IEEE 802.16 ban đầu sử dụng phương pháp DES 56 bit cho mã hóa lưu lượng dữ liệu và phương pháp mã hóa 3-DES cho quá trình trao đổi khóa Trong mạng IEEE 802.16, trạm gốc chứa 48 bit ID nhận dạng trạm gốc (chú ý rằng đây không phải là một địa chỉ MAC), còn SS có 48 bit địa chỉ MAC 802.3 Có 2 giao thức chính hoạt động trong lớp con bảo mật: giao thức mã hóa

dữ liệu thông qua mạng băng rộng không dây, và giao thức quản lý khóa và bảo mật (PKM- Privacy and Key Management Protocol) đảm bảo an toàn cho quá trình phân phối khóa từ BS tới SS Nó cũng cho phép BS đặt điều kiện truy nhập cho các dịch vụ mạng Giao thức PKM sử dụng thuật toán khóa công khai RSA, chứng thực số X.509 và thuật toán mã hóa mạnh để thực hiện trao đổi khóa giữa SS và BS.Giao thức bảo mật này dựa trên giao thức PKM của DOCSIS BPI+ đã được cải tiến để cung cấp một lược đồ mã hóa mạnh hơn như chuẩn mã hóa cải tiến AES

MAC trong IEEE 802.16 là phân lớp hướng kết nối, được thiết kế cho các ứng dụng truy nhập không dây băng rộng theo cấu hình điểm đa điểm (PMP), hay dạng Mesh Có hai loại kết nối MAC được xác định bởi 16 bit nhận dạng kết nối CID là: Các kết nối quản lý và Các kết nối vận chuyển dữ liệu Các kết nối quản lý lại gồm 3 loại: cơ sở, sơ cấp và thứ cấp trong đó cơ sở sử dụng cho truyền tải, điều khiển liên kết vô tuyến , còn sơ cấp liên quan đến thiết lập nhận thực và kết nối, và kết nối quản lý thứ cấp là các bản tin quản lý dựa trên chuẩn truyền tải như DHCP, TFTP, SNMP Kết nối quản lý sơ cấp và kết nối cơ sở được tạo ra khi một MS/SS ra nhập vào một BS phục vụ của mạng.Kết nối vận chuyển dữ liệu có thể được thiết lập dựa trên nhu cầu.Chúng được sử dụng cho các luồng lưu lượng người sử dụng, các dịch vụ đơn hướng (Unicast) và đa hướng (Multicast) Các kênh bổ sung cũng được MAC dự trữ để gửi ra ngoài các thông tin lập lịch đường xuống và đường lên

Các thành phần cơ bản của mạng là trạm gốc BS và trạm thuê bao SS (Subscriber Station), trạm gốc BS giống như các điểm truy nhập (AP) trong

Trang 14

14

mạng WiFi.BS được nối với phần hữu tuyến, nó phát quảng bá các thông tin tới

SS Khác với phương pháp CSMA/CA trong 802.11, 802.16 sử dụng các ánh xạ đường xuống và đường lên để khắc phục xung đột trong môi trường truy nhập.SS sử dụng phương thức truy nhập TDMA để chia sẻ đường lên trong khi

BS sử dụng phương thức TDM.Tất cả các chức năng này được thực hiện thông qua bản tin DL_MAP và UL_MAP

* Khuôn dạng bản tin MAC

Đơn vị giao thức dữ liệu MAC (MPDU) chứa các bản tin trao đổi giữa BS MAC và SS MAC Nó có 3 phần: Một Header MAC có độ dài cố định, header này chứa thông tin điều khiển khung, một tải có độ dài thay đổi (Frame Body)

và một giá kiểm tra tuần tự khung (FCS – Frame Check Sequence) chứa 32 bit CRC

Các loại MAC Header là: đơn vụ dữ liệu dịch vụ MSDU (MAC Service Data Unit) ở đây tải là các đoạn MAC SDU ví dụ như dữ liệu đến từ các lớp cao hơn (CS PDU), thứ 2 là Generic MAC Header (GMH), ở đây tải là các bản tin quản lý MAC hoặc các gói được đóng gói trong các MAC CS PDU, cả 2 MSPU

và GMH đều được truyền trên các kết nối quản lý, thứ 3 là một BRH (Bandwidth Request Header) không có tải

Ngoại trừ các Bandwidth Request PDU, các MAC PDU có thể chứa bản tin quản lý MAC hoặc dữ liệu lớp con hội tụ - MSDU Với GMH và MSDU, bit

HT (Header Type) luôn luôn được thiết lập là 0 (Zero) trong khi BRH luôn luôn được đặt là 1 MAC Header có chứa một cờ, chỉ ra loại tải của PDU có được mã hóa hay không

Hình 3: Khuôn dạng bản tin MAC

Trang 15

15

Trong chuẩn IEEE 802.16-2001, MAC Header và tất cả các bản tin quản

lý MAC không được mã hóa Quy định này tạo sự đơn giản cho quá trình đăng

ký, tranh chấp và các hoạt động khác tại lớp con MAC Trong chuẩn mới nhất của tổ chức IEEE 802.16e, các tải của MAC PDU được mã hóa theo chuẩn DES theo cơ chế CBC, hoặc AES trong cơ chế CCM Phiên bản bổ xung IEEE 802.16e cũng đưa ra một kỹ thuật bảo toàn tính nguyên vẹn lưu lượng dữ liệu

- DSA

DSA (Data Security Association) có 16 bit nhận dạng SA, thông tin phương thức mã hóa (chuẩn mã hóa cải tiến DES hoạt động theo cơ chế CBC) nhằm bảo vệ dữ liệu khi truyền chúng trên kênh truyền và 2 TEK (Traffic Encrytion Key) để mã hóa dữ liệu: một khóa TEK đang hoạt động và một khóa

dự phòng Mỗi TEK sử dụng một véc tơ khởi tạo IV 64bit Thời gian sống của một TEK nằm trong khoảng từ 30 phút tới 7 ngày Có 3 loại DSA là: Primary

SA được sử dụng trong quá trình khởi tạo liên kết, Static SA đã được cấu hình trên BS và Dynamic SA được sử dụng cho các kết nối vận chuyển khi cần Primary SA được chia sẻ giữa MS và BS đang phục vụ nó.Static SA và Dynamic SA có thể được một vài MS chia sẻ trong hoạt động Multicast.Khi thực hiện kết nối, đầu tiên SA khởi tạo một DSA bằng cách sử dụng chức năng yêu cầu kết nối Một SS thông thường có 2 hoặc 3 SA, một cho kết nối quản lý thứ cấp, một cho kết nối cho cả đường lên và đường xuống, hoặc sử dụng các

SA tách biệt cho kênh đường lên và đường xuống BS đảm bảo rằng mỗi SS chỉ

có thể truy nhập bằng SA mà nó cấp riêng cho SS

- ASA (SA chứng thực)

SA chứng thực (ASA-Authentication SA) bao gồm một khóa cấp phép dài

60 bit (AK) và 4 bit nhận dạng AK Thời gian sử dụng của AK thay đổi từ 1 tới

70 ngày Khóa mã hóa khóa KEK (Key Encryption key) sử dụng thuật toán 3 DES 112bit cho các TEK phân phối (Temporal encryption key) và một danh sách các DSA cấp phép Khóa HMAC (Hash function-based message authentication code) đường xuống DL và đường lên UL được sử dụng để nhận thực dữ liệu trong các bản tin phân phối khóa từ BS tới SS và SS tới BS.Trạng

