›

Đồ án Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga - Hoàng Thị Trang

pdf 64 trang huongle 1460
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga - Hoàng Thị Trang", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_tim_hieu_nghien_cuu_chuan_chu_ky_so_lien_bang_nga_hoan.pdf

Nội dung text: Đồ án Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga - Hoàng Thị Trang

  1. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo TS Hồ Văn Canh đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều thuận lợi để em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình. Em cũng xin chân thành cảm ơn sự dạy bảo của các thầy giáo, cô giáo khoa Công Nghệ Thông Tin trƣờng Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội, nơi đã tạo điều kiện tốt trong suốt thời gian thực tập. Em cũng xin chân thành cảm ơn sự dạy bảo của các thầy giáo, cô giáo khoa công nghệ thông tin -Trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng đã trang bị cho em những kiến thức cần thiết trong suốt quá trình học tập, để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn các bạn trong lớp đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến cho đồ án tốt nghiệp của tôi. Cuối cùng, em xin đuợc bày tỏ lòng biết ơn tới những ngƣời thân trong gia đình đã dành cho em sự quan tâm, động viên trong suốt quá trình học tập và làm tốt nghiệp vừa qua. Hải Phòng, ngày tháng 07 năm 2009 Sinh viên Hoàng Thị Trang Hoàng Thị Trang 1 Lớp CT901
  2. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga LỜI GIỚI THIỆU Trong sự phát triển của xã hội loài ngƣời, kể từ khi có sự trao đổi thông tin, an toàn thông tin trở thành một nhu cầu gắn liền với nó nhƣ hình với bóng. Đặc biệt trong thời đại mà thƣơng mại điện tử đang lên ngôi thì việc có đƣợc các công cụ đầy đủ để đảm bảo cho sự an toàn trao đổi thông tin liên lạc là vô cùng cần thiết, đặc biệt là chữ ký số và xác thực. Chính vì vậy chữ ký số đã ra đời với nhiều tính năng ƣu việt. Bằng việc sử dụng chữ ký số mà những giao dịch liên quan đến lĩnh vực kinh tế (nhƣ giao dịch tài chính, ngân hàng, thuế, hải quan, bảo hiểm ) và những giao dịch yêu cầu tính pháp lý cao (các dịch vụ hành chính công, đào tạo từ xa, ) có thể thực hiện qua mạng máy tính. Chữ ký số đóng một vai trò quan trọng trong kế hoạch phát triển thƣơng mại điện tử và Chính Phủ điện tử nói chung, trong đó có chữ ký số Liên Bang Nga nói riêng. chữ ký số Liên Bang Nga cung cấp một thuật toán mã hóa có độ mật mềm dẻo, sự cân bằng giữa tính hiệu quả của thuật toán và độ mật của nó. Chuẩn mã dữ liệu của nƣớc Nga đáp ứng đƣợc các yêu cầu của các mã pháp hiện đại và có thể chuẩn trong thời gian dài. Chính vì vậy em đã chọn lĩnh vực “chữ ký số Liên Bang Nga” làm đề tài nghiên cứu cho đồ án tốt nghiệp của mình. Thực sự, đây là một lĩnh vực rất mới đối với Nƣớc ta và là một vấn đề rất khó vì nó liên quan đến các lý thuyết toán học nhƣ lý thuyết số, đại số trừu tƣợng, lý thuyết độ phức tạp tính toán v.v. Với một thời lƣợng hạn chế mà trình độ em có hạn nên chắc chắn trong luận văn của em còn nhiều thiếu sót, em rất mong đƣợc sự chỉ bảo của các thầy, cô để em có thể hoàn thiện tốt hơn nữa luận văn của mình, em xin chân thành cảm ơn. Hoàng Thị Trang 2 Lớp CT901
  3. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Mục Lục LỜI CẢM ƠN 1 LỜI GIỚI THIỆU 2 Mục Lục 3 Chƣơng 1: Hệ Mật Mã Khóa Công Khai 5 1.1 Mở đầu 5 1.2 Hệ mật và ví dụ 5 1.3 Mật mã DES(Data Encryption Standard) 6 1.4 Một số hệ mật khóa công khai 7 1.4.1 Hệ mật RSA 7 1.4.2 Hệ mật Elgamal 8 1.4.3 Hệ mật đƣờng cong Elliptic 8 Chƣơng 2: Chữ Ký Số 12 2.1 Khái niệm chung 12 2.2 Một vài lƣợc đồ chữ ký số tiêu biểu 13 2.2.1 Lƣợc đồ chữ ký RSA 13 2.2.2 Lƣợc đồ chữ ký Elgamal 14 2.2.3 Lƣợc đồ chuẩn chữ ký số DSS ( Digital Signature Standard Algorithm) 15 2.2.4 Hàm hash và ứng dụng trong chữ ký số 16 Chƣơng 3: Chuẩn Chữ Ký Số Của Liên Bang Nga 19 3.1 Lời giới thiệu 19 3.2 Chuẩn chữ ký số GOST 34.10 – 94 19 3.3 Chuẩn chữ ký số GOST P34.10 – 2001 21 3.4 chuẩn hàm băm GOST P34.11 - 94 23 Hoàng Thị Trang 3 Lớp CT901
  4. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 3.5 Chuẩn mã dữ liệu GOST 28147 -89 26 3.6 Bộ luật Liên Bang Nga về chữ ký số 28 3.7 So sánh GOST 28147 -89 với thuật toán Rijndael 40 3.8 So sánh chuẩn chữ ký số DSS với chuẩn chữ ký số GOST P34.10 - 2001 54 Chƣơng 4 Nhận xét và kết luận về thuật toán mã hóa Liên Bang Nga 56 4.1 Mở đầu 56 4.2 Mô tả thuật toán GOST 56 4.3 Các tính chất tổng quát của GOST 57 4.4 Các phép dịch vòng R trong GOST 59 4.5 Lựa chọn các S-box 62 Kết luận 63 Các tài liệu tham khảo 64 Hoàng Thị Trang 4 Lớp CT901
  5. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Chương 1: Hệ Mật Mã Khóa Công Khai 1.1 Mở đầu Các vấn đề tồn động của các thuật toán mã hóa đối xứng là lập mã và giải mã đều dùng một khóa do vậy khóa phải đƣợc chuyển từ ngƣời gửi sang ngƣời nhận. Việc chuyển khóa nhƣ vậy trên thực tế là không an toàn, vì khóa đó có thể dễ dàng bị ai đó lấy cắp. Để giải quyết vấn đề này vào đầu thập niên 70 một số công trình nghiên cứu đã đƣa ra một khái niệm mới về mật mã đó là “ Hệ mật mã khóa công khai”. Các hệ mật mã này đƣợc xây dựng dựa trên cơ sở toán học chặt chẽ, đƣợc chứng minh về tính đúng đắn của các thuật toán trong sơ đồ của hệ mã. Và đã giải quyết đƣợc vấn đề dùng chung khóa trong các hệ mật mã đối xứng. Trong các hệ mã hóa công khai, A và B muốn trao đổi thông tin cho nhau thì sẽ đƣợc thực hiện theo sơ đồ sau. Trong đó B sẽ chọn khóa k=(k‟, k”). B sẽ gửi khóa lập mã k‟ cho A ( đƣợc gọi là khóa công khai – public key) qua một kênh bất kỳ và giữ lại khóa giải mã k” ( đƣợc gọi là khóa bí mật – private key ). A có thể gửi văn bản M cho B bằng cách lập mã theo một hàm ek‟ nào đó với khóa công khai k‟ của B trao cho và đƣợc bản mã M‟ = ek‟(M). Sau đó gửi M‟ cho B. Đến lƣợt B nhận đƣợc bản mã M‟ sẽ dử dụng một hàm giải mã dk‟ nào đó với khóa bí mật k” để lấy lại bản gốc M=dk”(M‟). Mật mã khóa công khai xuất hiện năm 1976, do Diffie và Hellman thực hiện năm 1977 ba nhà toán học Revest, Shamir, Adleman đƣa ra hệ mã RSA dựa trên độ khó của bài toán phân tích một số tự nhiên lớn thành tích của các số nguyên tố. 1.2 Hệ mật và ví dụ Mật mã học là sự nghiên cứu các phƣơng pháp toán học liên quan đến khía cạnh bảo mật và an toàn thông tin. Hệ mật mã: là bộ gồm 5 thành phần (P, C, K, E, D) trong đó: P (Plaintext): tập hữu hạn các bản rõ có thể. C (Ciphertext): tập hữu hạn các bản mã có thể. Hoàng Thị Trang 5 Lớp CT901
  6. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga K (Key): tập hữu hạn các khóa có thể E (Encrytion): tập các hàm lập mã có thể. D (Decrytion): tập các hàm giải mã có thể. Với mỗi k K, có hàm lập mã ek E, ek : P C và hàm giải mã dk D, dk: C P sao cho dk(ek(x)) = x , x P Một số hệ mã hóa thường dùng - Hệ mã khóa đối xứng là hệ mã mà khi ta biết khóa lập mã, “dễ” tính đƣợc khóa giải mã. Trong nhiều trƣờng hợp, khóa lập mã và giải mã là giống nhau. Một số hệ mã hóa đối xứng nhƣ : DES, RC2, IDEA v.v - Hệ mã hóa phi đối xứng: là hệ mã mà khi biết khóa lập mã, “khó” tính đƣợc khoá giải mã. Hệ trên còn đƣợc gọi là hệ mã hóa khóa công khai trong đó mỗi ngƣời sử dụng một khóa và công bố công khai trên một danh bạ, và giữ bí mât khóa riêng của mình. Một số hệ mã phi đối xứng: RSA, Elgamal Ví dụ: Hệ mã RSA (Rivest, Shamir, Adleman ) mà về sau chúng sẽ đƣợc giới thiệu. 1.3 Mật mã DES(Data Encryption Standard) Mã khối (block cipher) dựa trên nguyên tắc chia bản tin thành các khối, có độ dài bằng nhau, mã từng khối độc lập, trong môi trƣờng máy tính độ dài tính bằng bit. Mô hình mã khoá bí mật (mã hoá đối xứng) phổ biến nhất đang đƣợc sử dụng là DES - Data Encryption Standard đƣợc IBM đề xuất và đƣợc uỷ ban Chuẩn Quốc gia Mỹ, hiện gọi là Viện Quốc gia về chuẩn và công nghệ (NIST), chấp nhận nhƣ một chuẩn chính thức. DES sử dụng một phép toán hoán vị, thay thế, và một số toán tử phi tuyến. Các phép toán tử phi tuyến này đƣợc áp dụng (16 lần) vào từng khối của thông điệp độ dài 64 bit. Bản rõ trƣớc hết, đƣợc chia thành các khối thông điệp 64 bit. Khoá sử dụng 56 bit nhận đƣợc từ khoá bí mật 64 bit, trừ ra 8 bit ở các vị trí 8, Hoàng Thị Trang 6 Lớp CT901
  7. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 16, 24, 32, 40, 48, 56, và 64 đƣợc dùng để kiểm tra tính chẵn lẻ. Thuật toán giải mã đƣợc thực hiện theo chiều ngƣợc lại, với cùng một khoá bí mật đã dùng khi mã hóa. 1.4 Một số hệ mật khóa công khai 1.4.1 Hệ mật RSA Hệ mật này sử dụng tính toán trong Zn, trong đó n là tích của 2 số nguyên tố phân biệt p và q. Ta đặt (n) = (p – 1).(q – 1). Ta có định nghĩa sau: Định nghĩa Cho n = p*q trong đó p và q là các số nguyên tố phân biệt. Đặt P = C = Zn K = {(n, p, q, a, b:a.b 1 mod n) }, trong đó cặp (n,b) đƣợc công khai, còn cặp (n,a) đƣợc giữ bí mật mà chỉ có ngƣời giải mã mới sở hữu nó. Mã hóa Giả sử Alice có một thông báo mật x muốn gửi cho Bob. Alice làm nhƣ sau: Cô ta dùng khóa công khai của Bob giả sử là cặp (n,b) và tính: b y=ek(x) = x mod n rồi gửi bản mã y cho Bob. Giải mã a Sau khi nhận đƣợc bản mã y từ Alice anh ta tính: dk(y) = y mod n =x. Đây chính là bản thông báo mật mà Alice gửi cho mình. b Độ mật của hệ mật RSA đƣợc dựa trên giả thiết là hàm mã ek = x mod n là hàm một chiều. Bởi vậy nhà thám mã sẽ khó có khả năng về mặt tính toán để giải mã một bản mã. Cửa sập cho phép N chính là thông tin về phép phân tích thừa số n (n = p.q). Vì N biết phép phân tích này nên anh ta có thể tính (n) = (p – 1).(q – 1) và rồi tính số mũ giải mã a bằng cách sử dụng thuật toán Euclide mở rộng. Hoàng Thị Trang 7 Lớp CT901
  8. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 1.4.2 Hệ mật Elgamal Bài toán logarithm rời rạc trong Zp Đặc trƣng của bài toán: cho trƣớc cặp bộ ba (p, , ) trong đó p là số nguyên * tố, Zp là phần tử sinh và Zp . Mục tiêu: Hãy tìm một số nguyên duy nhất a, 0 a p – 2 sao cho: a (mod p) Ta sẽ xác định số nguyên a bằng log . Nhƣng đây đƣợc coi là bài toán khó nếu số nguyên tố p đủ lớn. * Định nghĩa mã khóa công khai Elgamal trong Zp : Cho p là số nguyên tố sao cho bài toán logarithm rời rạc trong Zp là khó giải. * * * Cho Zp là phần tử nguyên thuỷ. Giả sử P = Zp, C = Zp x Zp . Ta định nghĩa: K = {(p, , a, ): a (mod p)} Các giá trị p, , đƣợc công khai, còn a giữ bí mật mà chỉ có ngƣời sở hữu nó mới biết. Mã hóa Giả sử Alice có một bản thông báo bí mật x P muốn đƣợc chia sẽ với Bob. Alice dùng khóa công khai của Bob là (p, , ) và lấy một số ngẫu nhiên ( bí mật) k Zp – 1 rồi tính eK(x, k) = (y1, y2). Trong đó: k y1 = mod p k y2 = x mod p và gửi y1, y2 cho Bob. Giải mã. Sau khi nhận đƣợc bản mã y1, y2 cùng với khóa riêng của mình Bob tính: a – 1 dk(y1,y2) = y2(y1 ) mod p = x là bản thông báo mà Alice muốn chia sẽ với mình. 1.4.3 Hệ mật đường cong Elliptic a. Đường cong Elliptic Định nghĩa 1a. Cho p>3 là số nguyên tố. Đƣờng cong elliptic Hoàng Thị Trang 8 Lớp CT901
