B2 mat ma doi xung va mat ma khoi

tài liệu về mật mã đối xừng và mã khối ..........................................................................................................................................................

Bài giảng môn

An ninh mạng viễn thông

Giảng viên: TS Nguyễn Chiến Trinh

Điện thoại/E-mail: 0915400946; chientrinh@gmail.com

Bộ môn: Mạng viễn thông - KhoaViễn thông 1

Học kỳ/Năm biên soạn: 2017

Tại sao cần bảo vệ thông tin truyền thông

 Chèn bản tin vào kết nối

 Mạo danh: giả địa chỉ IP nguồn.

 Chiếm kết nối.

Mật mã đối xứng và bất đối xứng

Alice’s encryption key

Bob’s decryption key

K

B

Mã hóa khóa đối xứng: khóa người gửi/người nhận đồng nhất, bí mật

Mã hóa khóa công khai: mã hóa bằng khóa công khai, giải mã bằng khóa bí mật

Sơ đồ mật mã hóa đối xứng đơn giản

Hệ thống mật mã hóa đối xứng

+ Thuật toán mật mã hóa

+ Bản mã

+ Một hoặc một số cặp bản rõ – bản mã được tạo ra với khóa bí mật.

Biết bản rõ được lựa chọn (choosen- plaintext)

+ Thuật toán mật mã hóa

+ Thuật toán mật mã hóa

Phá

mã

bằng vét cạn

Mã hóa thay thế

plaintext: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz ciphertext: mnbvcxzasdfghjklpoiuytrewq

 monoalphabetic cipher: thay thế một chữ cái bằng chữ cái khác

 Phá khóa có d dàng không? ễ



Các phương pháp mã hóa cổ điển

 Transposition technique: đảo lộn thứ tự chữ cái

 Rotor machines: sử dụng mã hóa nhiều giai đoạn

Mật

mã khối

và

mật

mã dòng

Mật mã khối đơn giản

 S l ng t h p mã: 8!=40320? ố ượ ổ ợ

Giải pháp Fiestel cho mật mã khối (sử dụng hàm tuyến tính)

 Thay thế (substitution)

 Hoán vị (permutation)

Đặc tính mật mã hóa

 Yêu cầu mật mã hóa: các thống kê (của plaintext,

ciphertext) phải độc lập với khóa sử dụng;

 Tính khuếch tán (diffusion): giảm ảnh hưởng của các thống kê trên bản plaintext phản ánh trên bản mã

-> một digit của plaintext tác động đến nhiều digit bản mã;

 Tính rối (confusion): làm phức tạp mối quan hệ giữa thống kê của các bản mã với khóa mã;

vòng)

Mật mã khối – Ví dụ

64-bit input

T18bits

Mã khối móc xích (Cipher block chaining - CBC)

c(i-1)

c(17) = “k329aM02”

 cipher block: nếu lặp

lại đầu vào thì đầu ra

như nhau

cipher block chaining:

XOR đ u vào i, m(i), ầ

v i b n mã hóa c a ớ ả ủ

block tr c, c(i-1)ướ

c(0) – vector kh i ở

đ uầ

Nguyên lý thiết kế mật mã khối (1)

 Kích thước khối: kích thước khối lớn có nghĩa là

an toàn cao hơn (với giả thiết là tất cả các tham

số khác là như nhau) nhưng tốc độ mật mã hóa/giải mật mã bị giảm

 Kích thước khóa: kích thước khóa lớn có nghĩa là

an toàn cao hơn (chống lại được các tấn công brute-force tốt hơn) nhưng có thể làm giảm tốc

độ mật mã hóa/giải mật mã.

Nguyên lý thiết kế mật mã khối (2)

 Số lượng vòng: càng nhiều vòng càng khó

phân tích tìm khóa;

 Hàm F: làm rối -> không tuyến tính, 1 bit đầu vào thay đổi -> thay đổi nhiều bit đầu ra, bit

đầu ra j,k thay đổi độc lập với sự thay đổi của

bit đầu vào i;

 Thuật toán lập lịch khóa: tạo khóa con sao cho khó suy luận được các khóa con và khóa chủ;

DES: Data Encryption Standard

 56-bit khóa đối xứng, 64-bit text đầu vào

 An toàn của DES?

 Giải mã DES: 56-bit-key- phá giải mã trong 4 tháng

 Làm cho DES an toàn hơn:

 Sử dụng 3 khóa liên tiếp (3-DES) trên mỗi dữ kiện

 Sử dụng móc xích mã khối

Cấu trúc DES

 Hoán vị ban đầu

 16 vòng ứng dụng hàm số, mỗi vòng

sử dụng một khóa 48-bit khác nhau

 Hoán vị kết thúc

DES cấu

-trúc 1 vòng

AES: Advanced Encryption Standard

 Xử lý dữ liệu 128 bit blocks

khóa), thì mất 149 tỉ năm đối với AES

AES: Advanced Encryption Standard

Các tham số AES

Kiến trúc

chung của

AES

Mật

mã hóa

và giải

mã AES

AES

Quá trình mật mã AES (1)

thay thế bằng một byte khác bằng cách sử dụng một bảng tra

cứu được gọi là hộp S (S-Box)

số bước cố định Chẳng hạn, các phần tử của hàng thứ nhất được

để nguyên, các phần tử của hàng thứ hai dịch trái trái một cột, các phần tử của hàng thứ hai dịch trái hai cột và các phần tử của hang thứ ba dịch trái ba cột Thao tác này đảm bảo rằng mỗi cột của trạng thái đầu ra trong bước này bao gồm các byte của mỗi cột của trạng thái đầu vào

Quá trình mật mã AES (2)

tính bằng cách nhân với một ma trận trong trường hữu hạn

Chuyển đổi tuyến tính khả đảo này cùng với thao tác ShiftRows đảm bảo sự rối rắm trong bộ mật mã

khóa vòng Quá trình AES bao gồm việc rút ra 11 khóa vòng từ khóa mật mã để đưa đến đầu vào bộ mật mã hóa Bản thân khóa mật mã được chuyển đến cũng là kết quả của một số biến đổi

như: làm rối (Hashing) được thực hiện trên khóa bí mật chủ 11 khóa vòng được rút ra từ khóa mật mã bằng cách sử dụng giải thuật tính toán đơn giản

Quá trình mật mã AES (3)

ra đầu ra gồm một mảng tuyến tính 44 từ (176 byte) Đầu ra của

bộ mở rộng khóa đủ để cung cấp khóa cho các vòng mật mã

Khóa được đưa ra bốn từ đầu tiên của khóa mở rộng Phần còn lại của khóa mở rộng được điền vào 4 từ tại mỗi thời điểm

Chế độ thao tác đếm của AES