Trang 16

16

thái của một SA chứng thực được chia sẻ giữa một BS và một SS thực tế.Các BS

sử dụng SA chứng thực để cấu hình các DSA trên SS

Hình 4: Nhận thực trong IEEE 802.16

Trong chuẩn IEEE 802.16, quá trình xác nhận chứng thực được diễn ra khi có một SS gửi đi yêu cầu nhận thực, trong yêu cầu này có thể chứa chứng chỉ của SS, khả năng bảo mật và mã SAID Khi một BS nhận được yêu cầu xác nhận, nó sẽ tiến hành xác nhận chứng chỉ SS, tạo một khóa AK có độ dài 128bit, sau đó sẽ gửi một hồi đáp tới SS Hồi đáp này bao gồm các thông tin: khóa AK (theo mã hóa RSA-1024), thời gian AK có thể được sử dụng, xác định phương thức bảo mật đã lựa chọn và chỉ số của AK AK này được mã hóa bằng khóa công khai của Mobile Station (MS) sử dụng lược đồ mã hóa công khai RSA.Quá trình nhận thực hoàn thành khi cả SS và BS đều sở hữu AK.Quá trình nhận thực được minh họa như hình 4

Chuẩn 802.16 sử dụng DES-CBC (Chuẩn mã hóa dữ liệu với khối số thay đổi) để mã hóa dữ liệu DES-CBC yêu cầu một gíá trị khởi tạo để thực hiện vấn

đề này.Tuy nhiên điều đáng ngại ở đây là chuẩn 802.16 lại sử dụng một giá trị khởi tạo có thể đoán trước được.Để giải quyết vấn đề này, một đề xuất mới là có thể tạo ra ngẫu nhiên một giá trị khởi tạo trên mỗi khung, và sau đó nó có thể được chèn vào trong phần tải trọng.Với cách làm như vậy một kẻ tấn công sẽ không thể biết được giá trị khởi tạo của chuẩn mã hóa để giải mã dữ liệu đi qua mạng

* Trao đổi khóa dữ liệu (Data Key Exchange)

Sau khi nhận thực thành công, MS và BS sẽ sử dụng AK để tạo ra các khóa mã hóa khóa KEK, hoặc để tạo ra các khóa mã nhận thực bản tin băm HMAC (Hashed Message Authentication Code).Khóa HMAC được sử dụng để phục vụ cho quá trình tạo và xác thực các bản tin quản lý MAC.Còn KEK được

Trang 17

17

sử dụng để bảo vệ các khóa mật mã lưu lượng TEK (Traffic Encryption Key).Khóa TEK là khóa dùng để mã hóa dữ liệu, TEK được BS tạo ra

Quá trình trao đổi khóa được minh họa như hình dưới đây:

Hình 5: Quá trình trao đổi khóa Một giải pháp chống lại những tổn hại từ tấn công lặp lại là sử dụng bộ tạo giá trị ngẫu nhiên từ BS và SS tới các SA trao quyền Theo đó thì cặp khóa riêng và công khai được sử dụng để xác nhận các địa chỉ MAC giống nhau với điều kiện là phải định nghĩa một cách rõ ràng tất cả các xác nhận địa chỉ MAC

để đảm bảo địa chỉ MAC là duy nhất nhằm tránh vấn đề giả mạo

1.1.3 Ưu điểm của WIMAX

So với việc triển khai các mạng số liệu có dây và không dây khác, mạng WiMAX có những ưu điểm nổi bật sau

+ Triển khai nhanh hơn nhưng đầu tư ít hơn:

Thời gian lắp đặt và triển khai hệ thống mạng WiMAX ngắn hơn các hệ thống khác So sánh với mạng cáp, hệ thống này sẽ giúp nhà khai thác đưa dịch

vụ đến khách hàng nhanh hơn rất nhiều Nói cách khác, chi phí đầu tư sẽ thấp hơn mạng cáp hữu tuyến.Ngoài ra mạng WiMAX cho phép triển khai được ở những vùng mà mạng cáp hữu tuyến không thể triển khai được Còn các mạng di động yêu cầu quản lý mạng phức tạp do đó quá trình triển khai chậm hơn cũng như chi phí cao hơn

+ Dung lượng mạng lớn hơn:

Tốc độ dữ liệu của trạm gốc WiMAX có thể đạt được 75Mbps trong một sector và cho phép lên đến 300 Mbps trong một cell Trong trường hợp làm

Trang 18

18

mạng đường trục (backhaul) tốc độ dữ liệu có thể lên tới vài Gbps (mạng WiMAX cố đinh,đường truyền LOS) Mạng WiMAX có thể cung cấp tốc độ dữ liệu cao nhiều hơn các hệ thống khác như Dial-up, ADSL, DSL và 3G.Mạng Wifi về lý thuyết có thể cung cấp tốc độ dữ liệu 54 Mbps nhưng tốc độ dữ liệu thực phụ thuộc kết nối giữa hotpost với đường ADSL hoặc cáp.Trạm gốc WiMAX có thể kết nối thông qua đường cáp quang hoặc qua các backhaul WiMAX, trong đó khả năng lớn nhất là sử dụng các backhaul

+ Độ bảo mật cao:

Hệ thống WiMAX có sử dụng bộ lọc địa chỉ IP/MAC, mật khẩu, trên các giao diện vô tuyến sử dụng các phương thức bảo mật tiên tiến.Toàn bộ các quá trình nhận thực, thiết lập kết nối được quản lý bởi giao thức quản lý khóa bảo mật và các liên kết bảo mật đi kèm từng kết nối Dữ liệu được mã hóa bảo mật theo chuẩn DES, AES

+ Giảm nhiễu, tăng hiệu suất sử dụng phổ:

Kỹ thuật OFDM cho phép giảm nhiễu ISI, tăng hiệu suất sử dụng phổ, giảm lỗi đường truyền cho phép đảm bảo tốt chất lượng tín hiệu thu OFDM đặc biệt hiệu quả trong truyền dẫn đa đường trong môi trường NLOS

+ Phản ứng linh hoạt với chất lượng đường truyền:

Kỹ thuật điều chế thích ứng cho phép hệ thống phản ứng linh hoạt với chất lượng đường truyền, khi tỉ số SNR giảm thì mức điều chế giảm để đảm bảo

tỉ lệ lỗi bit đạt mức tiêu chuẩn (tỉ lệ lỗi bit BER không vượt quá 10-3

Xét một ví dụ một trạm phát WiMAX sử dụng các modun kết nối số liệu, mỗi modun sử dụng băng thông 3.5 MHz Trong giai đoạn đầu tiên, số lượng thuê bao ít, dung lượng mạng yêu cầu thấp ta có thể sử dụng một modun thu phát sử dụng băng thông 3.5 MHz, mỗi modun cho phép tốc độ dữ liệu 18 Mbps Khi số thuê bao tăng lên, khi đó chỉ cần lắp thêm modun và tăng băng thông lên để tăng dung lượng mạng.Với 4 modun có thể đạt được dung lượng tối

đa 72 Mbps

+ Hiện nay công nghệ WiMAX đang được hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuất thiết bị viễn thông Với phiên bản thiết bị (Multiple vendors) sẽ cho phép giảm

Trang 19

19

rủi ro cho các công ty kinh doanh dịch vụ WiMAX nhờ khả năng lựa chọn thiết

bị và sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp Ngoài ra hệ thống WiMAX có nhiều

cơ sở về công nghệ và kỹ thuật cho các giải pháp hiệu quả và cạnh tranh

- Chipset theo tiêu chuẩn

- Công nghệ mới giúp giảm chi phí sản xuất dẫn đến giá thành thiết bị giảm

- Khả năng tích hợp chip tương thích WiMAX bên trong laptop và PDA cũng như các thiết bị di động khác (tương tự Wifi) do đó chi phí thiết bị đầu cuối CPE sẽ giảm rất nhiều (người dùng không cần mua các anten hoặc card chuyên dụng)

+ Dịch vụ phong phú: Mạng WiMAX cho phép cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cho các tổ chức, doanh nghiệp, hộ gia đình và cá nhân Tất cả các dịch vụ đều được đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

- Dịch vụ thoại truyền thống hoặc thoại qua internet (VoIP)