  9. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 2 3 y =x +ax+b trên Zp là tập các nghiệm (x,y) Zp x Zp của đồng dƣ thức y2 =x3 +ax+b(mod p) (1) 3 2 Trong đó a, b Zp là các hằng số thỏa mãn 4a +27b ≠ 0(mod p) (để đa thức x3 +ax+b không có nghiệm bội) cùng với điểm đặc biệt 0 đƣợc gọi là điểm vô hạn. Định nghĩa 1b. Đƣờng cong Elliptic trên GF(2n) là tập các điểm (x,y) GF(2n)x GF(2n) thỏa mãn phƣơng trình y2 +y =x3 +ax+b (2) cùng với điểm vô hạn 0 Định nghĩa 1c. Đƣờng cong Elliptic trên GF(3n) là tập các điểm (x,y) GF(3n)x GF(3n) thỏa mãn phƣơng trình y2 =x3 +ax2+bx+c (3) cùng với điểm vô hạn 0. Định lý hasse Việc xây dựng các hệ mật mã trên đƣờng cong Elliptic bao gồm việc lựa chọn đƣờng cong E thích hợp và một điểm G trên E gọi là điểm cơ sở. Xét trƣờng K là Fq. N là số điểm của E trên trƣờng Fq (trƣờng hữu hạn q phần tử). Khi đó: |N – (q +1)| ≤ 2 q . Từ định lý Hasse suy ra #E(Fq) = q +1 – t trong đó |t| ≤ 2 q . b. Hệ mật trên đường cong Elliptic Hệ Elgamal làm việc với nhóm Cyclic hữu hạn. Năm 1978, Kobliz đã đƣa một hệ trên ECC dựa trên hệ Elgamal. Để xây dựng hệ mã hoá dựa trên đƣờng cong Elliptic ta chọn đƣờng cong E (a, b) và một điểm G trên đƣờng cong làm điểm cơ sở. Mỗi ngƣời dùng A một khoá bí mật nA là một số nguyên, và sinh khoá công khai PA = nA * G. Khi đó hệ mã hoá đƣờng cong Elliptic đƣợc xây dựng tƣơng tự hệ mã hoá ElGamal, trong đó thuật toán mã hoá và giải mã đƣợc xác định nhƣ sau: Thuật toán mã hoá Hoàng Thị Trang 9 Lớp CT901
  10. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Giả sử ngƣời dùng A muốn gửi thông điệp cần mã hoá Pm tới ngƣời dùng B, chọn một số ngẫu nhiên k và gửi thông điệp mã hoá Cm đƣợc tính nhƣ sau: Cm = {k * G, Pm + k * PB } (PB là khoá công khai của B) Thuật toán giải mã Để giải mã thông điệp Cm = { k * G, Pm + k * PB }, ngƣời dùng B thực hiện tính nhƣ sau: Pm + k * PB - nB * k * G = Pm + k * PB – k * nB * G = Pm + k * PB - k * PB = Pm Chỉ có B mới có thể giải mã vì B có nB (là khoá bí mật). Chú ý rằng ở đây Pm là một điểm thuộc đƣờng cong Elliptic, quá trình mã hoá giải mã đƣợc thực hiện trên các điểm thuộc đƣờng cong E. Trong thực tế, để sử dụng đƣợc việc mã hóa ngƣời ta phải tƣơng ứng một số (tức là bản thông báo) với một điểm thuộc đƣờng cong Elliptic. Khi đó mỗi thông điệp cần mã hoá sẽ tƣơng ứng với một dãy số. Mỗi số sẽ tƣơng ứng với một điểm trên đƣờng cong Elliptic. Tính bảo mật Nếu kẻ tấn công giữa đƣờng, Oscar có thể giải bài toán EDLP thì anh ta có thể biết đƣợc khoá bí mật từ nB của B từ các thông tin công khai G và nBG, và có thể giải mã thông điệp mà A gửi. Nhƣ vậy độ an toàn (bảo mật) của thuật toán trên dựa vào độ khó của bài toán EDLP. Lược đồ trao đổi khóa Diffie-Hellman dùng đường cong Elliptic. Alice và Bob chọn điểm B E để công khai và phục vụ nhƣ một điểm cơ sở, B đóng vai trò phần tử sinh của lƣợc đồ Diffie-Hellman trên trƣờng hữu hạn. Để sinh khóa, Alice chọn ngẫu nhiên số a có bậc q rất lớn (nó xấp xỉ N #E) và giữ bí mật, tính aB E và công bố nó trên một danh bạ. Bob làm tƣơng tự chọn ngẫu nhiên b, và công khai bB E. Không giải bài toán logarit rời rạc, không có cách nào tính đƣợc abB khi chỉ biết aB và bB. Hoàng Thị Trang 10 Lớp CT901
  11. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga c. Logarit rời rạc trên đường cong Elliptic Định nghĩa: Nếu E là đƣờng cong Elliptic trên trƣờng Fq và B là một điểm trên E. Khi đó bài toán logarit rời rạc trên E (theo cơ số B) là một bài toán, cho trƣớc một điểm P E, tìm số nguyên x Z sao cho xB = P nếu số x nhƣ vậy tồn tại. Dƣờng nhƣ bài toán logarit rời rạc trên đƣờng cong Elliptic khó hơn bài toàn tìm logarit rời rạc trên trƣờng hữu hạn. d. Chọn đường cong và điểm Chọn đƣờng cong tức là chọn điểm cơ sở và hệ số a, b sao cho phù hợp vì nó ảnh hƣởng tới tốc độ, độ dài khóa và độ an toàn của hệ mật trên đƣờng cong này. Chọn ngẫu nhiên (E,B). Giả sử p>3 xét Zp Trƣớc hết cho x, y, a là 3 phần tử đƣợc chọn ngẫu nhiên trên Zp. Đặt b=y2 - (x3+ax), kiểm tra (4a3+27b2 ≠0). Nếu thỏa mãn khi đó B (x,y) là điểm trên đƣờng cong Elliptic y2 =x3 +ax+b và ngƣợc lại thì ta hủy bỏ các số đó đi và chọn các số khác Cứ nhƣ vậy cho đến khi ta tìm đƣợc các số theo mong muốn. Hoàng Thị Trang 11 Lớp CT901
  12. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Chương 2: Chữ Ký Số 2.1 Khái niệm chung Chữ kí điện tử là thông tin đi kèm theo một tài liệu khác nhƣ văn bản, hình ảnh, nhằm mục đích xác định ngƣời chủ của dữ liệu và đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu đó. Đồng thời nó còn cung cấp chức năng chống chối bỏ của ngƣời gửi thông tin. So sánh chữ ký thông thƣờng và chữ ký diện tử Chữ ký thông thường Chữ ký điện tử Vấn đề ký một tài liệu Vấn đề ký một tài liệu Chữ ký là một phần vật lý Chữ ký điện tử không gắn kiểu vật lý vào của tài liệu bức thông điệp nên thuật toán đƣợc dùng phải “không nhìn thấy” theo một cách nào đó trên bức thông điệp Vấn đề về kiểm tra Vấn đề về kiểm tra Chữ ký kiểm tra bằng cách Chữ ký điện tử có thể kiểm tra nhờ dùng so sánh nó với chữ ký xác thực một thuật toán “kiểm tra công khai”. Nhƣ khác. Tuy nhiên, đây không vậy, bất kì ai cũng có thể kiểm tra đƣợc chữ phải là một phƣơng pháp an ký điện tử. Việc dùng chữ ký điện tử an toàn toàn vì nó dễ bị giả mạo. có thể chặn đƣợc giả mạo. Bản copy thông điệp đƣợc Bản copy thông điệp đƣợc ký bằng chữ ký ký bằng chữ ký thông thƣờng điện tử thì đồng nhất với bản gốc, điều này lại có thể khác với bản gốc. có nghĩa là cần phải ngăn chặn một bức thông điệp ký số không bị dùng lại. Sơ đồ kí điện tử gồm 5 thành phần (P, A, K, S, V) trong đó: P là tập hữu hạn các văn bản có thể. A là tập hữu hạn các chữ ký có thể. Hoàng Thị Trang 12 Lớp CT901
  13. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga K là tập hữu hạn các khóa có thể. Với k K, k = (k‟, k‟‟), k‟ là khoá bí mật để kí và k‟‟ là khoá công khai để kiểm thử chữ kí. S là tập các thuật toán kí có thể. V là tập các thuật toán kiểm thử. Với mỗi k K, có thuật toán ký sig k‟ S, sig k: P A và thuật toán kiểm thử ver k‟‟ V, ver k‟‟: P x A {đúng, sai}, thoả mãn điều kiện sau đây với mọi x P, y A: ver k‟‟ (x,y) = đúng, nếu y = sig k‟(x) sai, nếu y sig k‟(x) Một số chữ kí điện tử: RSA, Elgamal, DSS, 2.2 Một vài lược đồ chữ ký số tiêu biểu 2.2.1 Lược đồ chữ ký RSA Lƣợc đồ chữ ký RSA đƣợc định nghĩa nhƣ sau: Tạo khóa: Sơ đồ chữ ký cho bởi bộ năm (P, A, K, S, V) Cho n=pq, với mỗi p, q là các số nguyên tố lớn khác nhau (n) = (p - 1)(q - 1). Cho P = A = Zn và xác định: K ={(n, p, q, a, b): ab 1( mod (n) ) } Các giá trị n, b là công khai các giá trị p, q, a là các giá trị bí mật. Tạo chữ ký: Với mỗi K=(np, q, a, b) xác định: a SigK‟(x)= x mod n Kiểm tra chữ ký: b VerK‟‟(x,y)= true x y mod n; x, y Zn. Giả sử A muốn gửi thông báo x, A sẽ tính chữ ký y bằng cách : a y=sigK‟(x)= x mod n (a là tham số bí mật của A) Hoàng Thị Trang 13 Lớp CT901
  14. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga A gửi cặp (x,y) cho B. Nhận đƣợc thông báo x, chữ ký số y. B bắt đầu tiến hành kiểm tra đẳng thức x= yb mod(n) (b là khóa công khai A). Nếu đúng, B công nhận y là chữ ký trên x của A. Ngƣợc lại, B sẽ coi x hoặc là đã bị sửa chữa, hoặc là chữ ký bị giả mạo. Ngƣời ta có thể giả mạo chữ ký của A nhƣ sau: chọn y sau đó tính x= verK‟‟(y), khi đó y= sigK‟(x). Một cách khắc phục khó khăn này là việc yêu cầu x phải có nghĩa. Do đó chữ ký giả mạo thành công với xác suất rất nhỏ. Hơn nữa, việc sử dụng hàm hash liên kết với lƣợc đồ chữ ký loại bỏ phƣơng pháp giả mạo. 2.2.2 Lược đồ chữ ký Elgamal Lƣợc đồ chữ ký ElGamal đƣợc đề xuất năm 1985, gần nhƣ đồng thời với sơ đồ hệ mật mã ElGamal, cũng dựa trên độ khó của bài toán lôgarit rời rạc. Lƣợc đồ đƣợc thiết kế đặc biệt cho mục đích ký trên các văn bản điện tử, đƣợc mô tả nhƣ một hệ: S=(P, A , K , S , V) * * Trong đó P = Z p , A = Z p x Zp-1, với p là một số nguyên tố sao cho bài toán * tính lôgarit rời rạc trong Z p là rất khó. Tập hợp K gồm các cặp khoá K=(K‟, K''), * với K‟=a là một số bí mật thuộc Z p, K'' =(p, α , β), α là một phần tử nguyên thuỷ * a của Z p, và β=α modp. K‟ là khoá bí mật dùng để ký, và K'' là khoá công khai dùng để kiểm thử chữ ký. Lƣợc đồ chữ ký ElGamal đƣợc định nghĩa nhƣ sau: Cho p là số nguyên tố sao cho bài toán logarit rời rạc trong Zp là khó và giả sử * Z p là phần tử nguyên thủy * Cho P = Z p , A = Z Zp-1 và định nghĩa K = {(p, a, , ): = a modp }. Các giá trị p, , là công khai, a là bí mật. *Tạo chữ ký. Giả sử x là một thông báo cần ký. Khi đó, với K = (p, a, , ) và với số ngẫu * nhiên k Z p 1 , ta định nghĩa chữ ký số ElGamal là cặp ( , ), trong đó: Hoàng Thị Trang 14 Lớp CT901
  15. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga = k mod p và = (x - a ) k -1mod(p - 1). *Kiểm tra chữ ký số. * Với x, Z p , và Zp-1 ta định nghĩa : Ver (x, , ) = True . x modp. 2.2.3 Lược đồ chuẩn chữ ký số DSS ( Digital Signature Standard Algorithm) Sơ đồ chữ ký DSS đƣợc cho bởi bộ năm S = (P , A , K , S , V) * * * Trong đó P = Z p , A = Z q x Z q p là một số nguyên tố lớn có độ dài biểu diễn 512 ≤ lp ≤ 1024 bit (với l là bội của 64) sao cho bài toán tính logarit rời rạc trong Zp* là khó. q là một ƣớc số nguyên tố của p -1 có lq biểu diễn cỡ 160 bit. * (p-1)/q Gọi α Z p , α = αo mod p ≠ 1 với 1<h<p-1( với αo một phần tử nguyên thủy trong Zp*) a là số ngẫu nhiên (0 < a < q ) β ≡ αa modp. k là số ngẫu nhiên (0 < k < q ) K=(K‟, K''), trong đó khoá bí mật K‟ = a, và khoá công khai K'' = (p, q, α, β) Hàm ký sigk’ : sigk’ (x,k ) = (γ, δ) là chữ ký trên thông điệp x. Trong đó γ = (αk mod p) mod q δ = (x + aγ)k-1 mod q. Hàm kiểm thử verk” : verk” (x,(γ , δ)) -1 - Tính : e1=x δ mod q -1 e2= γ δ mod q - Kiểm tra đẳng thức: (αe1 β2 mod p)mod q= γ? +Nếu có đẳng thức : chữ ký tin cậy + Nếu không : chữ ký số không tin cậy hoặc thông điệp x đã bị sữa đổi Hoàng Thị Trang 15 Lớp CT901