- Truy cập internet tốc độ cao

- Hội nghị truyền hình

- Mạng riêng ảo

- Truyền hình di động

- Giải trí trực tuyến và nhiều dịch vụ gia tăng khác

Các dich vụ phong phú và chất lượng dịch vụ cao với mức cước không quá lớn là điểm hấp dẫn của công nghệ WiMAX

1.2 Một số các cách tấn công trong WIMAX

Vấn đề này được thực hiện trong mọi dạng cấu hình di động băng rộng, bao gồm các dạng truyền dẫn khác nhau và xử lý các nguy cơ sau đây:

- Từ chối dịch vụ: Nguy cơ này tấn công vào các thành phần mạng truyền dẫn bằng cách liên tục đưa dồn dập dữ liệu làm cho khách hàng khác không thể

Trang 20

20

khách hàng bằng cách thao tác khỏi tạo tin nhắn hay thao tác địa chỉ vào/ra của mạng

- Truy nhập trái phép: Truy nhập vào các thực thể mạng phải được hạn chế và phủ hợp với chính sách bảo mật.Nếu kẻ tấn công truy nhập trái phép vào các thực thể mạng thì các dạng tấn công khác từ chối dịch vụ, nghe trộm hay giả dang cũng có thể xảy ra Truy nhập trái phép cũng là kết quả của nguy cơ kể trên

- Sửa đổi thông tin: Dữ liệu bị phá hỏng hay làm cho không thể sử dụng được do thao tác của hacker Một hậu quả của hành động này là khách hàng hợp pháp không truy xuất được vào tài nguyên mạng được.Trên nguyên tắc không thể ngăn chặn khách hàng thao tác trên dữ liệu hay phá hủy một cơ sở dữ liệu trong phạm vi truy nhập cho phép của họ

- Từ chối khách hàng: Một hay nhiều khách hàng trong mạng có thể bị từ chối tham gia vào một phần hay toàn bộ mạng với các khách hàng/ dịch vụ/ server khác Phương pháp tấn công có thể là tác động lên đường truyền, truy nhập dữ liệu hay sửa đổi dữ liệu Dạng tấn công này gây hậu quả là mất niềm tin

ở khách hàng dấn đến mất doanh thu

1.3 Vấn đề an toàn bảo mật trong WIMAX

WiMAX là một công nghệ không dây đang nhận được nhiều sự quan tâm hiện nay Tuy nhiên, cũng giống như các mạng không dây khác, nhược điểm lớn nhất của WiMAX là tính bảo mật do sự chia sẻ môi trường truyền dẫn và những

lỗ hổng tại cơ sở hạ tầng vật lý Mặc dù vấn đề bảo mật được coi là một trong những vấn đề chính trong quá trình xây dựng giao thức mạng của IEEE nhưng

kỹ thuật bảo mật mà IEEE qui định trong IEEE 802.16 (WiMAX) vẫn tồn tại nhiều nhược điểm

1.3.1 Nhận thực

Nhận thực để xác nhận nhận dạng của một thực thể.Một nút muốn nhận thực đến một người nào đó phải trình diện số nhận dạng của mình Quá trình này

có thể được thực hiện bằng cách chỉ ra sự hiểu biết về một bí mật mà chỉ hai nút liên quan mới biết hoặc một nút thứ ba được cả hai nút tin tưởng, để xác nhận các số nhận dạng của chúng

Nhận thực trong di động băng thông rộng được chia làm hai phần: mạng nhận thực người sử dụng và người sử dụng nhận thực mạng Cả hai thủ tục này đều xảy ra trong cùng một trao đổi bản tin giữa mạng và người sử dụng, thủ tục này gọi là ―nhận thực một lần gửi‖ để giảm các bản tin cần truyền Sau các thủ tục này, người sử dụng sẽ tin tưởng rằng mạng mà nó nối đến được tin tưởng, để

Trang 21

21

phục vụ thay cho mạng nhà của nó Đồng thời, mạng cũng tin tưởng nhận dạng của người sử dụng là hợp lệ Mạng lõi rất cần biết số nhận dạng thực sự của người sử dụng để tin tưởng rằng người sử dụng này sẽ trả tiền cho các dịch vụ

mà nó cung cấp Mặt khác người sử dụng cũng muốn nhận thực để tin tưởng rằng các dịch vụ mà nó trả tiền sẽ được cung cấp

1.3.2 Bảo mật

Bảo mật để đảm bảo an ninh thông tin, đối phó với các cuộc tấn công của những kẻ không được phép Khi số lượng thuê bao không ngừng tăng cho cả các cuộc gọi cá nhân lẫn kinh doanh (ví dụ các dịch vụ trực tuyến như trao đổi ngân hàng) thì nhu cầu bảo mật thông tin ngày càng trở nên bức thiết

Bảo mật trong UMTS đạt được bằng cách mật mã hóa các cuộc truyền thông giữa thuê bao và mạng bằng cách sử dụng nhận dạng tạm thời (địa phương) thay cho sử dụng nhận dạng toàn cầu, IMSI.Mật mã hóa được thực hiện giữa thuê bao (USIM) và RNC và bảo mật người sử dụng được thực hiện giữa thuê bao và VLR/SGSN

Các thuộc tính cần bảo mật là:

- Nhận dạng thuê bao

- Vị trí hiện thời của thuê bao

- Số liệu người sử dụng (cả truyền thoại lẫn số liệu đều được giữ bí mật)

- Số liệu báo hiệu

1.3.3 Toàn Vẹn

Đôi khi ta cần kiểm tra bản tin gốc, mặc dù bản tin này có thể được nhận

từ một phía đã được nhận thực, xong nó vẫn có thể bị giả mạo Để khắc phục vấn đề này cần có bảo vệ toàn vẹn, không chỉ bảo mật bản tin mà cần phải đảm bảo rằng đây là bản tin chính thống

Phương pháp để bảo vệ toàn vẹn trong mạng di động băng thông rộng là tạo ra các con dấu bổ sung cho các bản tin Các con dấu này có thể được tạo ra tại các nút biết được các khóa, được rút ra từ một khóa chủ biết trước (K) Các khóa này được lưu trong USIM và AuC.Bảo vệ toàn vẹn đặc biệt cần thiết, vì mạng phục vụ thường được khai thác bởi một nhà khai thác khác với nhà khai thác của thuê bao

Thuộc tính cần được bảo vệ toàn vẹn là các bản tin báo hiệu

Cần lưu ý rằng tại lớp vật lý, các bit được kiểm tra tính toàn vẹn bằng cách kiểm tra tổng CRC _ Cyclic Redundancy Check (kiểm tra vòng dư) Xong

Trang 22

22

các biện pháp này chỉ đƣợc thực hiện để đạt đƣợc các cuộc truyền thông số liệu không mắc lỗi trên giao diện vô tuyến, chứ không giống nhƣ toàn vẹn mức truyền tải

Trong Wimax ngay cả khi thực hiện cuộc gọi khẩn cũng cần thực hiện thủ tục nhận thực.Nhƣng nếu nhận thực bị sự cố (do không có USIM hoặc do không

có thỏa thuận chuyển mạng) kết nối vẫn sẽ đƣợc thiết lập.Cuộc gọi sẽ chỉ bị hủy nếu tính bảo mật và toàn vẹn thất bại

1.3.4 Một số giải pháp an ninh trong Wimax

Nhƣ đã đề cập, hệ thống mạng di động ngày càng phát triển kéo theo vấn

đề an toàn an ninh mạng đang là vấn đề cấp bách Việc tấn công vào hệ thống mạng ngày càng gia tăng Nó cho thấy, chúng ta vẫn chƣa thực sự mạnh trong việc bảo mật an toàn thông tin Một khi các hacker đánh vào hệ thống có thông tin, cơ sở dữ liệu sẽ gây thiệt hại nặng về kinh tế, chính trị và các lợi ích khác

hậu quả nặng nề hơn

Sau đây là các biện pháp tiêu biểu:

Trang 23

23

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT XÁC THỰC VÀ MÃ HÓA DỮ LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ WIMAX

2.1 Thuật toán xác thực

2.1.1 Thuật toán mã hóa khóa công khai ( RSA)

2.1.1.1 Giới thiệu thuật toán

Thuật toán được Ron Rivest, Adi Shamir và Len Adleman mô tả lần đầu tiên vào năm 1977 tại Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) Tên của thuật toán lấy từ 3 chữ cái đầu của tên 3 tác giả

Trước đó, vào năm 1973, Clifford Cocks, một nhà toán học người Anh làm việc tại GCHQ, đã mô tả một thuật toán tương tự.Với khả năng tính toán tại thời điểm đó thì thuật toán này không khả thi và chưa bao giờ được thực nghiệm.Tuy nhiên, phát minh này chỉ được công bố vào năm 1997 vì được xếp vào loại tuyệt mật

Thuật toán RSA ([1],[2],[3]) được MIT đăng ký bằng sáng chế tại Hoa Kỳ vào năm 1983 (Số đăng ký 4.405.829) Bằng sáng chế này hết hạn vào ngày 21 tháng 9 năm 2000 Tuy nhiên, do thuật toán đã được công bố trước khi có đăng

ký bảo hộ nên sự bảo hộ hầu như không có giá trị bên ngoài Hoa Kỳ Ngoài ra, nếu như công trình của Clifford Cocks đã được công bố trước đó thì bằng sáng chế RSA đã không thể được đăng ký

Mô tả sơ lược:

Thuật toán RSA có hai khóa: khóa công khai (hay khóa công cộng)

và khóa bí mật (hay khóa cá nhân) Mỗi khóa là những số cố định sử dụng trong quá trình mã hóa và giải mã.Khóa công khai được công bố rộng rãi cho mọi người và được dùng để mã hóa.Những thông tin được mã hóa bằng khóa công khai chỉ có thể được giải mã bằng khóa bí mật tương ứng.Nói cách khác, mọi người đều có thể mã hóa nhưng chỉ có người biết khóa cá nhân (bí mật) mới có thể giải mã được

Ta có thể mô phỏng trực quan một hệ mật mã khoá công khai như sau: Bob muốn gửi cho Alice một thông tin mật mà Bob muốn duy nhất Alice có thể đọc được Để làm được điều này, Alice gửi cho Bob một chiếc hộp có khóa đã

mở sẵn và giữ lại chìa khóa Bob nhận chiếc hộp, cho vào đó một tờ giấy viết thư bình thường và khóa lại (như loại khoá thông thường chỉ cần sập chốt lại, sau khi sập chốt khóa ngay cả Bob cũng không thể mở lại được-không đọc lại hay sửa thông tin trong thư được nữa) Sau đó Bob gửi chiếc hộp lại cho Alice

Trang 24

24

Alice mở hộp với chìa khóa của mình và đọc thông tin trong thư Trong ví dụ này, chiếc hộp với khóa mở đóng vai trò khóa công khai, chiếc chìa khóa chính

là khóa bí mật

2.1.1.2 Thuật toán

Giả sử Alice và Bob cần trao đổi thông tin bí mật thông qua một kênh không

an toàn (ví dụ như Internet) Với thuật toán RSA, Alice đầu tiên cần tạo ra cho mình cặp khóa gồm khóa công khai và khóa bí mật theo các bước sau:

1 Chọn 2 số nguyên tố lớn p và q với 𝑝 ≠ 𝑞, lựa chọn ngẫu nhiên và độc lập

 Các số nguyên tố thường được chọn bằng phương pháp thử xác suất

 Các bước 4 và 5 có thể được thực hiện bằng giải thuật Euclid mở rộng (xem thêm: số học môđun)

 Bước 5 có thể viết cách khác: Tìm số tự nhiên x sao cho

𝑑 = 𝑥 𝑝−1 𝑞−1 +1𝑒 cũng là số tự nhiên Khi đó sử dụng giá trị

Trang 25

25

 d: số mũ bí mật (cũng gọi là số mũ giải mã)

Một dạng khác của khóa bí mật bao gồm:

 p và q, hai số nguyên tố chọn ban đầu,

 d mod (p-1) và d mod (q-1) (thường được gọi là dmp1 và dmq1),

 (1/q) mod p (thường được gọi là iqmp)

Dạng này cho phép thực hiện giải mã và ký nhanh hơn với việc sử dụng định

lý số dư Trung Quốc (tiếng Anh: Chinese Remainder Theorem - CRT) Ở dạng này, tất cả thành phần của khóa bí mật phải được giữ bí mật

Alice gửi khóa công khai cho Bob, và giữ bí mật khóa cá nhân của mình.Ở đây, p và q giữ vai trò rất quan trọng.Chúng là các phân tố của n và cho phép tính d khi biết e Nếu không sử dụng dạng sau của khóa bí mật (dạng CRT) thì p

và q sẽ được xóa ngay sau khi thực hiện xong quá trình tạo khóa

Mã hóa

Giả sử Bob muốn gửi đoạn thông tin M cho Alice Đầu tiên Bob chuyển

M thành một số m < n theo một hàm có thể đảo ngược (từ m có thể xác định lại M) được thỏa thuận trước Quá trình này được mô tả ở phần #Chuyển đổi văn bản rõ

Lúc này Bob có m và biết n cũng như e do Alice gửi Bob sẽ tính c là bản

mã hóa của m theo công thức:

Trang 26

Chọn e = 3 thoả điều kiện 3 và 20 là cặp số nguyên tố cùng nhau

Với e = 3, xác định đƣợc d = 7 vì ed = 3*7 = 1 mod 20 Thật ra, có nhiều giá trị d thỏa mãn yêu cầu này, nhƣng để cho đơn giản, ta chọn giá trị nhỏ nhất Khi đó, ta xác định đƣợc cặp khóa nhƣ sau:

Khóa công khai: (N, e) = (33, 3)

Khóa bí mật: (N, d) = (33, 7)

Giả sử, user B muốn gửi thông tin M = 15 cho user A, dựa trên khóa công khai của A, B thực hiện nhƣ sau:

C = Me mod N = 153 mod 33 = 3375 mod 33 = 9 mod 33

Khi đó, thông tin mật gửi cho A là C = 9

Khi nhận đƣợc thông tin này, A giải mã bằng khóa riêng (d = 7) nhƣ sau:

M = Cd mob N = 97 mod 33 = 4.782.969 mod 33 = 15 mod 33

Nhƣ vậy, thông tin giải mã đƣợc là M = 15, đúng với thông tin gốc ban đầu

Trang 27

mã không cần tới khóa hay chỉ cần khóa mã hóa vẫn chưa được loại trừ An toàn của các thuật toán này đều dựa trên các ước lượng về khối lượng tính toán để giải các bài toán gắn với chúng Các ước lượng này lại luôn thay đổi tùy thuộc khả năng của máy tính và các phát hiệntoán học mới

Mặc dù vậy, độ an toàn của các thuật toán mật mã hóa khóa công khai cũng tương đối đảm bảo Nếu thời gian để phá một mã (bằng phương pháp duyệt toàn bộ) được ước lượng là 1000 năm thì thuật toán này hoàn toàn có thể dùng

để mã hóa các thông tin về thẻ tín dụng - Rõ ràng là thời gian phá mã lớn hơn nhiều lần thời gian tồn tại của thẻ (vài năm)

Nhiều điểm yếu của một số thuật toán mật mã hóa khóa bất đối xứng đã được tìm ra trong quá khứ.Thuật toán đóng gói ba lô là một ví dụ Nó chỉ được xem là không an toàn khi một dạng tấn công không lường trước bị phát hiện Gần đây, một số dạng tấn công đã đơn giản hóa việc tìm khóa giải mã dựa trên việc đo đạc chính xác thời gian mà một hệ thống phần cứng thực hiện mã hóa