  16. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 2.2.4 Hàm hash và ứng dụng trong chữ ký số Định nghĩa :Giả sử D là tập các văn bản có thể. X là tập các văn bản tóm lƣợc (đại diện) có thể với độ dài cố định trƣớc tùy ý. Việc tìm cho mỗi văn bản một tóm lƣợc tƣơng ứng xác định một hàm h: D X. Hàm h nhƣ vậy đƣợc gọi là hàm băm. Hàm băm thƣờng phải thỏa mãn các điều kiện sau: + Hàm băm phải là hàm không va chạm mạnh: Không có thuật toán tính trong thời gian đa thức để có thể tìm đƣợc x1, x2 D sao cho x1 x2 và h(x1 ) = h(x2 ). Tức là tìm 2 văn bản khác nhau có cùng đại diện là rất “khó”. + Hàm băm là hàm một phía: Tức là cho x tính z = h(x) thì “dễ”, nhƣng biết z tính x là “khó”. + Hàm băm phải là hàm không va chạm yếu: Tức là cho x D, khó tìm đƣợc x‟ D, x‟ x và h(x) = h(x‟). Một số hàm hash sử dụng trong chữ ký số. Các hàm Hash đơn giản: Tất cả các hàm Hash đều đƣợc thực hiện theo quy tắc chung là: Đầu vào đƣợc biểu diễn dƣới dạng một dãy tùy ý các khối n bit, các khối n bit này đƣợc xử lý theo cùng một kiểu và lặp đi lặp lại để cuối cùng cho đầu ra có số bit cố định. Hàm Hash đơn giản nhất là thực hiện phép toán XOR từng bit một của mỗi khối. Nó đƣợc biểu diễn nhƣ sau: Ci = b1i b2i bmi Trong đó Ci : là bit thứ i của mã Hash, i = 1,n m : là số các khối đầu vào bji : là bit thứ i trong khối thứ j : là phép cộng modulo 2 Sơ đồ hàm Hash sử dụng phép XOR. Hoàng Thị Trang 16 Lớp CT901
  17. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Khối 1: b11 b12 b1n Khối 2: b21 b22 b2n Khối m: bm1 bm2 bmn Mã Hash: C1 C2 Cn Ci là bit kiểm tra tính chẵn lẻ cho vị trí thứ i khi ta chia tệp dữ liệu thành từng khối, mỗi khối con vị trí. Nó có tác dụng nhƣ sự kiểm tra tổng thể tính toàn vẹn của dữ liệu. Khi mã hóa một thông báo dài thì ta sử dụng mode CBC (The Cipher Block Chaining), thực hiện nhƣ sau: Giả sử thông báo X đƣợc chia thành các khối 64 bit liên tiếp X= X1X2 Xn Khi đó mã Hash C sẽ là: C = XNH = X1 X2 Xn Sau đó mã hóa toàn bộ thông báo nối với mã Hash theo mode CBC sản sinh ra bản mã Y1Y2 YN+1 Kỹ thuật khối xích : Ngƣời đầu tiên đề xuất kỹ thuật mật mã xích chuỗi nhƣng không có khóa bí mật là Rabin. Kỹ thuật này đƣợc thực hiện nhƣ sau : Chia thông báo M thành các khối có cỡ cố định là M1, M2, , MN, sử dụng hệ mã thuận tiện nhƣ DES để tính mã Hash nhƣ sau : H0 = giá trị ban đầu Hi = EMi(Hi-1), i = 1,2 N, G= HN Ở trên ta đề cập đến hàm Hash có nhiều đầu vào hữu hạn. Tiếp theo ta sẽ đề cập tới loại hàm Hash mạnh với đầu vào vô hạn thu đƣợc do mở rộng một hàm Hash mạnh có đầu vào độ dài hữu hạn. Hàm này sẽ cho phép ký các thông báo có độ dài tùy ý. Hoàng Thị Trang 17 Lớp CT901
  18. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga m t Giả sử h: (Z2 ) (Z2 ) là một hàm Hash mạnh, trong đó m t + 1 ta sẽ xây dựng một hàm Hash mạnh : * t i h : X (Z2 ) , trong đó X= (Z2 )  Xét trƣờng hợp m t + 2 n Giả sử x X, vậy thì tồn tại n để x (Z2 ) , n m. Ký hiệu : |x| là độ dài của x tính theo bit. Khi đó |x| = n. Ký hiệu : x||y là dãy bit thu đƣợc do nối x với y. Giả sử |x| = n m. Ta có thể biểu diễn x nhƣ sau: x = x1||x2|| ||xk trong đó | x1| =|x2|= =| xk|=m-t-1 và | xk|=m-t-d, 0≤ d≤ m-t-2 (do đó |xk| 1 và m-t-1 1, k 2) Thế thì k=[ n/(m-t-1)]+1; ( [] : chỉ phần nguyên ) Thuật toán xây dựng h thành h* đƣợc mô tả nhƣ sau : 1. Cho i = 1 tới k-1 gán yi = xi ; d d 2. yk = xk || 0 (0 là dãy có d số 0, khi đó yk dài m-t-1) 3. yk+1 là biểu diễn nhị phân của d (|yk+1| = m-t-1) t+1 t+1 4. g1 = h( 0 y1) (g1= t, 0 y1 dài m) 5. Cho i=1 tới k thực hiện gi+1 = h( gi 1 yi+1 ) 6. h*(x) = gk+1, Ký hiệu y(x) = y1 || y2 || || yk+1 Ta thấy rằng y(x) y(x‟) nếu x x‟ Thuật toán MD5 Thuật toán MD5 đƣợc Ron Rivest đƣa ra vào năm 1991. Đầu vào của thuật toán là các khối có độ dài 512 bit và đầu ra là một bản băm đại diện cho văn bản gốc có độ dài 128 bit. Các bƣớc tiến hành : Bƣớc 1 : Độn thêm bit Bƣớc 2 : Thêm độ dài Bƣớc 3 : Khởi tạo bộ đệm của MD Bƣớc 4 : Tiến trình thực hiện Bƣớc 5 : Đầu ra Hoàng Thị Trang 18 Lớp CT901
  19. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Chương 3: Chuẩn Chữ Ký Số Của Liên Bang Nga 3.1 Lời giới thiệu Ngày 10 tháng 4 năm 2002, tổng thống Nga V.Putin đã ký sắc lệnh Liên Bang về chữ ký điện tử số. Luật về chữ ký điện tử số đƣợc nƣớc Nga chuẩn bị kỹ từ trƣớc khi ra các bài báo “Những công nghệ hứa hẹn trong lĩnh vực chữ ký điện tử số”, và “Chữ ký điện tử hay con đƣờng gian khổ thoát khỏi giấy tờ”. Nƣớc Nga đã sử dụng chuẩn chữ ký số GOST P34.10-94, chuẩn chữ ký số GOST P34.10-2001 và chuẩn hàm băm GOST P34.10-94. Việc tìm hiểu chuẩn mật mã nƣớc Nga và Mỹ là quan trọng nhất. 3.2 Chuẩn chữ ký số GOST 34.10 – 94 Chuẩn chữ ký số của Nga đƣợc lập sau phƣơng án chuẩn của nƣớc Mỹ, cho nên các tham số của thuật toán này đƣợc chọn với trù tính về khả năng tiềm tàng của ngƣời mã thám trong việc thám mã. Nói riêng, việc tăng độ dài giá trị hàm băm làm giảm xác xuất đụng chạm, tƣơng ứng với nó là bậc của phần tử sinh, điều này làm cho việc giải bài toán logarithm rời rạc sẽ khó hơn khi cần tìm khóa bí mật. a.Chọn tham số Để mô tả thuật toán sử dụng các ký hiệu sau : B* - tập tất cả các từ hữu hạn trên bảng chữ cái B={0,1}; |A| - Độ dài từ A; Vk (2) - tập tất cả các từ nhị phân độ dài k; A||B - nối hai từ A và B (hay còn ký hiệu là AB); Ak - nối k từ A liên tiếp; k - từ có dộ dài k là kết quả của phép tính N (mod 2k) với N là số nguyên không âm. - phép cộng từng bít theo mudulo 2; [+] - phép cộng theo quy tắc A [+] B= k (k=|A|=|B|); Hoàng Thị Trang 19 Lớp CT901
  20. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga m - thông báo cần ký; m1 - thông báo nhận đƣợc; h - hàm băm ánh xạ dãy m vào từ h(m) є V256(2); p - số nguyên tố, 2509 < p < 2512, hoặc 21020 < p < 21024 q - số nguyên tố, 2254 < p < 2556, và q là ƣớc của (p-1); a - số nguyên, 1<a<p-1, với aq(mod p)=1; k - số nguyên, 0<k<q; x - khóa bí mật của ngƣời sử dụng để ký, 0<x<q; y - khóa công khai để kiểm tra chữ ký y = ax (mod p); Các số p, q và a là các tham số của hệ thống, đƣợc công bố công khai. Bộ giá trị cụ thể có thể là chung cho tất cả mọi ngƣời trong hệ thống. Số k đƣợc sinh trong quá trình ký thông báo cần phải giữ bí mật và đƣợc hủy ngay sau khi ký. Số k đƣợc lấy từ bộ tạo ngẫu nhiên vật lý hoặc bởi dãy giả ngẫu nhiên với các tham số bí mật. b.Tạo chữ ký Việc tạo chữ ký gồm các bƣớc sau: 1) Tính h(m) - giá trị hàm băm của thông báo m . Nếu h(m)(mod q) = 0 thì gán cho h(m) giá trị 02551; 2) Chọn số nguyên k, 0<k<q; 3) Tính hai giá trị r‟=ak( mod p) và r=r‟(mod q). Nếu r=0 chuyển về bƣớc 2 và chọn lại giá trị k khác; 4) Ngƣời sử dụng dùng khóa bí mật x để tính giá trị s=(xr+kh(m))(mod q). Nếu s=0 thì chuyển về bƣớc 2, trong trƣờng hợp ngƣợc lại thì kết thúc thuật toán. Chú ý rằng thông báo cho giá trị hàm băm bằng 0 không đƣợc ký. Trong trƣờng hợp ngƣợc lại phƣơng trình ký sẽ đƣợc giản ƣớc thành s=xr (modq) và ngƣời ác ý sẽ tính đƣợc khóa bí mật. Hoàng Thị Trang 20 Lớp CT901
  21. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga c. Kiểm tra chữ ký Phƣơng trình kiểm tra là r=(as.h(m1)-1. y -r.h(m1)-1 (mod p) )(mod q). Thực vậy (as.h(m)-1 . y -r.h(m)-1 (mod p) )(mod q)= (as.h(m)-1 . a -r.x.h(m)-1 (mod p) )(mod q) =(ah(m)-1 (s - r.x)(mod p) ) (mod q) =ah(m)-1 (x.r + kh(m) - r.x)(mod p)(mod q) =ah(m)-1 .kh(m)(mod p)(mod q) = ak (mod p)(mod q) r. Việc tính toán được thực hiện như sau: 1) Kiểm tra điều kiện: 0<s<q và 0<r<q. Nếu một trong những điều đó không đƣợc thực hiện coi nhƣ chữ ký không có hiệu lực hoặc thông báo ký đã bị sửa chữa. 2) Tính h(m1) giá trị hàm băm của bản tin nhận đƣợc. Nếu 255 h(m1)(mod q)=0 thì gán cho h(m1) giá trị 0 1. q-2 -1 3) Tính v=(h(m1)) (mod q). Chính là việc tính h(m1) (mod q) bằng thuật toán Eucolid mở rộng sẽ nhanh hơn việc nâng lũy thừa. 4) Tính z1=s.v(mod q) và z2=(q-r).v(mod q) 5) Tính u =( az1 . yz2 (mod p))(mod q) 6) Kiểm tra điều kiện r = u. Nếu đẳng thức xảy ra thì công nhận chữ ký đúng và bản tin không bị thay đổi trong quá trình truyền. 3.3 Chuẩn chữ ký số GOST P34.10 – 2001 Do sự tăng năng suất của các phƣơng tiện tính toán và việc hoàn thiện thuật toán tính logarit rời rạc trong trƣờng hữu hạn nên xuất hiện nhu cầu tăng độ bền vững của thuật toán chữ ký điện tử số đối với nhiều dạng tấn công. Vì thế nên chuẩn GOST P34.10 - 2001 đã đƣợc nghiên cứu trong dự án “Công nghệ thông tin. Bảo vệ thông tin bằng mật mã. Các quá trình tạo và kiểm tra chữ ký điện tử số”. Nó sẽ đƣợc áp dụng từ ngày 1 tháng 7 năm 2002 thay cho chuẩn GOST P34.10 – 94 trƣớc đó. a. Chuẩn bị tham số Trong chuẩn này các phép toán của nhóm các điểm thuộc đƣờng cong Elliptic trên trƣờng hữu hạn đƣợc sử dụng. Đƣờng cong Elliptic E trên trƣờng nguyên tố Hoàng Thị Trang 21 Lớp CT901
  22. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga GF(p) đƣợc sử dụng, nó đƣợc cho bởi các hệ số a và b hoặc đại lƣợng J(E) đƣợc 3 gọi là bất biến đƣờng cong : J(E)=1728 4a mod p. Các hệ số a và b của 4a3 27b2 đƣờng cong E đƣợc xác định thông qua hằng số bởi công thức: Với a 3k mod p; b 2k mod p; k= J(E) mod p, ( J(E) 0,1728). 1728 J(E) Điểm Q đƣợc gọi là điểm bội k, k z nếu nhƣ với một điểm P nào đó có đẳng thức Q=kP. Các tham số của lƣợc đồ chữ ký số bao gồm: p - số nguyên tố là modulo của đƣờng cong Elliptic (E), p>2255 Đƣờng cong E đƣợc cho bởi bất biến J(E), hay các hệ số a, b m -số nguyên bậc của nhóm các điểm trên đƣờng cong E q -số nguyên tố bậc của nhóm vòng con của nhóm các điểm thuộc đƣờng cong E với điều kiện m nq,n Z,n 1 2254 q 2256 P 0 điểm cơ sở trên đƣờng cong có bậc q, tức là pQ=0 tọa độ điểm này ký hiệu qua (xp, yp). Hàm băm ánh xạ thông báo có độ dài bất kỳ vào tập các vectơ nhị phân độ dài 256. Hàm băm đƣợc định nghĩa bởi chuẩn GOST P34.10 - 94. Mỗi ngƣời sử dụng lƣợc đồ chữ ký điện tử cần có cặp khóa cá nhân sau: Khóa bí mật của ngƣời sử dụng - số nguyên d, 0< d< q; Khóa công khai của ngƣởi sử dụng - điểm Q với tọa độ (xq, yq), thỏa mãn đẳng thức dP=Q. Các tham số của chữ ký điện tử cần thỏa mãn pt ≠1(mod q) với mọi t=1,2, ,B với B ≥31; m ≠p; J(E) ≠ 0 hay 1728. 255 Chúng ta đặt tƣơng ứng vectơ nhị phân h =(α255, ,α0) với số α= αi 2¹ i 0 Hoàng Thị Trang 22 Lớp CT901