Vì vậy, việc sử dụng mã hóa khóa bất đối xứng không thể đảm bảo an toàn tuyệt đối Đây là một lĩnh vực đang được tích cực nghiên cứu để tìm ra những dạng tấn công mới

Một điểm yếu tiềm tàng trong việc sử dụng khóa bất đối xứng là khả năng

bị tấn công dạng kẻ tấn công đứng giữa (man in the middle attack): kẻ tấn công lợi dụng việc phân phối khóa công khai để thay đổi khóa công khai Sau khi đã giả mạo được khóa công khai, kẻ tấn công đứng ở giữa 2 bên để nhận các gói tin, giải mã rồi lại mã hóa với khóa đúng và gửi đến nơi nhận để tránh bị phát hiện Dạng tấn công kiểu này có thể phòng ngừa bằng các phương pháp trao đổi khóa an toàn nhằm đảm bảo nhận thực người gửi và toàn vẹn thông tin

2.1.1.3.2 Ưu điểm

Phương pháp mã hóa khóa công khai (public key cryptography) đã giải quyết

Trang 28

28

được vấn đề của phương pháp mã hóa khóa bí mật là sử dụng hai khóa public key và private key Public key được gửi công khai trên mạng, trong khi đó private key được giữ kín Public key và private key có vai trò trái ngược nhau, một khóa dùng để mã hóa và khóa kia sẽ dùng để giải mã

Phương pháp này còn được gọi là mã hóa bất đối xứng (asymmetric cryptography) vì nó sử dụng hai khóa khác nhau để mã hóa và giải mã dữ liệu Phương pháp này có rất nhiều thuật toán mã hoá khác nhau được sử dụng như hệ mật RSA (tên của ba nhà phát minh ra nó: Ron Rivest, Adi Shamir và Leonard Adleman), hệ mật RABTN, hệ mật ELGAMAL, hệ mật xếp ba lô Merkl – Hellman, hệ mật McEliece…

Mỗi kỹ thuật mật mã hóa khóa công khai có những đặc điểm riêng và có ưu điểm nhược điểm khác nhau tuỳ thuộc vào ứng dụng cụ thể Riêng RSA là một trong các giải thuật mã hóa bất đối xứng được dùng thông dụng nhất cho đến ngày hôm nay (ra đời năm 1977 tại MIT), RSA được đặt tên từ ba nhà khoa học phát minh ra nó: Ron Rivest, Adi Shamir, và Leonard Adleman Nó được dùng hàng ngày trong các giao dịch thương mại điện tử qua web browser (SSL), PGP, dùng cho chữ ký số (digital signature) đảm bảo tính toàn vẹn của các thông điệp khi lưu chuyển trên Internet, phân phối & cấp phát các secret keys…

2.1.1.4 Đặc trưng của hệ mật RSA

Hệ mật RSA có các đặc trưng sau:

Không cần phải thiết lập một kênh bảo vệ với những thể thức phức tạp, rườm

rà để truyền khoá như trong hệ mã bí mật (hệ mật mã đối xứng)

Khóa mã hoá (n; e) là công khai, vì thế bằng cách đặt khoá này vào một địa chỉ được công bố công khai (không phải dùng một kênh truyền bí mật) Ta đã biết: nếu có khoá công khai không dễ gì để tìm được khoá riêng d trong thời gian chấp nhận được vì vậy không cần phải dùng một kênh bí mật để truyền khoá

Cặp khoá công khai được tạo ra theo một phương pháp đặc biệt có quan hệ với nhau và được chọn trong nhiều khoá có thể (trong đó nếu khoá này dùng để

mã hoá thì khoá kia dùng để giải mã)

Dựa vào khoá công khai (n; e) để tính khoá riêng, khoá riêng d được tính bằng cách giải phương trình đồng dư Khoá cùng cặp (n; d) được giữ bí mật còn được gọi là khoá riêng Vậy ứng với một cặp p, q có thể chọn được nhiều bộ khoá công khai (n; e; d) theo quan hệ chỉ ra và vai trò của e và d có thể xem là tương đương Nếu (n; e) là công khai thì (n; d) là khoá riêng và ngược lại nếu (n; d) là công khai thì (n; e) là khoá riêng

Mọi người trong hệ thống nếu nhận được bản mật C thì cũng không thể biết

Trang 29

29

đƣợc bản rõ P Với việc chỉ biết khoá mã hoá ke và căn cứ vào các thông tin về

thuật toán thì không thể tìm ra khó giải mã kd trong thời gian chấp nhận đƣợc

(kể cả dùng hệ thống hiện đại nhất để tính toán)

Với các ví dụ nêu trên, chúng dễ dàng hiểu đƣợc sơ đồ mã hoá khoá công

khai RSA nhƣ trong hình 6:

Nguồn cặp khoá của B

Khoá công khai Khoá bí mật

C = Pe b mod n P = C d b mod n Bên gửi A Mã hoá Giải mã Bên nhận B

Hình 6: Quá trình mã hóa khóa công khai RSA

Trang 30

30

Quá trình gửi và nhận thông điệp (bản tin) được thực hiện như sau:

i) Mỗi thành viên sinh một cặp khoá (n; e; d), một khoá dùng để mã hoá và một khoá dùng để giải mã các thông điệp

ii) Mỗi thành viên công bố khoá công khai của mình (n; e) cho các thành viên khác trong hệ thống biết Khoá cùng cặp (n; d) được giữ lại làm khoá riêng (dùng để giải mã thông điệp)

iii) A gửi thông điệp cho B thì A mã hoá thông điệp bằng khoá công khai (n; eb) của B

iv) Khi B nhận được thông điệp của A gửi, B giải mã thông điệp bằng khoá riêng (n; db) của mình Không một người nào khác có thể giải mã thông điệp ngoài B, vì chỉ có B mới biết khoá riêng của mình

Dựa vào thuật toán RSA đã mô tả trên ta thấy, để sinh được cặp khoá và thực hiện được các phép lập mã, giải mã ta phải giải quyết các bài toán sau đây: i) Tìm các số nguyên lớn để lấy làm các giá trị p và q (mỗi số có độ lớn không ít hơn 100 chữ số thập phân)

ii) Thực hiện nhanh các phép toán số học trên các số rất lớn, đặc biệt là phép mũ với số mũ lớn theo modulo n

2.1.1.5 Độ an toàn của hệ mật RSA

Độ an toàn của hệ mật RSA thể hiện qua hai yếu tố:

Tính mật của hệ RSA, chủ yếu dựa vào việc bảo vệ khoá riêng d và giữ bí mật các số nguyên tố p và q

Tính an toàn của hệ RSA dựa vào độ khó của bài toán RSA và độ phức tạp của bài toán phân tích một số thành các thừa số nguyên tố

Bài toán RSA là bài toán tính căn bậc e môđun n (với n là hợp số): tìm số

m sao cho me=c mod n, trong đó (e, n) chính là khóa công khai và c là bản mã Hiện nay phương pháp triển vọng nhất giải bài toán này là phân tích n ra thừa số nguyên tố Khi thực hiện được điều này, kẻ tấn công sẽ tìm ra số mũ bí mật d từ khóa công khai và có thể giải mã theo đúng quy trình của thuật toán Nếu kẻ tấn công tìm được 2 số nguyên tố p và q sao cho: n = pq thì có thể dễ dàng tìm được giá trị (p-1)(q-1) và qua đó xác định d từ e Chưa có một phương pháp nào được tìm ra trên máy tính để giải bài toán này trong thời gian đa thức (polynomial-time) Tuy nhiên người ta cũng chưa chứng minh được điều ngược lại (sự không tồn tại của thuật toán) Xem thêm phân tích ra thừa số nguyên tố về vấn đề này Tại thời điểm năm 2005, số lớn nhất có thể được phân tích ra thừa số nguyên tố có độ dài 663 bít với phương pháp phân tán trong khi khóa của RSA

có độ dài từ 1024 tới 2048 bít Một số chuyên gia cho rằng khóa 1024 bít có thể sớm bị phá vỡ (cũng có nhiều người phản đối việc này) Với khóa 4096 bít thì

Trang 31

31

hầu như không có khả năng bị phá vỡ trong tương lai gần Do đó, người ta thường cho rằng RSA đảm bảo an toàn với điều kiện n được chọn đủ lớn Nếu n

có độ dài 256 bít hoặc ngắn hơn, nó có thể bị phân tích trong vài giờ với máy tính cá nhân dùng các phần mềm có sẵn Nếu n có độ dài 512 bít, nó có thể bị phân tích bởi vài trăm máy tính tại thời điểm năm 1999

Hệ RSA chỉ có khả năng bảo mật khi p, q là các số nguyên tố lớn (khoảng hơn 100 chữ số thập phân) và như vậy thì n có khoảng hơn 200 chữ số thập phân Để phân tích một số nguyên cỡ lớn như thế với các thuật toán nhanh nhất hiện nay cùng với hệ thống máy tính hiện đại nhất cũng mất hàng tỷ năm

Do tính đơn giản trong thiết kế nên RSA được ứng dụng rộng rãi và dùng nhiều nhất trong số các thuật toán với khoá công khai Và cũng chính vì thế nó

đã trải qua nhiều thử thách, xem xét, kiểm chứng của cộng đồng về độ an toàn của nó Tuy nhiên, khi dùng RSA thì tốc độ mã hoá rất chậm, vì thế để mã hoá khối dữ liệu lớn là không khả thi Người ta đã tìm ra ứng dụng quan trọng độc đáo khác của RSA hơn là dùng nó để mã hoá:

Tạo vỏ bọc an toàn cho văn bản: dùng RSA để mã hoá khoá bí mật (của các

hệ mật mã có tốc độ mã hoá cao như DES, IDEA…) và dùng khoá bí mật đó để

mã hoá dữ liệu, bên gửi chỉ gửi đến cho bên nhận một bộ: khoá bí mật được mã hoá bằng RSA và dữ liệu được mã hoá bằng khóa bí mật Như vậy các hệ mã đối xứng khắc phục tốc độ mã hoá của RSA, còn RSA khắc phục khâu yếu nhất của

mã hoá đối xứng là bảo đảm chuyển giao an toàn chìa khoá mã cho người nhận Xác thực chủ thể: Ta đã biết trong hệ mật mã khoá công khai thì mọi người đều biết khoá công khai của từng cá thể trong hệ thống, như vậy liệu có thể có một cá thể này đã mạo danh một cá thể khác để gửi thông điệp đến một cá thể thứ ba trong hệ thống, điều này hoàn toàn có thể xảy ra, vậy làm thế nào để thông điệp được gửi đi có một chữ ký xác nhận của người gửi, để người nhận có thể biết đích xác rằng mình nhận của ai và người gửi cũng không thể thoái thác được trách nhiệm của văn bản mình đã gửi đi (chẳng hạn như một đơn đặt hang với số lượng lớn), đây chính là vấn đề xác thực chủ thể trong trao đổi thông tin điện tử Hai chìa khoá công khai và khoá riêng trong hệ RSA là có vai trò ―đối xứng‖ nhau theo nghĩa nếu cái này dùng để mã hoá thì cái kia được dùng để giải

mã và ngược lại Vậy nếu A dùng khoá bí mật để mã hoá văn bản gửi đi thì B dùng khóa công khai của A để giải mã văn bản, điều đó chứng tỏ A đã xác nhận

ký vào văn bản

2.1.1.6 Quản lý khoá của hệ mật mã RSA

Một trong các vai trò chính của mã khoá công khai là giải quyết vấn đề phân phối khoá Khi sử dụng mã hoá khoá công khai, chúng ta cần phân biệt hai khái niệm sau:

Trang 32

32

i) Phân phối các khoá công khai

Trang 33

33

ii) Sử dụng mã hoá khoá công khai để phân phối khoá bí mật

i) Phân phối khoá công khai

Trong lịch sử mật mã đã có nhiều đề xuất về phương pháp phân phối khoá công khai, những phương án này có thể chia thành các nhóm sau:

Khai báo công khai

Sử dụng thư mục khóa công khai

Trung tâm quản lý khoá công khai

Sử dụng chứng chỉ khoá công khai

a) Phương pháp khai báo công khai

Đặc điểm của mã hoá khoá công khai là khoá công khai được công bố công khai Do vậy, nếu có một thuật toán được chấp nhận rộng rãi, như RSA, bất kỳ thành viên nào cũng có thể thông báo khoá công khai của mình để cho các thành viên khác được biết

Giải pháp này là khá thích hợp, nhưng có nhược điểm là bất kỳ ai cũng có thể giả mạo một khoá công khai Có nghĩa là một người sử dụng nào đó có thể mạo danh cá thể B và gửi một khoá công khai cho các thành viên khác Các thành viên khác cứ tưởng đấy là khoá công khai của B nên đã gửi các thông điêp cho B (giả mạo), và như thế là kẻ giả mạo đàng hoàng đọc được hết các thông điệp mã hoá gửi cho B, ngoài ra còn có thể sử dụng các khoá giả xác thực cho đến khi cá thể B phát hiện ra sự giả mạo đó và thông báo cho các thành viên khác

b) Phương pháp sử dụng thư mục công khai

Việc duy trì và tổ chức một thư mục công khai thuộc về một tổ chức được tin cậy nào đó Một lược đồ như vậy bao gồm các yếu tố sau:

Tổ chức có nhiệm vụ duy trì thư mục, mỗi thành viên có một entry (định danh, khoá) trong thư mục

Mỗi thành viên đăng ký một khoá công khai với tổ chức quản lý thư mục.Mỗi thành viên có thể thay thế một khoá công khai bất cứ lúc nào khi cảm thấy khoá riêng bị lộ

Cơ quan quản lý công bố toàn bộ thư mục và có nhiệm vụ cập nhật thư mục một cách định kỳ

Mọi thành viên đều có thể truy nhập vào thư mục bất cứ lúc nào, vì thế việc truyền thông xác thực an toàn (từ cơ quan quản lý đến các thành viên) phải mang tính bắt buộc

c) Trung tâm quản lý khoá công khai

Việc phân phối khoá công khai được an toàn cao hơn nếu cung cấp các kiểm

Trang 34

34

soát chặt chẽ khi phân phối khoá công khai từ thư mục

Một cơ quan trung tâm duy trì một thư mục khoá công khai Mỗi thành viên đều biết khoá công khai của trung tâm quản lý khoá công khai, nhưng chỉ có trung tâm này biết khoá riêng cùng cặp

Quá trình trao đổi thông tin bí mật diễn ra như sau:

i) A gửi một thông điệp có gán nhãn thời gian cho cơ quan quản lý khoá công khai, yêu cầu khoá công khai hiện thời của B

ii) Cơ quan quản lý trả lời bằng một thông điệp Thông điệp này được mã hoá bằng khoá riêng dauth của cơ quan quản lý bao gồm:

- Khoá công khai eb của B (A có thể dùng nó để mã hoá các thông điệp gửi cho B)

- Yêu cầu gốc (request) – A so khớp yêu cầu này với yêu cầu A đã gửi

đi trước đó, nhờ đó A có thể biết yêu cầu gốc có bị sửa đổi trước khi

cơ quan quản lý nhận được hay không

- Nhãn thời gian gốc – cho phép A xác định được rằng: đây không phải

là một thông điệp cũ mà là thông điệp có chứa khoá công khai hiện thời của B

iii) A lưu giữ khoá công khai của B và sử dụng nó để mã hoá một thông điệp gửi cho B, thông điệp này chứa tên của A (IDA) và một giá trị (được gọi

là nonce) N1 để nhận dạng giao dịch này

iv) B lấy khoá công khai của A từ cơ quan quản lý khoá (tương tự như A đã lấy khoá công khai của B)