  23. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga b. Sinh chữ ký số Chữ ký số cho bản tin M đƣợc tính nhƣ sau: 1.Tính hàm băm: h =h(M) 2.Tính số nguyên α có dạng biểu diễn nhị phân là vecto h và xác định e ≡α(mod q). Nếu e=0 thì gán e=1. 3. Sinh ra số giả ngẫu nhiên k thỏa mãn bất đẳng thức 0<k<q. 4. Tính điểm thuộc đƣờng cong Elliptic C=kP và đặt r xc(mod q) với xc tọa độ của điểm C theo trục X. Nếu r=0 thì quay về bƣớc 3. 5. Tính giá trị s=(rd+ke)(mod q). Nếu s=0 thì quay về bƣớc 3. 6. Tính vectơ nhị phân ứng với các số s và r. Chữ ký số ζ =( r || s ) là phép nối 2 vectơ nhị phân. Kiểm tra chữ ký : Làm nhƣ sau 1.Theo chữ ký nhận đƣợc ζ cần tính ra hai số nguyên r và s. Nếu các bất đẳng thức sau không đúng thì bác bỏ chữ ký 0<r<q, 0<s<q. 2. Tính hàm băm của bản tin nhận đƣợc h =h(M). 3. Tính số nguyên có dạng biểu diễn nhị phân là vectơ h và xác định e≡ α (mod q). Nếu e=0 thì lấy e =1. 4.tính v≡ e-1(mod q). 5.Tính z1≡s.v (mod q), z2≡ -rv(mod q) 6.Tính điểm trên đƣờng cong Elliptic C=z1P+z2Q, xác định R ≡xc(mod q) với xc là tạo độ của điểm C trên trục x. 7.Chữ ký đƣợc công nhận khi và chỉ khi R =r. 3.4 chuẩn hàm băm GOST P34.11 - 94 Một số ký hiệu : M - là dãy nhị phân cần băm ; h - là hàm băm ánh xạ dãy M từ h(M) V256(2), Ek(A) kết quả phép băm từ A với khóa bởi thuật toán mã khối Gost 28147-89 ở chế độ thay thế đơn giản ; Hoàng Thị Trang 23 Lớp CT901
  24. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga H là vectơ khởi điểm để băm. Mô tả chung Chúng ta hiểu hàm băm là một ánh xạ h: B* V256(2) Để định nghĩa hàm băm ta cần có - Thuật toán tính băm theo từng bƣớc k K: V256(2) x V256(2) V256(2) - Mô tả quá trình lặp để tính giá trị hàm băm a. Thuật toán tính băm theo từng bƣớc gồm 3 phần Tạo 4 khóa có 256 bit. Biến đổi mã: sử dụng thuật toán Gost 28147-89 ở chế độ thay thế đơn giản. Ánh xạ xáo trộn kết quả mã. Tạo khóa Xét X=(b256, b255, ,b1) V256(2) Giả sử X=x4 ||x3||x2||x1 = ŋ16||ŋ15|| ||ŋ1= ζ32||ζ31|| ||ζ1 Với xi V64(2), i=1 .4; ŋj V16(2), j=1 16; ζ k V8(2), k=1 32. Ký hiệu A(X)=(x1 x2)||x4||x3||x2 . Biến đổi P: V256(2) V256(2) chuyển từ ζ32||ζ31|| ||ζ1 thành từ ζφ(32)|| ζφ(31)|| ||ζφ(1) với φ (i+1+4(k-1))=8i + k, i =0 8. Để tạo khóa cần sử dụng các dữ liệu sau: Các từ H, M V256(2); 256 Các hằng số: Các từ Ci(i=2, 3, 4) có các giá trị C2=C4=0 và 8 8 16 24 16 8 8 8 2 8 8 8 8 4 8 8 4 C3 =1 0 1 0 1 0 (0 1 ) 1 0 (0 1 ) (1 0 ) Thuật toán tính khóa nhƣ sau: 1. Gán các giá trị i=1, U = H, V= M 2. Thực hiện W=U V, K1=P(W) 3. Gán i=i+1 4. Kiểm tra điều kiện i=5. Nếu đúng nhảy bƣớc 7, sai thì tiếp bƣớc 5 5. Tính U=A(U) Ci, V=A(V(A)), W=U V, Ki=P(W) 6. Chuyển về bƣớc 3 Hoàng Thị Trang 24 Lớp CT901
  25. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 7. Kết thúc Biến đổi mã Đây là giai đoạn mã 4 từ con 64 bit của từ H bởi các khóa Ki (i=1,2,3,4). Chúng ta cần các dữ liệu sau: H=h4||h3||h2||h1, hi V64(2) và bộ khóa Ki (i=1,2,3,4) Sau khi mã ta có si=EKi(hi), i =1,2, 3,4 và vecto kết quả S= s4||s3||s2||s1 Biến đổi trộn Trộn dãy thu đƣợc qua thanh dịch, dữ liệu ban đầu là các từ H, M, S V256(2); Biến đổi : V256(2) V256(2) chuyển từ 16 || 15 || || 1 V64(2), i=1 16 thành từ 1 2 3 13 || || || || 2 . Khi đó giá trị băm từng bƣớc là từ K(M,H)= 16(H (M 12(S))) Với i là biến đổi làm i lần. b. Tính giá trị băm Giá trị băm ban đầu để tính giá trị hàm băm là dãy M B*. Tham số là vectơ khởi điểm H - Một từ cố định tùy ý từ V256(2). Thủ tục tính hàm h ở mỗi vòng lặp sử dụng các đại lƣợng sau: M B* - phần của dãy M, chƣa đi qua hàm băm ở những vòng lặp trƣớc H V256(2) - giá trị hiện tại của hàm băm V256(2) - giá trị hiện tại của tổng kiểm tra L V256(2) - giá trị hiện tại của độ dài phần của dãy M xử lý ở các vòng lặp trƣớc Thuật toán tính hàm h đƣợc chia làm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1. Gán các giá trị ban đầu cho các đại lƣợng hiện tại M:= M; H:=H; ∑:=0256 ;;; L:=0256 Giai đoạn 2. Kiểm tra điều kiện |M|>256. Nếu đúng chuyển sang bƣớc 3. Ngƣợc lại thì thực hiện các phép tính sau: 256-|M| L:= 256; ∑:=∑[+]M‟;;; M‟:=0 ||M; H:=KM‟, H); H:=KL, H); H:=K∑, H) Kết thúc thuật toán H là giá trị hàm băm. Hoàng Thị Trang 25 Lớp CT901
  26. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Giai đoạn 3. Tính từ con Ms V256(2) của từ M(M=Mp||Ms). Tiếp tục thực hiện dãy phép tính sau. H:=K(M‟, H); L:= 256; [ ] Ms; M:=Mp. Chuyển lên bƣớc 2. 3.5 Chuẩn mã dữ liệu GOST 28147 - 89 Tại Liên Bang Nga có một chuẩn mã duy nhất cho các hệ thống thông tin. Nó là bắt buộc cho các cơ quan nhà nƣớc, tổ chức, xí nghiệp, ngân hàng và các công sở khác có hoạt động gắn liền với việc đảm bảo an toàn thông tin quốc gia. Đối với các tổ chức khác hay các cá nhân thì GOST 28147 -89 mang tính khuyến cáo. Chuẩn này đƣợc thiết lập có tính đến kinh nghiệm trên thế giới, nói riêng đã chú ý đến những điểm yếu và khả năng không thực hiện đƣợc của DES, vì vậy việc áp dụng chuẩn có tiện hơn.Thuật toán xây dựng theo cấu trúc Feistel. Đối với phép nối ta dùng ký hiệu nhƣ phép nhân. Ngoài ra ta sử dụng các phép cộng sau: A B Phép cộng từng bit theo modulo 2; A [+] B cộng theo modulo 232; A {+}B cộng theo modulo 232 -1; Thuật toán có một số chế độ làm việc. Trong mọi chế độ đều sử dụng khóa W có 256 bit, đó là 8 số có 32 bit: W=X(7)X(6) X(5) X(4) X(3) X(2) X(1) X(0). Khi giải mã chúng ta dùng khóa đó. Chế độ làm việc cơ sở của thuật toán là chế độ thay thế đơn giản . Các ký hiệu trên hình vẽ: N1, N2 các thanh ghi lƣu 32 bit; 32; S1 tổng theo modulo2 ; S2 tổng theo modulo2 N thanh ghi dịch vòng 32 bit; K thiết bị nhớ khóa gồm 256 bit đƣợc chia thành 8 từ 32 bit; S khối thay thế gồm 8 hộp thế S1, .,S8. Hoàng Thị Trang 26 Lớp CT901
  27. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga T o N2 N1 Tc 32 1 32 . .1 K + C1 X0(K0) X1(K1) S S . S S 8 7 2 1 S R X6(K6) 32 .1 X7(K7) C2 Mô tả chế độ làm việc của thuật toán là chế độ thay thế đơn giản Giả sử bản rõ đƣợc chia thành các khối có 64 bit, chúng đƣợc ký hiệu là To. Thủ tục mã gồm 32 vòng. Đầu tiên, khóa k có 256 bit đƣợc đƣa vào thiết bị nhớ khóa, tạo thành 8 khóa con ki: k=k7k6 k1. Dãy các bit của To đƣợc phân thành 2 nửa có 32 bit trái và phải : To=(a1(0), a2(0), , a32(0), b1(0), b2(0), ., b32(0)). Các bit trong mỗi nửa đƣợc lấy ra theo thứ tự ngƣợc lại để tạo nên hai từ có 32 bit là a(0) và b(0): a(0)=(a32(0), a31(0), , a1(0)), b(0)=(b32(0), b31(0), ., b1(0)). Hai vectơ 32 bit a(0) và b(0) đƣợc đƣa vào thanh ghi lƣu N1, N2 trƣớc vòng mã thứ nhất. a(0) trong N1 và b(0) trong N2. Giả sử a(j)=(a32(j), a31(j), , a1(j)), b(j)=(b32(j), b31(j), ., b1(j)). Là nội dung của các thanh ghi lƣu N1 và N2 sau vòng mã thứ j. Chúng ta ký hiệu f là hàm mã, ta có Với j=1 24 a(j)=f(a(j-1)+kj-1(mod 8)) b(j-1) Hoàng Thị Trang 27 Lớp CT901
  28. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga b(j)=a(j-1) Với j=25 31 a(j)=f(a(j-1)+k32-j (mod 8)) b(j-1) b(j)=a(j-1) Với j=32 a(32)=a(31) b(32)= f(a(31)+k0) b(31) Việc tính hàm mật mã f qua 2 giai đoạn: Ở giai đoạn thứ nhất, tham số x có 32 bit đƣợc chia thành 8 vectơ có 4 bit. Bộ 4 bit thứ i đƣợc ánh xạ thành 4 bit nhờ các phép thế Si(i=1 8). Si là các phép hoán vị của tập các số nguyên từ 0 đến 15, S(x) là một vectơ có 32 bit. Giai đoạn thứ 2: Nhờ thanh ghi R, S(x) đƣợc dịch vòng về bên trái 11 vị trí. Kết quả của phép mã To là Tc đƣợc lấy ra từ các thanh ghi lƣu N1 và N2 sau 32 vòng mã theo thứ tự từ trái qua phải. Tc=(a1(32), a2(32), , a32(32), b1(32), b2(32), ., b32(32)). Chú ý : các S-box có thể đƣợc sử dụng làm khóa thời gian dài. 3.6 Bộ luật Liên Bang Nga về chữ ký số Chƣơng 1. Các điều khoản chung Điều 1.Mục đích và phạm vi áp dụng bộ luật Liên Bang này 1. Đảm bảo điều kiện luật pháp cho việc sử dụng chữ ký điện tử số là mục đích của bộ luật Liên Bang này, theo nó thì chữ ký điện tử số trong các văn bản điện tử đƣợc công nhận có giá trị nhƣ chữ ký bằng tay trên văn bẳn giấy tờ. 2. Hiệu lực của bộ luật Liên Bang này đƣợc áp dụng cho các quan hệ đƣợc xuất hiện khi tiến hành các hợp đồng pháp lý dân sự và trong các trƣờng hợp khác đƣợc xem trƣớc bằng luật pháp của Liên Bang Nga. Hiệu lực của bộ luật Liên Bang này không áp dụng cho các quan hệ đƣợc xuất hiện khi sử dụng các tƣơng tự khác của chữ ký tay. Điều 2. Điều chỉnh pháp quyền các quan hệ trong lĩnh vực sử dụng chữ ký điện tử số. Hoàng Thị Trang 28 Lớp CT901
  29. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Điều chỉnh pháp quyền các quan hệ trong lĩnh vực sử dụng chữ ký điện tử số đƣợc thực hiện theo bộ luật Liên Bang này, bộ luật dân sự của Liên Bang Nga, luật Liên Bang “Về thông tin, thông tin hóa vá các bảo vệ thông tin”, Luật Liên Bang “Về thông tin”, và các luật Liên Bang khác và các văn bản pháp luật pháp chuẩn của Liên Bang Nga đã đƣợc áp dụng theo các bộ luật đã nêu, và cũng đƣợc thực hiện theo thoả thuận của các bên. Điều 3. Các khái niệm cơ bản đƣợc sử dụng trong bộ luật Liên Bang này Vì các mục đích của bộ luật Liên Bang này, các khái niệm cơ bản sau đƣợc sử dụng : Văn bản điện tử - đó là văn bản, trong đó thông tin đƣợc biểu diễn ở dạng điện tử số. Chữ ký điện tử số - phụ lục của một văn bản điện tử, dùng để bảo vệ văn bản điện tử đó khỏi giả mạo, nhận đƣợc nhƣ kết quả của phép biến đổi mật mã đối với thông tin với việc sử dụng khóa bí mật của chữ ký điện tử số và cho phép nhận dạng ngƣời chủ của chứng nhận khóa chữ ký, đồng thời cũng khẳng định việc thông tin trong văn bản điện tử không bị xuyên tạc. Ngƣời chủ của giấy chứng nhận khóa chữ ký - ngƣời đƣợc trung tâm chứng thực cấp cho giấy chứng nhận khóa ký và nắm giữ khóa bí mật tƣơng ứng của chữ ký điện tử số, khóa bí mật này cho phép với sự giúp đỡ của các phƣơng tiện chữ ký điện tử tạo ra chữ ký điện tử số của ngƣời đó trong các văn bản điện tử (ký các văn bản điện tử). Các phƣơng tiện chữ ký điện tử - các công cụ máy móc hay phần mềm, đảm bảo việc thực hiện một trong các chức năng sau: tạo chữ ký điện tử số trong các văn bản điện tử với việc sử dụng khóa bí mật của chữ ký điện tử số, khẳng định tính chân thực của chữ ký điện tử số trong các văn bản điện tử bằng việc sử dụng khóa bí mật của chữ ký điện tử số, tạo ra các khóa bí mật và công khai của chữ ký điện tử số. Hoàng Thị Trang 29 Lớp CT901