Như thế là A và B đã chuyển giao khoá công khai một cách an toàn, và họ có thể gửi và nhận tin của nhau

Tuy nhiên hai bước sau đây được bổ sung thêm xem như là tuỳ chọn:

B gửi thông điệp cho A, thông điệp này được mã hoá bằng khoá ea và có chứa N1 của A và một nonce mới N2 do B sinh ra Do chỉ có B mới có thể giải mã thông điệp và sự có mặt của N1 trong thông điệp đảm bảo rằng B chính là người A đang liên lạc

A trả lại N2 cho B bằng khoá công khai của B, đảm bảo với B rằng A chính là người đang liên lạc với B

d) Phương pháp sử dụng chứng chỉ khoá công khai

Việc phân phối khoá công khai là khá hấp dẫn Tuy nhiên dễ bị giả mạo (do mỗi đầu vào bao gồm tên và khoá công khai trong một thư mục do cơ quan quản lý duy trì)

Trang 35

35

Một giải pháp mới lựa chọn là dùng chứng chỉ Các thành viên sử dụng chứng chỉ này để trao đổi khoá mà không cần liên lạc với cơ quan quản lý khoá công khai Mỗi chứng chỉ chứa một khoá công khai và các thông tin khác Nó được một

cơ quan quản lý chứng chỉ tạo ra và phát hành cho các thành viên Mỗi thành viên thông báo khoá công khai của mình cho các thành viên khác thông qua chứng chỉ Chứng chỉ được định nghĩa là một ―tài liệu chứa một công bố được chứng thực, như là sự khẳng định đúng đắn về một điều gì đó‖ Trong lĩnh vực điện tử, chứng chỉ là một tài liệu chứa một tập hợp thông tin có chữ ký số của một người có thẩm quyền và người này được cộng đồng những người sử dụng chứng chỉ công nhận và tin cậy

Chứng chỉ số là một tệp tin điện tử được sử dụng để nhận diện một cá nhân, một máy chủ, một công ty hoặc một vài đối tượng khác và gắn định danh của đối tượng đó với một khóa công khai Giống như bằng lái xe, hộ chiếu, chứng minh thư hay những giấy tờ nhận diện cá nhân thông thường khác, chứng chỉ số cung cấp bằng chứng cho sự nhận diện của một đối tượng Hệ mã khoá công khai sử dụng chứng chỉ số để giải quyết vấn đề mạo danh

Để lấy được chứng chỉ số bạn cần phải thực hiện các công việc đăng ký họ tên, địa chỉ và những thông tin cần thiết khác với nơi được gọi là nhà cung cấp chứng chỉ số (CA), một tổ chức có thẩm quyền xác nhận định danh và cấp các chứng chỉ

số Họ có thể là một thành phần thứ ba đứng độc lập hoặc các tổ chức tự vận hành phần mềm cấp chứng chỉ số của mình Các phương pháp để xác định định danh phụ thuộc vào các chính sách mà CA đặt ra Thông thường, trước khi cấp chứng chỉ số, CA sẽ công bố các thủ tục cần phải thực hiện cho các loại chứng chỉ số

Hệ thống chứng chỉ khoá công khai (CA) làm việc như sau: CA phát hành chứng chỉ cho những người muốn trao đổi tin mật Mỗi chứng chỉ gồm có một khoá công khai và thông tin nhận dạng chủ thể của chứng chỉ Chủ thể của chứng chỉ là cá thể nắm giữ khoá riêng tương ứng gọi là thuê bao của CA Các chứng chỉ được CA ký bằng khoá riêng của CA

Đặc trưng quan trọng của chứng chỉ là: ―Các chứng chỉ có thể được phát hành

mà không cần phải bảo vệ thông qua các dịch vụ an toàn truyền thông để đảm bảo

bí mật, xác thực và tính toàn vẹn‖ Bởi vì các chứng chỉ có khả năng tự bảo vệ bằng chữ ký số của CA

Lợi ích của chứng chỉ khoá công khai là một người sử dụng có thể có được một

số lượng lớn các khoá công khai của các thành viên khác một cách tin cậy chỉ cần thông qua khoá công khai CA

Trang 36

36

Giấy chứng nhận Certificate X.509:

Một trong những mẫu ký xác nhận được sử dụng phổ biến là mẫu X.509 được định nghĩa bới ISO/IFC/ITU Khuông dạng chứng chỉ X.509 gồm 3 phiên bản: phiên bản 1 ra đời năm 1988, phiên bản 2 năm 1993 và phiên bản 3 năm 1996 Ở dạng đơn giản nhất, X509 chứa các thông tin sau:

Phiên bản của bằng chứng thực

Số hiệu của bằng chứng thực

Tên thuật toán ký xác nhận

Tên người ký: tên của CA phát hành

Thời gian có hiệu lực: ngày bắt đầu và hết hạn của chứng chỉ

Định danh của người được chứng thực: chủ thể nắm giữ khoá riêng

Thông tin về khoá công khai của chủ thể được cấp giấy chứng nhận: khóa công khai và tên thuật toán sử dụng khoá công khai

Chữ ký (mã băm cho các trường dữ liệu, mã hoá chữ ký bằng khoá riêng) Chi tiết hơn về cấu trúc của X 509 có thể xem tại website:

http://www.ietf.cnri.reston.va.us/ids.by.wg/x.509.html

ii) Sử dụng mã hoá khoá công khai để phân phối khoá mật

Merkle đưa ra một lược đồ rất đơn giản: Nếu A muốn trao đổi thông tin mật với

B, thủ tục được thực hiện tuần tự theo các bước sau:

i) A tạo ra một cặp khoá (ea, da) và truyền thông điệp cho B biết khoá công khai ea và tên của A (IDA)

ii) B tạo ra một khoá bí mật Ks, gửi khoá bí mật cho A: Ee a (Ks )

iii) A tính toán để biết khoá bí mật Ks bằng việc giải mã thông điệp

D da (E ea (K ))= K S (như vậy chỉ có A và B biết được khoá Ks)

iv) A huỷ bỏ ea, da và B huỷ bỏ ea

Bây giờ A và B có thể trao đổi với nhau bằng khoá phiên Ks Sau khi trao đổi xong cả A và B cùng huỷ bỏ KS, như vậy theo cách này thì việc đảm bảo bí mật là rất tốt vì trước và sau khi liên lạc không có khoá nào tồn tại Rủi ro lộ khoá là rất nhỏ Tại thời điểm này việc liên lạc là đảm bảo an toàn Đây là một giao thức hấp dẫn

Tuy nhiên, thủ tục này có điểm yếu là dễ bị tấn công chủ động Nếu một cá thể

C chủ động muốn nghe trộm thông tin trao đổi giữa A và B, C sẽ tìm cách kiểm soát đường truyền thông giữa hai người C có thể dàn xếp cuộc truyền thông mà không bị phát hiện, theo hình thức sau đây:

i) A tạo ra một cặp khoá (ea, da) và truyền một thông điệp cho B, thông điệp

Trang 37

37

là cặp (ea, IDA)

ii) C chặn lấy thông tin, tạo ra một cặp khoá (ec, dc) và truyền cho B một thông điệp là cặp (ec, IDA)

iii) B tạo ra một khoá bí mật KS, gửi khoá bí mật đó cho A: Ee c = Ks

iv) C chặn lấy thông điệp, tính K s = Ddc (Ee c (Ks )) Sau đó truyền cho A:

E e a (K s )