  30. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Giấy chứng nhận của các phƣơng tiện chữ ký điện tử số văn bản trên giấy đƣợc cấp theo các quy định của hệ thống chứng thực để khẳng định tính tuân thủ các yêu cầu đã đƣợc thiết lập của các phƣơng tiện chữ ký điện tử số. Khóa bí mật của chữ ký điện tử số dãy duy nhất các ký hiệu, đƣợc biết bởi ngƣời chủ của chứng nhận khóa chữ ký và dùng để tạo ra chữ ký điện tử số trong các văn bản điện tử bằng việc dùng các phƣơng tiện chữ ký điện tử số. Khóa công khai chữ ký điện tử số - dãy duy nhất các ký hiệu, tƣơng ứng với khóa bí mật chữ ký điện tử số, đƣợc biết bởi một ngƣời sử dụng bất kỳ của hệ thống thông tin và đƣợc dùng để khẳng định tính chân thực của chữ ký điện tử số trong văn bản điện tử bằng cách sử dụng các phƣơng tiện chữ ký điện tử số. Giấy chứng nhận khóa chữ ký văn bản trên giấy hoặc văn bản điện tử cùng với chữ ký điện tử số của ngƣời có trách nhiệm thuộc trung tâm chứng thực, trong đó có khóa công khai của chữ ký điện tử số, và đƣợc trung tâm chứng thực cấp cho ngƣời tham gia hệ thống thông tin để khẳng định tính chân thực của chữ ký điện tử số và nhận dạng ngƣời chủ của chứng nhận khóa chữ ký. Khẳng định tính chân thực của chữ ký điện tử số trong văn bản điện tử kết quả tán thành của việc kiểm tra bằng các phƣơng tiện chứng thực tƣơng ứng chữ ký điện tử số cùng với việc sử dụng chứng nhận khóa chữ ký tính phụ thuộc của chữ ký điện tử số vào ngƣời chủ của chứng nhận khóa chữ ký và tính thiếu vắng sự thay đổi trong văn bản điện tử bởi chữ ký điện tử số đã cho. Ngƣời sử dụng chứng nhận khóa chữ ký - ngƣời sử dụng các thông tin nhận đƣợc tại trung tâm chứng thực về giấy chứng nhận khóa chữ ký để kiểm tra tính phụ thuộc của chữ ký điện tử số với chủ chứng nhận khóa chữ ký. Hệ thống thông tin doanh nghiệp - hệ thống thông tin mà những ngƣời tham gia là một nhóm ngƣời giới hạn, đƣợc xác định bởi ngƣời chủ của hệ thống hoặc bằng thỏa thuận của những ngƣời tham gia hệ thống thông tin này. Chƣơng II. Các điều kiện sử dụng chữ ký điện tử số Điều 4. Các điều kiện để công nhận giá trị nhƣ nhau của chữ ký điện tử số và chữ ký viết tay Hoàng Thị Trang 30 Lớp CT901
  31. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 1. Chữ ký điện tử số trong văn bản điện tử có giá trị nhƣ chữ ký viết tay trong văn bản trên giấy nếu nhƣ đồng thời tuân thủ các điều kiện sau: Chứng nhận khóa chữ ký thuộc về chữ ký điện tử số này không mất hiệu lực (còn tác dụng ) tại thời điểm kiểm tra hoặc thời điểm ký văn bản điện tử nếu nhƣ có bằng chứng xác định thời điểm ký; Tính chân thực của chữ ký trong văn bản điện tử đƣợc khẳng định. Chữ ký điện tử số đƣợc sử dụng theo nhƣ những quy định đƣợc chỉ ra trong giấy chứng nhận khóa chữ ký. 2. Ngƣời tham gia hệ thống thông tin có thể đồng thời là chủ của một số lƣợng bất kỳ giấy chứng nhận khóa chữ ký. Khi đó văn bản điện tử cùng với chữ ký điện tử số có giá trị pháp lý khi thực hiện các quan hệ đƣợc chỉ ra trong giấy chứng nhận khóa chữ ký. Điều 5. Sử dụng các phƣơng tiện chữ ký điện tử số 1. Việc sinh các khóa chữ ký điện tử số đƣợc thực hiện để sử dụng trong : Hệ thống thông tin sử dụng chung bởi ngƣời tham gia hệ thống hay bởi trung tâm chứng thực theo yêu cầu của ngƣời tham gia. Hệ thống thông tin doanh nghiệp theo quy cách đƣợc thiết lập trong hệ thống đó. 2. Khi sinh khóa chữ ký điện tử số để sử dụng trong hệ thống thông tin sử dụng chung cần phải chỉ áp dụng các phƣơng tiện đã đƣợc cấp phép chữ ký điện tử số. Việc đền bù thiệt hại gây ra do sinh khóa chữ ký điện tử số bởi các phƣơng tiện chữ ký điện tử số không đƣợc cấp phép có thể quy trách nhiệm cho những ngƣời tạo ra và những ngƣời phân phối các phƣơng tiện này theo nhƣ pháp luật Liên Bang Nga. 3. Việc sử dụng các phƣơng tiện chữ ký điện tử số không đƣợc cấp phép và các chữ ký điện tử số đƣợc sinh ra bởi chúng trong các hệ thống thông tin doanh nghiệp của các cơ quan Liên Bang thuộc chính quyền quốc gia, các cơ quan chính quyền quốc gia của các chủ thể Liên Bang Nga và các cơ quan điều hành địa phƣơng là không đƣợc phép. Hoàng Thị Trang 31 Lớp CT901
  32. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 4. Việc cấp phép các phƣơng tiện chữ ký điện tử số đƣợc thực hiện theo pháp luật pháp Liên Bang Nga về cấp phép sản phẩm và dịch vụ. Điều 6. Chứng nhận khóa chữ ký 1. Chứng nhận khóa chữ ký cần chứa các thông tin sau: Số đăng ký duy nhất của chứng nhận khóa chữ ký, ngày bắt đầu và kết thúc thời hạn hiệu lực của chứng nhận chữ ký số nằm ở danh sách của trung tâm chứng thực. Họ tên và tên đệm của ngƣời chủ chứng nhận khóa chữ ký hay bí danh của ngƣời chủ. Trong trƣờng hợp sử dụng bí danh, trung tâm chứng thực cần ghi điều đó vào chứng nhận khóa chữ ký. Khóa công khai của chữ ký điện tử số. Tên của các phƣơng tiện chữ ký điện tử số, mà khóa công khai của chữ ký điện tử số này đƣợc sử dụng với. Tên và địa điểm của trung tâm chứng thực cấp ra chứng nhận khóa chữ ký. Các chỉ dẫn về các quan hệ mà khi thực hiện nó thì văn bản điện tử với chữ ký điện tử số sẽ có giá trị pháp lý. 2. Trong trƣờng hợp cần thiết, trong chứng thực nhận khóa chữ ký, trên cơ sở các văn bản đã đƣợc xác nhận còn chỉ ra chức vụ (cùng với tên và địa điểm của cơ quan đã lập ra chức danh đó) và nghề nghiệp của chủ chứng nhận khóa chữ ký, còn theo sự xuất trình ở dạng viết những tƣ liệu khác đã đƣợc xác nhận bởi các giấy tờ khác. 3. Chứng nhận khóa chữ ký cần phải đƣợc trung tâm chứng thực đƣa vào danh sách của các chứng nhận khóa chữ ký không muộn hơn ngày bắt đầu có hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký. 4. Để kiểm tra tính sở hữu chữ ký điện tử số với ngƣời chủ chứng nhận khóa chữ ký, những ngƣời sử dụng đƣợc trao thông tin về ngày và thời gian cấp chứng nhận, tƣ liệu về hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký (có hiệu lực, dừng có hiệu lực, thời hạn dừng có hiệu lực, đã bị hủy bỏ, ngày và thời gian hủy bỏ chứng nhận chữ ký ) và tƣ liệu về danh sách của chứng nhận khóa chữ ký. Trong Hoàng Thị Trang 32 Lớp CT901
  33. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga trƣờng hợp cấp chứng nhận khóa chữ ký ở dạng văn bản trên giấy, chứng nhận này đƣợc thể hiện theo khuôn mẫu của trung tâm chứng thực và đƣợc làm tin bởi chữ ký tay của ngƣời có chức trách và dấu của trung tâm chứng thực.Trong trƣờng hợp cấp chứng nhận khóa chữ ký và các dữ liệu bổ sung đã nêu ở dạng văn bản điện tử, chứng nhận đó cần phải đƣợc ký bởi chữ ký điện tử số của ngƣời có trách nhiệm thuộc trung tâm chứng thực. Điều 7. Thời hạn và cách thức lƣu giữ chứng nhận khóa chữ ký tại trung tâm chứng thực 1. Thời hạn lƣu giữ chứng nhận khóa chữ ký ở dạng văn bản điện tử tại trung tâm chứng thực đƣợc xác định bằng thỏa thuận giữa trung tâm chứng thực và ngƣời chủ của chứng nhận khóa chữ ký. Khi đó đảm bảo quyền truy cập của những ngƣời tham gia hệ thống thông tin vào trung tâm chứng thực để nhận đƣợc chứng nhận khóa chữ ký. 2. Thời hạn lƣu giữ chứng nhận khóa chữ ký ở dạng văn bản điện tử tại trung tâm chứng thực sau khi hủy bỏ chứng nhận khóa chữ ký cần không đƣợc ít hơn thời hạn đƣợc thiết lập bởi luật Liên Bang về thời hạn kiện tụng đối với các quan hệ khi hết thời hạn lƣu trữ đã chỉ ra, chứng nhận khóa chữ ký đƣợc loại bỏ khỏi danh sách của các chứng nhận khóa chữ ký và đƣợc đƣa vào chế độ lƣu trữ. Thời hạn lƣu không ít hơn 5 năm, Quy tắc đƣa bản sao của chứng nhận khóa chữ ký trong giai đoạn này đƣợc thiết lập theo nhƣ luật pháp Liên Bang Nga. 3. Chứng nhận khóa chữ ký ở dạng văn bản trên giấy đƣợc lƣu trữ theo quy định đƣợc thiết lập theo luật pháp Liên Bang Nga về văn khố và lƣu trữ. Chƣơng III. Các trung tâm chứng thực Điều 8. Vị trí của trung tâm chứng thực 1. Cơ quan luật pháp thực hiện các chức năng đƣợc xem xét bởi luật Liên Bang này là trung tâm chứng thực cấp các chứng nhận khóa chữ ký số để sử dụng trong các hệ thống thông tin dùng chung. Khi đó, trung tâm chứng thực cần phải có các khả năng tài chính và vật chất cần thiết, cho phép nó thi hành Hoàng Thị Trang 33 Lớp CT901
  34. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga trách nhiệm dân sự trƣớc những ngƣời sử dụng khóa cũ ký đối với những thiệt hại. Điều 10. Quan hệ giữa các trung tâm chứng thực và các cơ quan toàn quyền Liên Bang của chính quyền hành pháp 1. Trung tâm chứng thực cho đến khi bắt đầu sử dụng chữ ký điện tử số của ngƣời đại diện trung tâm chứng thực để cam đoan thay mặt trung tâm chứng thực các chứng nhận khóa chữ ký nhất định phải trình tại cơ quan đại diện Liên Bang của chính quyền hành pháp chứng thực của ngƣời đại diện trung tâm chứng thực ở dạng văn bản điện tử cũng nhƣ chứng nhận này ở dạng văn bản trên giấy cùng với chữ ký tay của ngƣời đại diện đã nêu, đƣợc cam đoan bởi chữ ký của ngƣời lãnh đạo và dấu của trung tâm chứng thực. 2. Cơ quan đại diện Liên Bang của chính quyền hành pháp thực hiện một danh sách quốc gia duy nhất các chứng nhận khóa chữ ký đƣợc đƣa ra bởi các trung tâm chứng thực làm việc với những ngƣời tham gia hệ thống thông tin dùng chung (các trung tâm này cam đoan về những chứng nhận khóa chữ ký do mình đƣa ra), đảm bảo khả năng truy nhập tự do tới danh sách này và cấp các chứng nhận khóa chữ ký cho những đại diện tƣơng ứng của các trung tâm chứng thực. 3. Các chữ ký điện tử số của những ngƣời đại diện các trung tâm chứng thực có thể đƣợc sử dụng chỉ sau khi đƣa nó vào một danh sách hợp nhất toàn quốc gia gồm các chứng nhận khóa chữ ký. Việc sử dụng các chữ ký điện tử này vào các mục đích không liên quan đến việc cam kết các chứng nhận khóa chữ ký cả các tƣ liệu về hiệu lực của nó là không cho phép. 4. Cơ quan đại diện Liên Bang của chính quyền hành pháp: Thực hiện theo yêu cầu của mọi ngƣời, tổ chức, cơ quan Liên Bang của chính quyền hành pháp, các cơ quan chính quyền quốc gia của các chủ thể thuộc Liên Bang Nga và các cơ quan tự điều hành địa phƣơng việc khẳng định tính đúng đắn của chữ ký điện tử số của các đại diện trung tâm chứng thực trong các chứng nhận khóa chữ ký do họ cấp phát. Hoàng Thị Trang 34 Lớp CT901
  35. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Thực hiện theo các điều khoản về cơ quan đại diện Liên Bang của chính quyền lập pháp các ủy quyền khác để đảm bảo hiệu lực của bộ luật Liên Bang này. Điều 11. Các trách nhiệm của trung tâm chứng thực trong quan hệ với ngƣời chủ chứng nhận khóa chữ ký Trung tâm chứng thực chuẩn bị chứng nhận khóa chữ ký nhận về mình các trách nhiệm sau theo quan hệ với ngƣời chủ chứng nhận khóa ký. Đƣa chứng nhận khóa chữ ký vào danh sách chứng nhận khóa chữ ký. Đảm bảo việc cung cấp chứng nhận khóa chữ ký cho những ngƣời tham gia hệ thống thông tin yêu cầu. Dừng hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký theo yêu cầu ngƣời chủ của nó. Thông báo cho ngƣời chủ chứng nhận khóa chữ ký về các sự kiện đƣợc biết bởi trung tâm chứng thực và bằng một cách nào đó có thể ảnh hƣởng đến khả năng sử dụng tiếp theo của chứng nhận khóa chữ ký. Các trách nhiệm khác đƣợc thiết lập bằng các điều khoản luật chuẩn mực hoặc thỏa thuận các bên. Điều 12. Các trách nhiệm của ngƣời chủ chứng nhận khóa chữ ký 1. Ngƣời chủ của chứng nhận khóa chữ ký phải : Không sử dụng cho chữ ký điện tử số các khóa công khai và bí mật của chữ ký điện tử số nếu nhƣ biết rằng các khóa đó đang sử dụng hoặc đã sử dụng; Giữ bí mật khóa mật của chữ ký điện tử số. Ngay lập tức yêu cầu dừng hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký khi có cơ sở cho rằng bí mật đối với khóa mật chữ ký điện tử số bị vi phạm. 2. Khi không tuân thủ những yêu cầu đƣợc nêu ra trong điều này, việc đền bù những thiệt hại gây ra do nó đƣợc gán cho trách nhiệm của ngƣời chủ chứng nhận khóa chữ ký. Điều 13. Chấm dứt hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký 1. Hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký có thể bị dừng bởi trung tâm chứng thực trên cơ sở chỉ ra ngƣời hay cơ quan có quyền nhƣ vậy theo quy luật hay Hoàng Thị Trang 35 Lớp CT901
  36. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga thỏa ƣớc, còn trong hệ thống thông tin doanh nghiệp còn theo nhƣ các quy tắc đã đƣợc thiết lập để sử dụng nó. 2. Thời gian từ lúc nhận đƣợc tại trung tâm chứng thực thực hiện lệnh về việc dừng hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký cho dến khi đƣa thông tin tƣơng ứng vào danh sách chứng nhận khóa chữ ký cần đƣợc thiết lập theo quy tắc chung đối với tất cả những ngƣời chủ chứng nhận khóa chữ ký. 3. Hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký theo lệnh của ngƣời (cơ quan ) đại diện toàn quyền đƣợc dùng lại trong một thời hạn đƣơc tính theo ngày nếu hiệu lực đó không đƣợc thiết lập bởi các quy định luật chuẩn tắc hoặc thỏa ƣớc. trung tâm chứng thực khôi phục hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký theo lệnh của ngƣời (cơ quan) đại diện toàn quyền. Trong trƣờng hợp, nếu đã hết hạn chỉ ra mà không có lệnh về việc khôi phục hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký thì chứng nhận đó bị hủy bỏ. 4. Theo lệnh của ngƣời (cơ quan) đại diện về dừng hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký, trung tâm chứng thực loan báo điều này cho mọi ngƣời sử dụng chứng nhận tin tƣơng ứng chỉ ra ngày, thời gian và thời hạn dừng hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký, đồng thời thông báo cho ngƣời chủ chứng nhận khóa chữ ký và ngƣời dùng (cơ quan ) đại diện ra lệnh dừng hiệu lực của chứng nhận khóa chữ ký. Điều 14. Hủy bỏ chứng nhận khóa chữ ký 1. Trung tâm chứng thực, nơi đã cấp chứng nhận khóa chữ ký, bắt buộc phải hủy bỏ nó: Khi hết thời hạn có hiệu lực. Khi bị mất sức mạnh pháp lý về chứng nhận của các phƣơng tiện tƣơng ứng của chữ ký điện tử số đƣợc sử dụng trong các hệ thống dùng chung. Trong trƣờng hợp nếu trung tâm chứng thực biết chắc chắn việc dừng hiệu lực của văn bản trên cơ sở đó lập ra chứng nhận khóa chữ ký. Trong các trƣờng hợp khác đƣợc thiếp lập bởi các điều luật chuẩn hoặc thỏa thuận giữa các bên. Hoàng Thị Trang 36 Lớp CT901
  37. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 2. Trong trƣờng hợp hủy bỏ chứng nhận khóa chữ ký, trung tâm chứng nhận khóa chữ ký, trung tâm chứng thực thông báo về việc đó đến mọi ngƣời sử dụng chứng nhận khóa chữ ký bằng cách đƣa vào danh sách các chứng nhận khóa chữ ký thông tin tƣơng ứng cùng với việc chỉ ra ngày, giờ hủy bỏ chứng nhận khóa chữ ký, trừ trƣờng hợp hủy bỏ chứng nhận khóa chữ ký khi hết thời hạn hiệu lực của nó đồng thời cũng thông báo điều này cho ngƣời chủ chứng nhận khóa chữ ký và ngƣời (cơ quan) đại diện đã ra lệnh hủy bỏ chứng nhận khóa chữ ký. Điều 15. Chấm dứt hoạt động của trung tâm chứng thực 1. Hoạt động của trung tâm chứng thực nơi cấp chứng nhận khóa chữ ký để sử dụng trong các hệ thống thông tin dùng chung, có thể đƣợc dùng lại theo quy tắc đƣợc thiết lập bởi luật dân sự. 2. Trong trƣờng hợp dừng hoạt động của trung tâm chứng thực đã đƣợc chỉ ra ở điểm 1 của điều này, các chứng nhận khóa chữ ký đƣợc cấp bởi trung tâm chứng thực đó, có thể đƣợc chuyển giao cho một trung tâm chứng thực khác theo thỏa thuận với những ngƣời chủ chứng nhận khóa chữ ký. Các chứng nhận khóa chữ ký không đƣợc chuyển cho một trung tâm chứng thực khác, đƣợc hủy bỏ và chuyển cơ quan toàn quyền Liên Bang để đƣa vào lƣu trữ theo điều 7 của luật Liên Bang này. 1. Hoạt động của trung tâm chứng thực đảm bảo hoạt động của hệ thống thông tin doanh nghiệp đƣợc dùng theo quyết định của ngƣời chủ hệ thống đó, đồng thời cũng theo thỏa thuận của những ngƣời tham gia hệ thống nếu có sự chuyển giao trách nhiệm của trung tâm này cho một trung tâm khác hoặc khi xóa bỏ hệ thống thông tin doanh nghiệp. Chƣơng IV. Các đặc điểm sử dụng chữ ký điện tử số Điều 16. Sử dụng chữ ký điện tử số trong lĩnh vực điều hành Nhà Nƣớc 1. Các cơ quan Liên Bang của chính quyền hành pháp, các cơ quan chính quyền Quốc Gia của các chủ thể trong Liên Bang Nga, các cơ quan tự điều hành đã nêu trên sử dụng các chữ ký điện tử số của những ngƣời lãnh đạo các cơ quan, tổ chức đó để ký các văn bản điện tử của mình. Hoàng Thị Trang 37 Lớp CT901
  38. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 2. Các chứng thực khóa chữ ký của những ngƣời đại diện toàn quyền các cơ quan Liên Bang của chính quyền quốc gia đƣợc đƣa vào danh sách các chứng nhận khóa chữ ký đƣợc quản lý bởi cơ quan đại diện Liên Bang của chính quyền hành pháp, và đƣợc cấp phát cho những ngƣời sử dụng chứng nhận khóa chữ ký từ danh sách này theo quy định đƣợc thiết lập bởi bộ luật Liên Bang này cho các trung tâm chứng thực. 3. Quy tắc cấp chứng nhận khóa chữ ký của những ngƣời đại diện các cơ quan chính quyền quốc gia của các chủ thể trong Liên Bang Nga và những ngƣời đại diện các cơ quan tự điều hành địa phƣơng đƣợc thiết lập bởi các điều luật chuẩn tắc của cơ quan tƣơng ứng. Điều 17. Sử dụng chữ ký số trong hệ thống thông tin doanh nghiệp 1. Hệ thống thông tin doanh nghiệp cung cấp cho những ngƣời tham gia hệ thống thông tin sử dụng các dịch vụ của trung tâm chứng thực của hệ thống thông tin doanh nghiệp cần phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu đƣợc quy định bởi bộ luật Liên Bang này cho các hệ thống thông tin dùng chung. 2. Quy tắc sử dụng chữ ký điện tử số trong hệ thống tin doanh nghiệp đƣợc thiết lập bởi quyết định của ngƣời chủ hệ thống đó hay bởi thỏa thuận của những ngƣời tham gia hệ thống. 3. Nội dung thông tin trong các chứng nhận khóa chữ ký, quy tắc đƣa vào danh sách các chứng nhận khóa chữ ký ấy đã đăng ký, quy định lƣu giữ các chứng nhận khóa chữ ký đã đƣợc hủy bỏ, các trƣờng hợp mất hiệu lực pháp lý của các chứng nhận đã nêu ra trong hệ thống thông tin doanh nghiệp đƣợc thể chế hóa bằng quyết định của ngƣời chủ hệ thống hay bởi thỏa thuận của những ngƣời tham gia hệ thống thông tin doanh nghiệp. Điều 18. Công nhận chứng nhận khóa chữ ký của nƣớc ngoài Chứng nhận khóa chữ ký của nƣớc ngoài, đƣợc chứng thực theo nhƣ luật pháp của nƣớc mà chứng nhận khóa chữ ký ấy đã đăng ký, đƣợc công nhận trên lãnh thổ Liên Bang Nga trong các trƣờng hợp thực hiện các qui trình đƣợc thiết Hoàng Thị Trang 38 Lớp CT901
  39. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga lập bởi luật pháp Liên Bang Nga về việc công nhận giá trị pháp lý của các văn bản nƣớc ngoài. Điều 19. Các trƣờng hợp thay thế con dấu 1. Nội dung văn bản trên giấy, đƣợc đảm bảo bởi con dấu và đƣợc chuyển thành văn bản điện tử, theo nhƣ các điều luật chuẩn hoặc thỏa thuận giữa các bên có thể đƣợc đảm bảo bằng chữ ký điện tử số của ngƣời đại diện cơ quan có con dấu. 2. Trong các trƣờng hợp đƣợc quy định bởi luật hoặc các điều luật chuẩn khác của Liên Bang Nga hoặc thỏa thuận giũa các bên, chữ ký điện tử số trong văn bản điện tử, chứng nhận của nó chứa các tƣ liệu cần thiết để thực hiện các quan hệ đang xét đến về quyền lực của ngƣời chủ, đƣợc công nhận có giá trị nhƣ chữ ký tay của ngƣời trên văn bản bằng giấy đƣợc đảm bảo bằng con dấu. Chƣơng V. Các điều khoản thi hành và chuyển giao Điều 20. Thi hành các văn bản pháp lý chuẩn mực theo nhƣ luật Liên Bang này. 1. Các điều luật chuẩn của Liên Bang Nga đƣợc đƣa vào hoạt động theo nhƣ luật Liên Bang này trong vòng 3 tháng kể từ ngày luật Liên Bang này có hiệu lực. 2. Các văn bản hành chính của các trung tâm chứng thực, nơi cấp các chứng nhận khóa chữ ký để sử dụng trong các hệ thống thông tin dùng chung, đƣợc đƣa vào hoạt động theo luật Liên Bang này trong vòng 6 tháng kể từ ngày có hiệu lực. Điều 21. Các điều khoản chuyển giao. Các trung tâm chứng thực đƣợc thành lập sau ngày luật Liên Bang này có hiệu lực, trƣớc khi đƣợc cơ quan đại diện Liên Bang của chính quyền hành pháp đƣa vào danh sách các chứng nhận khóa chữ ký cần phải đáp ứng yêu cầu của luật Liên Bang này, ngoại trừ yêu cầu xuất trình trƣớc đó các chứng nhận khóa chữ ký của cả ngƣời đại diện nhà nƣớc mình trƣớc các cơ quan đại diện Liên Bang của chính quyền hành pháp. Các chứng nhận tƣơng ứng cần phải trình cho Hoàng Thị Trang 39 Lớp CT901
  40. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga các cơ quan tƣơng ứng không chậm hơn 3 tháng sau kể từ ngày có hiệu lực của luật Liên Bang này. 3.7 So sánh GOST 28147 -89 với thuật toán Rijndael Ngày 2 tháng 10 năm 2000, bộ thƣơng mại Mỹ đã tổng kết cuộc thi tuyển chọn thuật toán mã hóa mới của nƣớc Mỹ. Ngƣời chiến thắng là thuật toán Rijndael. Thuật toán mã hóa mới này đƣợc thay thế cho DES, đó là chuẩn mã hóa của Mỹ từ năm 1977. DES đƣợc thiết kế tại phòng nghiêm cứu của hãng IBM vào nửa đầu những năm 70 của thế kỷ 20 và thuộc về họ các mã pháp khởi nguồn từ thuật toán Lucifer cũng đƣợc nghiêm cứu tại nơi đó một số năm trƣớc. Kiến trúc này, có tên gọi là mạng Feistel có vị trí quan trọng trong mật mã học cho đến ngày hôm nay: phần lớn các mã pháp hiện đại đều có dạng này, trong đó có cả chuẩn mã của Nga GOST 28147 - 89. Ta sẽ phân tích so sánh GOST 28147 - 89 với Rijndael, trên cơ sở đó tiến hành việc so sánh phƣơng pháp cổ điển và hiện đại trong việc xây dựng mã khối. Hoàng Thị Trang 40 Lớp CT901