Cuối cùng là A và B cùng biết Ks, nhưng không biết rằng Ks đã bị C tóm lấy vì vậy mọi thông tin trao đổi giữa A và B đều bị C nghe trộm một cách đơn giản Vậy liệu có cách nào để chống lại các kiểu tấn công chủ động cũng như thụ động không Ta hãy xem xét việc phân phối khoá theo giao thức sau, nó sẽ thực hiện được điều đó

Quá trình phân phối khoá bí mật bảo đảm tính bí mật và tính xác thực: Ở đây ta xem như A và B đã trao đổi khoá công khai mà trong các lược đồ trước đã nêu Các bước tiếp theo diễn ra như sau:

i) A sử dụng khoá công khai của B để mã hoá thông điệp gửi cho B: E eb (N1,

ID A ) trong đó N1 được sử dụng để nhận diện giao dịch này, IDA là tên

C = E eb (N2 , E da (K s )) qua thông điệp

iv) B tính toán D e a (Ddb ( C )) để khôi phục khoá bí mật đồng thời xác thực

rằng A đang làm việc với B

2.1.1.7 Các ứng dụng của RSA

i) Trong chữ kí điện tử

Thuật toán RSA còn được dùng để tạo chữ ký số cho văn bản.Giả sử Alice muốn gửi cho Bob một văn bản có chữ ký của mình.Để làm việc này, Alice tạo ra một giá trị băm (hash value) của văn bản cần ký và tính giá trị mũ d mod n của nó (giống như khi Alice thực hiện giải mã).Giá trị cuối cùng chính là chữ ký điện tử của văn bản đang xét Khi Bob nhận được văn bản cùng với chữ ký điện tử, anh ta tính giá trị mũ e mod n của chữ ký đồng thời với việc tính giá trị băm của văn bản Nếu 2 giá trị này như nhau thì Bob biết rằng người tạo ra chữ ký biết khóa bí mật của Alice và văn bản đã không bị thay đổi sau khi ký

Trang 38

Giả sử một người sử dụng trong hệ thống được cấp phát một Token, khi đăng nhập vào hệ thống, người sử dụng này sẽ được yêu cầu nhập tên đăng nhập (VD: JSMITH) và một dẫy số được gọi là Passcode Dẫy số này gồm có hai thành phần là số PIN và dẫy số xuất hiện trên token (Token code) của người đó vào thời điểm đăng nhập Tất cả các thông tin (Tên đăng nhập và Passcode) này được thành phần RSA ACE/Agent tiếp nhận và thành phần này sẽ lại gửi những thông tin này đến RSA ACE/Server.Server này sẽ có số PIN của người sử dụng trong cơ sở dữ liệu của nó.Ngoài ra, nó cũng có một cơ chế cho phép nó tính toán ra một dẫy số của nó ACE/Server sẽ ghép số PIN trong cơ sở dữ liệu và dẫy số của nó với nhau sau đó

Trang 39

39

Hình 8: Ứng dụng của RSA trong thẻ ATM của ngân hàng

so sánh với Passcode của người sử dụng cung cấp Nếu hai dẫy số này giống nhau, người dùng được xác thực là hợp lệ và được quyền đăng nhập vào mạng.Trong trường hợp ngược lại, quyền truy cập sẽ bị từ chối.Hoặc được chấp nhận truy cập hoặc không, những thông tin này sẽ được RSA ACE/Server gửi đến người sử dụng thông qua thành phần RSA ACE/Agent

Cơ chế để RSA ACE/Server tính toán được một dẫy số của nó để so khớp với dẫy số trên token của người sử dụng là tương đối đơn giản Như được minh hoạ trên hình 4, để tạo ra được dẫy số thay đổi sau mỗi khoảng thời gian, một token sẽ có những thành phần sau:

· Một đồng hồ bên trong (Tính theo giờ UTC)

· Một số Seed có độ dài 64 hoặc 128 bits

· Thuật toán tạo số giả ngẫu nhiên

Với hai yếu tố là thời gian và số seed, sau khi áp dụng thuật toán tạo số giả ngẫu nhiên, token sẽ có một con số xuất hiện trên màn hình của nó (token code) và sau một khoảng thời gian xác định, thuật toán này lại tạo ra được một con số khác ứng với thời gian đó Thuật toán này luôn tạo được những con số thay đổi theo thời gian và không lặp lại Do vậy, việc dự đoán trước con số sẽ xuất hiện tiếp theo hoặc con số sẽ xuất hiện tại một thời điểm nào đó trong tương lai là không thể (chỉ

có thể thực hiện được khi có số seed và thuật toán)

Trang 40

40

Khi gán một token cho một người sử dụng, quản trị mạng cũng sẽ phải cập nhật số seed của token đó vào cơ sở dữ liệu của RSA ACE/Server tương ứng với người dùng.Trên RSA ACE/Server cũng có một chương trình chạy thuật toán tạo

số giả ngẫu nhiên giống với trên token Khi có yêu cầu đăng nhập của người sử dụng, căn cứ vào tên đăng nhập, căn cứ vào đồng hồ hệ thống, căn cứ vào số seed được lưu trong cơ sở dữ liệu, khi chạy thuật toán tạo số giả ngẫu nhiên, RSA ACE/Server cũng sẽ có được một dẫy số giống với dẫy số trên token của người sử dụng tại cùng một thời điểm Dãy số này được ghép với số PIN của người sử dụng trong cơ sở dữ liệu, RSA ACE/Server có thể kiểm tra được người sử dụng này có hợp lệ hay không

Điều gì sẽ xảy ra khi đồng hồ trên token và đồng hồ trên RSA ACE/Server không giống nhau?Trong thực tế thì điều này luôn luôn xảy ra Tuy vậy, RSA ACE/Server luôn ghi nhận lại một sự sai lệch về thời gian giữa nó và từng token khi đăng nhập và RSA ACE/Server sẽ chấp nhận bất cứ passcode nào của người sử dụng nằm trong khoảng thời gian sai lệch đó Ví dụ, nếu RSA ACE/Server ghi nhận sự sai lệch của một token với nó là một phút thì nó sẽ chấp nhận bất cứ passcode nào của người sử dụng mà rơi vào khoảng thời gian trước thời điểm đăng nhập một phút, tại đúng thời điểm và sau thời điểm đó một phút Khoảng thời gian sai lệch tối đa cho phép có thể thay đổi được trên RSA ACE/Server

Như được mô tả trên hình 2, token của người sử dụng có rất nhiều loại khác nhau Căn cứ vào nhu cầu thực tế, một tổ chức khi triển khai giải pháp xác thực RSA SecurID có thể lựa chon thiết bị phù hợp nhất với yêu cầu của mình Thành phần RSA ACE/Agent có thể được cài lên rất nhiều điểm khác nhau trong hệ thống Nó có thể được cài lên các điểm truy cập vào mạng như gateway, RAS, VPN, cũng như cài lên các server Windows, Novell, và được tích hợp sẵn trong tất cả các sản phẩm của các hãng sản xuất lớn như Microsoft, Nokia, CheckPoint, Cisco, Nortel Thành phần RSA ACE/Server thực sự là thành phần quan trọng nhất của giải pháp Để có thể hoạt động được liên tục và thuận lợi cho quá trình xác thực người sử dụng, RSA ACE/Server có thể được cài lên trên nhiều server trong đó có một máy đóng vai trò chính (ACE/Server Primary ) và các máy còn lại đóng vai trò bản sao (ACE/Server Replica) Các máy bản sao có thể được đặt phân tán và luôn được đồng bộ với máy chính.Khi máy chính không thể hoạt động, một máy bản sao nào đó có thể được nâng cấp lên thành máy chính.Quá trình hoạt động không hề bị dán đoạn

Định dạng
Số trang	82
Dung lượng	1,76 MB

Kỹ thuật xác thực và mã hóa dữ liệu trong công nghệ Wimax

an toàn của hệ mật RSA

Thuật toánmã hóa dựa trên định danh (IBE)