  41. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Chỉ tiêu Gost 28147-89 Rijndael Kích thƣớc khối, bit 64 128, 192,256 Kích thƣớc khóa, bit 256 128, 192, 256 Kiến trúc Mạng cân bằng Feistel Hình vuông Số vòng 32 10, 12, 14 Phần của khối rõ đƣợc Nửa khối(32 bit) Cả khối (128, 192, mã sau mỗi vòng 256) Kích thƣớc của khóa Nửa độ dài khối Bằng độ dài khối vòng, bit Cấu trúc vòng Đơn giản Tƣơng đối phức tạp Các phép toán đƣợc sử Chỉ có phép cộng, thay Sử dụng rộng rãi các dụng thế, và phép dịch phép toán trên trƣờng hữu hạn Tính tƣơng đƣơng của Chính xác đến thứ tự Chính xác đến vecto biến đổi thuận nghịch của các khóa vòng của các phần tử khóa, bảng các thay thế và hằng số của thuật toán So sánh các đặc tính chung của 2 thuật toán Các đặc tính so sánh của thuật toán GOST 28147 - 89 với Rijndael đã chỉ ra bảng trên. Khác với thuật toán của Nga, kích thƣớc khóa trong thuật toán Rijndael có thể thay đổi, điều này do sử dụng cấu trúc “hình vuông”, tính chất này cho phép thay đổi độ bền vững cũng nhƣ tốc độ thực hiện thuật toán theo sự phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài khi cần cài đặt trong một giới hạn nhất định, tuy nhiên không rộng lắm, đó là số các vòng, và cùng với nó là tốc độ trong các trƣờng hợp khác biệt nhau nhất vào khoảng 1,4 lần. So sánh các nguyên tắc chung Việc phân tích thuật toán GOST 28147 - 89 cũng nhƣ phần lớn các mã pháp thuộc thế hệ đầu tiên đƣợc thiết kế vào những năm 70 và nửa đầu những năm Hoàng Thị Trang 41 Lớp CT901
  42. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 80, đƣợc dựa trên kiến trúc mạng Feistel cân bằng. Nguyên tắc chính của kiến trúc này là cả quá trình mã gồm một loạt các vòng có kiểu giống nhau. Tại mỗi vòng, khối đƣợc mã T đƣợc chia thành hai nửa (To, T1), một trong chúng đƣợc thay đổi bằng phép cộng modulo 2 theo từng bit với giá trị đƣợc làm ra từ phần còn lại và bộ phận khóa vòng với sự giúp đỡ của hàm mã. Giữa các vòng, hai phần của khối đổi chỗ cho nhau, nhƣ vậy tại vòng sau, phần của khối thay đổi ở vòng trƣớc sẽ không thay đổi và ngƣợc lại. Lƣợc đồ thuật toán GOST 28174 - 89 hình 1(a). Kiến trúc nhƣ vậy cho phép dễ dàng nhận đƣợc phép giải mã từ một hàm mã phức tạp, và có thể là không có ngƣợc. Đặc tính quan trọng của phƣơng pháp này là tại mỗi vòng chỉ mã đúng một nửa khối. T, T‟ -khối rõ và khối mã ki -thành phần khóa vòng Xi -trạng thái của quá trình mã sau mỗi vòng thứ i f(X,k) -hàm mã của thuật toán GOST NLT, NLT‟ -biến đổi phi tuyến thông thƣờng và biến đổi phi tuyến cho vòng cuối cùng của thuật toán Rijndael R -số vòng của Rijndael (10, 12, hay 14) Hoàng Thị Trang 42 Lớp CT901
  43. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga T T k1 k1 x1 f(X1,k1) NLT x1 k2 k2 NLT f(X2,k2) x2 x2 . . kR . k32 . NLT‟ x f(X ,k ) 32 32 32 xR kR+1 T’ T’ a) b) Hình 1. Lƣợc đồ biến đổi dữ liệu khi mã theo thuật toán GOST a) và Rijndael b) Mã Rijndael có một kiến trúc khác về mặt nguyên tắc, nó đƣợc gọi là “ Hình vuông” theo tên của mã pháp đầu tiên có cấu trúc kiểu này cũng do chính các tác giả của Rijndael thiết kế ra một số năm trƣớc đây. Kiến trúc này dựa trên các biến đổi trực tiếp khối đƣợc mã khi đƣợc biểu diễn ở dạng ma trận của các byte. Việc mã cũng gồm một loạt các bƣớc có kiểu giống nhau, đó là các vòng, nhƣng tại mỗi vòng cả khối đều đƣợc biến đổi chứ không có phần nào của khối đƣợc giữ nguyên. Nhƣ vậy, sau một vòng cả khối đƣợc mã, cho nên để đảm bảo độ phức tạp tƣơng ứng và tính phi tuyến của biến đổi, số các bƣớc yêu cầu nhƣ vậy sẽ ít hơn 2 lần so với cấu trúc Feistel. Mỗi vòng bao gồm từng bit theo modulo 2 giữa trạng thái hiện tại của khối đƣợc mã và thành phần khóa vòng, sau đó là một phép biến đổi phi tuyến phức tạp của cả khối, biến đổi phi tuyến này đƣợc Hoàng Thị Trang 43 Lớp CT901
  44. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga kiến thiết từ 3 biến đổi đơn giản hơn sẽ đƣợc xem xét chi tiết ở phần sau. Lƣợc đồ của mã Rijndael đƣợc đƣa ra ở hình 1(b). So sánh các vòng mã trong thuật toán GOST sử dụng hàm mã tƣơng đối không phức tạp, gồm có phép cộng của nửa khối vào với thành phần khóa vòng tƣơng ứng theo modulo 232, 8 phép thay thế thực hiện một cách độc lập trong các nhóm 4 bit và phép hoán vị bit ( quay 11 bit về phía hàng cao ). Lƣợc đồ phép mã này ở hình 2(a). Trong thuật toán Rijndael, khối đƣợc mã và các trạng thái trung gian của nó trong quá trình biến đổi đƣợc biểu diễn ở dạng ma trận 4 x n byte, với n = 4, 6, 8 tùy thuộc vào kích thƣớc khối. Hàm biến đổi phi tuyến trong thuật toán Rijndael bao gồm 3 phép biến đổi đơn giản sau thực hiện lần lƣợt: - Thay thế byte - mỗi byte của khối đƣợc biến đổi đƣợc thay bằng giá trị mới, lấy từ một vecto thay thế chung cho tất cả các byte của ma trận. - Phép dịch vòng theo byte trong các dòng của ma trận: dòng đầu tiên không đổi, dòng thứ 2 dịch vòng về phía trái một byte, dòng thứ 3, 4 dịch về phía bên trái tƣơng ứng 2 hay 3 byte ứng với n=4,6; còn với n=8 ứng với 3 hay 4 byte. - Nhân ma trận - ma trận đƣợc nhận ở bƣớc trên nhân trái với ma trận hồi chuyển kích cỡ 4x4: 02 03 01 01 01 02 03 01 01 01 02 03 M= 03 01 01 02 Các phần tử của ma trận đƣợc xem nhƣ là các phần tử của trƣờng hữu hạn GF(28), tức là các đa thức có bậc không quá 7, hệ số của chúng là các bit, các phép cộng và nhân theo mudolo 2. Trong trƣờng hữu hạn này, phép cộng các Hoàng Thị Trang 44 Lớp CT901
  45. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga byte nhƣ là phép cộng từng bit theo modulo 2, còn phép nhân đƣợc lấy theo modulo của đa thức bất khả qui x8+x4+x3+x+1 với các hệ số từ GF(2). Lƣợc đồ vòng của thuật toán Rijndael biểu diễn ở hình 2(b). Nếu trong thuật toán GOST phép hoán vị 2 nửa khối đƣợc đƣa vào các vòng mã nhƣ chỉ ra ở hình 2(a), thì có thể nhận thấy rằng trong cả 2 thuật toán, các vòng mã luôn giống nhau, trừ vòng cuối cùng, tại đó thiếu một phần phép toán. Cách nhƣ vậy cho phép nhận đƣợc một cách thể hiện gọn ghẽ hơn, cả trong thiết bị lẫn lập trình. Tại vòng cuối cùng GOST không có phép hoán vị 2 nửa khối đã đƣợc mã, còn đối với Rijndael là phép nhân bên trái với ma trận M. Trong cả hai thuật toán đƣợc bàn đến, điều này đảm bảo tính tƣơng đƣơng cấu trúc của biến đổi mã và giải mã. H L X k k S[ ] S[ ] Rot 11 RRot M x X‟ H‟ L‟ a) b) X, X‟ – khối đƣợc biến đổi ở đầu vào và ra của vòng (H, L), (H‟, L‟) – phần cao và phần thấp ở đầu vào và ra của vòng k – khóa vòng S[ ] – hàm thay thế, đƣợc nhóm theo 4 bit cho GOST và của các byte cho Rijndael Rot11 – phép quay từ 32 bit về phía bit cao 11 lần Hoàng Thị Trang 45 Lớp CT901
  46. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Rrot – phép toán quay ma trận theo dòng của thuật toán Rijndael Mx – ma trận M trong thuật toán Rijndael với ma trận dữ liệu ở bên trái Tính tƣơng đƣơng của biến đổi ngƣợc và xuôi Trong thuật toán GOST tính tƣơng đƣơng cấu trúc của biến đổi xuôi và ngƣợc không đảm bảo một cách đặc biệt mà là hệ quả đơn giản của việc áp dụng giải pháp kiến trúc. Trong một mạng cân bằng Feistel bất kỳ, hai biến đổi này tƣơng đƣơng và chỉ khác nhau thứ tự sử dụng với thứ tự ngƣợc lại so với thứ tự đƣợc sử dụng lúc mã. Thuật toán Rijndael đƣợc xây dựng trên cơ sở các biến đổi trực tiếp. Cũng nhƣ biến đổi với tất cả các thuật toán tƣơng tự, biến đổi ngƣợc đƣợc xây dựng từ việc đảo ngƣợc các bƣớc của biến đổi xuôi theo thứ tự ngƣợc lại. Do đó, việc đảm bảo tính đồng nhất của biến đổi xuôi và ngƣợc nhƣ trong cấu trúc Feistel là không thể đạt đƣợc. Tuy vậy, bằng một giải pháp kiến trúc đặc biệt cũng đạt đƣợc một mức độ gần tƣơng ứng biến đổi xuôi và ngƣợc là đồng nhất với sự chính xác đến hằng số đƣợc sử dụng trong chúng. Trong bảng 2 dẫn ra 2 vòng cuối của thuật toán Rijndael và phép đảo ngƣợc hình thức của nó. Bảng 2 Hai vòng của thuật toán Rijndael và phép đảo ngƣợc hình thức của nó Biến đổi xuôi Biến đổi ngƣợc X=X kR-1 X=X kR+1 X=S(X) X=RRot (X) X=RRot(X) X=S-1(x) X=M x X X=X kR -1 X=X kR X=M x X X=S(x) X=RRot (X) X=RRot (X) X=S-1(X) X=X kR+1 X=X kR-1 Trƣớc hết cần chú ý rằng phép toán thay thế theo từng byte(S) có tính giao hoán với phép dịch theo byte các dòng của ma trận: Hoàng Thị Trang 46 Lớp CT901
  47. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga S-1(RRot (X))=RRot (S-1(X)). Ngoài ra, theo các quy tắc của đại số ma trận theo định luật kết hợp cũng có thể thay đổi thứ tự cộng từng bit theo modulo 2 của khóa và phép nhân ma trận: -1 -1 -1 M x (X kR)=(M x X ) (M x kR) Áp dụng các thay đổi đã chỉ ra vào cột hai của bảng 2, chúng ta nhận đƣợc dãy phép toán sau trong hai vòng của phép biến đổi ngƣợc (bảng 3) Bảng 3 Hai vòng của thuật toán Rijndael và ngƣợc của nó Biến đổi xuôi Biến đổi ngƣợc X=X kR-1 X=X kR+1 X=S(X) X=S-1(x) X=RRot(X) X=RRot (X) -1 X=M x X X=M x X -1 X=X kR X=X(M kR) X=S(x) X=S-1(X) X=RRot (X) X=RRot (X) X=X kR+1 X=X kR-1 Từ việc so sánh các cột của bảng 3 ta dễ thấy rằng, cấu trúc hoạt động của biến đổi xuôi và ngƣợc giống nhau. Kết quả dễ dàng tổng quát hóa cho một số vòng bất kỳ. Nhƣ vậy, trong thuật toán Rijndael thủ tục mã và giải mã hoạt động nhƣ nhau và chỉ khác nhau ở các chi tiết sau: - Trong biến đổi ngƣợc sử dụng phép thế vecto, ngƣợc về hoạt động với vecto thay thế biến đổi xuôi. - Trong biến đổi ngƣợc, số byte mà theo nó mỗi dòng của ma trận dữ liệu dịch đi trong phép toán dịch từng dòng theo byte khác đi so với biến đổi xuôi. - Trong biến đổi ngƣợc, tại bƣớc nhân ma trận là ngƣợc với cái đƣợc sử dụng trong biến đổi xuôi, đó là Hoàng Thị Trang 47 Lớp CT901
  48. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 0E 0B 0D 09 09 0E 0B 0D M= 0D 09 0E 0B 03B 0D 09 0E - Trong biến đổi ngƣợc, các phần tử khóa đƣợc sử dụng theo thứ tự ngƣợc lại, ngoài ra tất cả các phần tử trừ phẩn tử đầu tiên và cuối cùng cần phải nhân phía bên trái với ma trận M-1. Nhƣ vậy, tƣơng tự nhƣ GOST, trong thuật toán Rijndael có thể trùng hợp việc thực hiện bằng chƣơng trình cũng nhƣ bằng thiết bị. Chuẩn bị khóa Trong chuẩn mã của nƣớc Nga, để tạo ta các phần tử khóa 32 bit từ khóa 256 bit một phƣơng pháp đơn giản đƣợc áp dụng. Khóa đƣợc hiểu nhƣ một mảng gồm 8 phần tử khóa : K=(k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8). Các phần tử này đƣợc sử dụng trong các vòng mã mỗi khóa đƣợc xem đến 3 lần theo thứ tự xuôi và một lần theo chiều ngƣợc lại, cuối cùng là mỗi phần tử khóa đƣợc sử dụng đúng 4 lần. Trong bảng 4 chỉ ra thứ tự của vòng và phần tử khóa đƣợc sử dụng. Vòng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Phần K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 tử khóa Vòng 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Phần K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K8 K7 K6 K5 K4 K3 K2 K1 tử khóa Bảng 4 thứ tự sử dụng các phần tử khóa trong vòng mã của GOST 28147 – 89 Hoàng Thị Trang 48 Lớp CT901
  49. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Trong thuật toán Rijndael sử dụng lƣợc đồ phức tạp hơn một chút, có tính đến khả năng khác nhau về kích thƣớc của khối mã và khóa. Tồn tại hai thuật toán để sinh ra dãy các phần tử khóa cho khóa kích thƣớc 128/192 bit và cho khóa kích thƣớc 256 bit, chúng tƣơng đối giống nhau và chỉ khác nhau chút ít. Khóa và dãy khóa đƣợc biểu diễn chính bằng các từ của khóa cũng nhƣ trong GOST. Các từ sau của dãy khóa đƣợc chọn theo quan hệ đồng dƣ từng nhóm một, là bội của kích cỡ khóa. Từ 4 byte đầu tiên của nhóm nhƣ vậy đƣợc tạo bởi việc sử dụng một biến đổi phi tuyến đủ phức tạp, những từ còn lại theo một quan hệ tuyến tính đơn giản. Nhƣ vậy thuật toán tạo dãy khóa trong mã Rijndael là phức tạp hơn so với trong GOST. Tuy vậy, nó cũng đủ đơn giản và hiệu quả và đóng góp đáng kể vào khối lƣợng tiêu tốn tính toán chung khi mã tốc độ mã cùng với việc tính các phần tử khóa chút ít nhỏ hơn tốc độ mã cùng với khóa đã đƣợc chuẩn bị từ trƣớc. Chọn các nút thay thế và các hằng số khác Các phần tử khóa dùng trong thời gian dài (các nút thay thế) là những hằng số quan trọng nhất của GOST 28147 - 89. Chúng không đƣợc chỉ ra trong chuẩn mà đƣợc cung cấp bởi các tổ chức chuyên nghành đặc biệt, chuyển giao cho ngƣời sử dụng khóa mã này. Vì thế không đƣa ra một tiêu chuẩn thiết kế nào cho các nút thay thế này. Từ những suy luận chung có thể nhận thấy rằng, trƣớc hết các nút thay thế đƣợc chọn bằng việc sử dụng một trong những phƣơng pháp thiết kế các nút, sau đó đƣợc đánh giá theo một số tiêu chuẩn, khi đó những nút không đủ tiêu chuẩn sẽ bị bỏ đi. Trong số các tiêu chuẩn đánh giá, có lẽ có mặt các tiêu chuẩn sau : Độ phức tạp và tính phi tuyến của hàm bool mô tả các nút Đặc tính vi phân của các nút thay thế Đặc tính tuyến tính của các nút thay thế Khác với những ngƣời tạo ra GOST 28147 - 89, các tác giả của mã pháp Rijndael không giấu các tiêu chuẩn thiết kế vecto thay thế. Khi thiết kế chúng, Hoàng Thị Trang 49 Lớp CT901
  50. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga bên cạnh các yêu cầu đơn giản nhƣ tính có ngƣợc và tính đơn giản khi mô tả còn có những suy tính sau đƣợc để ý đến : Cực tiểu hóa đặc tính tƣơng quan lớn nhất theo giá trị giữa các tổ hợp tuyến tính của các bit vào và các bit ra Cực tiểu hóa giá trị không tầm thƣờng lớn nhất trong bảng EXOR Độ phức tạp của biểu thức đại số mô tả nút trong GF(2) Tính năng suất và độ tiện lợi khi thể hiện Khi đánh giá tính hiệu quả đạt đƣợc đối với cài đặt thiết bị của mã pháp thì tiêu chuẩn chủ yếu là số lƣợng và độ phức tạp của các phép tính cơ sở cần phải thực hiện trong một vòng lặp và cả khả năng song song hóa thuật toán. Khi đánh giá tính hiệu quả của các cài đặt chƣơng trình có thể thì mối quan tâm chính là việc cài đặt trên những nền tảng 32 bit, vì các máy tính 32 bit tại thời điểm hiện tại chiếm chủ yếu đến cộng đồng máy tính của loài ngƣời. Việc cài đặt trên các bộ vi xử lý 8 bit cũng cần chú ý, vì đó là công nghệ chủ yếu của thẻ thông minh. Các thiết bị tƣơng tự có thể đƣợc sử dụng trong các hệ thống khác nhau thanh toán chuyển khoản, chúng ngày một trở nên phổ biến trên thế giới số ngƣời sử dụng các hệ thống nhƣ vậy trong thời gian cuối tăng với tốc độ lớn. Chuẩn mã GOST 28147 -89 của nƣớc Nga thuận tiện thể hiện trong thiết bị cũng nhƣ phần mềm. Với kích thƣớc khối dữ liệu bằng 64, công việc chủ yếu đƣợc tiến hành với một nửa của khối này, đó là các từ 32 bit, điều này cho phép thể hiện hiệu quả chuẩn mã của nƣớc Nga trên phần lớn các máy tính hiện đại. GOST cũng có khả năng thực hiện hiệu quả trên các bộ vi xử lý 8 bít, bởi vì các phép tính cơ sở tạo nên nó có trong bộ lệnh của phần lớn các bộ điều khiển phổ dụng nhất. Khi đó phép cộng theo modulo 232 buộc phải chia ra một phép cộng không nhớ và phép cộng có nhớ, đƣợc thực hiện tuần tự. Tất cả các phép toán còn lại cũng có thể biểu diễn trong thuật ngữ của các toán hạng 8 bit. Khi thực hiện GOST bằng thiết bị, một vòng chính là việc thực hiện liên tiếp 3 phép toán của các tham số 32 bit : cộng, phép thế (đƣợc thực hiện đồng thời tại cả 8 nhóm 4 bit) và phép cộng từng bit theo modulo 2. Phép dịch vòng không là một Hoàng Thị Trang 50 Lớp CT901
  51. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga phép toán riêng biệt, vì đƣợc đảm bảo bằng chuyển mạch đơn giản của các dây dẫn. Nhƣ vậy, với thực hiện bằng thiết bị một vòng mã yêu cầu thực hiện 106 phép toán cơ sở và công việc này không thể song song hóa đƣợc. Đặc điểm của thuật toán Rijndael Bây giờ chúng ta xét đến các đặc điểm của việc thực hành thuật toán Rijndael. Đây là một thuật toán định hƣớng theo byte, có nghĩa là hoàn toàn có thể phát biểu theo thuật ngữ của các phép tính theo byte. Trong thuật toán sử dụng rộng rãi các phép toán đại số trên trƣờng hữu hạn, trong đó phép nhân trong GF(28) là khó thể hiện nhất. Việc thực hiện trực tiếp các phép tính đó dẫn đến một thể hiện không hiệu quả của thuật toán. Tuy vậy cấu trúc byte của mã pháp mở ra các khả năng mở rộng lớn cho việc lập trình. Phép thế byte theo bảng cùng với phép nhân sau đó với hằng số trong trƣờng GF(28) có thể biểu diễn nhƣ là một phép thế theo bảng. Trong biến đổi xuôi có 3 hằng số đƣợc sử dụng (01, 02, 03) và vì thế cần có bảng 3 nhƣ vậy, còn trong biến đổi ngƣợc có 4 hằng số (OE, 0D, 0B, 09). Khi tổ chức khéo quá trình mã thì phép dịch byte theo từng dòng của ma trận dữ liệu có thể không cần thực hiện. Khi viết cho các máy 32 bit có thể cài đặt phép thế theo byte và phép nhân phần tử ma trận dữ liệu với cột của ma trận M nhƣ là một phép thay 8 bit bằng 32 bit. Nhƣ vậy, tất cả chƣơng trình cho một vòng mã của phƣơng án khối dữ liệu 128 bit sẽ dẫn đến 4 lệnh tải các phần tử khóa vào thanh ghi, 16 lệnh tải byte vào thanh ghi và lấy từ bộ nhớ ra giá trị đã đƣợc đánh chỉ số. Giá trị này đƣợc sử dụng trong phép tính theo byte. Đối với các bộ xử lý Intel Pentium không có đủ số thanh ghi còn cần thêm 4 lệnh tải nội dung các thanh ghi vào bộ nhớ, nhƣ vậy trên những bộ xử lý đã chỉ ra một vòng mã theo thuật toán Rijndael có thể thực hiện sau 40 lệnh hoặc sau 20 nhịp của bộ xử ký có phép tính đến khả năng thực hiện song song các lệnh bởi bộ xử lý. Cho 14 vòng mã của một chu trình mã sẽ cần 280 nhịp, cộng thêm một số nhịp thêm vào để cộng thêm khóa. Thêm vào một số nhịp cho phép giữ chậm bên trong bộ vi xử lý, chúng ta nhận đƣợc đánh giá 300 nhịp cho một chu trình mã. Trên bộ xử ký Pentium Pro- 200 về mặt lý thuyết cho phép đạt đến tốc độ Hoàng Thị Trang 51 Lớp CT901
  52. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga khoảng 0,67 triệu khối trong một giây hay khoảng 8,5 Mbyte/s ( Mỗi khối có 128 bit). Đối với các phƣơng án có số vòng ít hơn thì tốc độ tăng lên theo tỉ lệ. Phép tối ƣu chỉ ra trên đây, tuy vậy yêu cầu tiêu tốn một lƣợng xác định bộ nhớ. Cho mỗi cột của ma trận M xây dựng vecto thay thế của mình từ 1 byte sang từ có 4 byte. Hơn nữa, cho vòng cuối cùng trong đó không có phép nhân với ma trận M, cần có một vecto thay thế riêng cùng kích cỡ. Điều này yêu cầu sử dụng 5 x 28 x 4=5 Kb bộ nhớ để lƣu trữ các nút thay thế mã và cũng một lƣợng nhƣ thế cho khi dịch, tất cả là 10 KB. Đối với các máy tính hiện đại trên sơ sở Intel Petium dƣới sự điều khiển của hệ điều hành Windows 9x/NT/2000 thì không là một yêu cầu gì lớn cả. Kiến trúc định hƣớng theo byte của thuật toán Rijndael hoàn toàn cho phép thể hiện hiệu quả của nó trên các bộ vi xử lý 8 bit, chỉ sử dụng các phép tải vào/ra thanh ghi, lấy các byte đã đƣợc đánh chỉ số trong bộ nhớ và phép cộng bit theo modulo 2. Đặc điểm đã chỉ ra cũng cho phép thực hành lập trình hiệu quả của thuật toán. Một vòng mã cần thực hiện 16 phép thế theo byte cộng thêm „‟loại trừ hoặc‟‟ theo bit trên các khối 128 bit, chúng có thể thực hiện trong 3 giai đoạn. Tổng lại là 4 thao tác cho một vòng hoặc 57 thao tác cho một chu trình mã 14 vòng có tính đến một số thao tác thêm cho phép cộng khóa theo modulo 2 tức là vào khoảng 2 lần ít hơn GOST. Vì thuật toán Rijndael có độ dài khối 2 lần lớn hơn, nên điều này dẫn đến ƣu thế gấp 4 lần về tốc độ với điều kiện thực hiện máy trên cơ sở cùng một công nghệ. Chú ý rằng đánh giá trên chỉ là thô. Khi đánh giá các đặc trƣng thực tế tốc bằng chƣơng trình của hai thuật toán trên nền Intel Petium, với thuật toán Rijndael chúng ta xem xét phƣơng án có 14 vòng. Cho mỗi thuật toán. Bằng ngôn ngữ C đã viết một hàm tƣơng đƣơng để mã một khối, trong đó có các dãy các vòng đƣợc trải ra ở dạng mã tuyến tính điều này cho phép đạt đƣợc tốc độ tối đa. Trong những hàm tƣơng đƣơng sử dụng các thông tin khóa ngẫu nhiên và các nút thay thế ngẫu nhiên, nhƣng điều đó không ảnh hƣởng gì đến tốc độ thi hành bởi vì tốc độ thực hiện của các lệnh Hoàng Thị Trang 52 Lớp CT901
  53. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga đƣợc sử dụng không phụ thuộc vào các toán hạng của nó. Các hàm thực hiện đƣợc việc mã đƣợc gọi hàng chục triệu lần và đo thời gian nó chạy, con số này đƣợc dùng làm chỉ số về tốc độ. Để biên dịch và xây dựng modulo thực thi đã sử dụng trình dịch Intel C++ v 4.5, vì nó cho phép nhận mã lệnh với tốc độ cao nhất. Cũng đã thử nghiệm với các trình biên dịch MS Visual C++ v 6.0, Boland C ++ v 5.5 và C++ v 2.95.2, nhƣng mã nhận đƣợc khi sử dụng chúng cho tốc độ kém hơn. Mã đƣợc tối ƣu hóa đối với các bộ xử lý Intel Petium và Intel Petium Pro/II/III. Với sự giúp đỡ của các bài toán thử nghiệm, tốc độ thực hiện các mã pháp đã đƣợc đo trên các bộ xử lý Intel Petium 166 MHz và Intel Petium III 433 MHz. Kết quả đo ở trong bảng sau : Bộ xử lý GOST 28147- 89 Rijndael 14 vòng Petium 166 2,04 Mbyte/s 2,46 Mbyte/s Petium III 433 8,03 Mbyte/s 9,36 Mbyte/s Các chỉ số về tốc độ thực hiện của các thuật toán đƣợc so sánh Nhƣ vậy, các thuật toán đƣợc xem xét có tốc độ so sánh đƣợc với nhau khi thực hiện trên nền 32 bit. Trên các nền 8 bit, bức tranh có lẽ cũng nhƣ vậy. Còn đối với việc cài đặt trên phần cứng khác với thuật toán mã GOST, Rijndael cho phép đạt đƣợc một mức độ song song hóa cao khi thực hiện thuật toán vì thao tác với các khối có kích thƣớc nhỏ hơn và số vòng ít hơn, nên về mặt lý thuyết việc cài đặt cứng nó sẽ đạt đƣợc tốc độ nhanh hơn so với GOST trên cùng một nền công nghệ theo các đánh giá thô vào 4 lần. Việc so sánh đƣợc tiến hành trên đây cho các tham số của 2 thuật toán mã hóa GOST 28147 – 89 và Rijndael đã chỉ ra rằng, mặc dù có sự khác biệt đáng kể trong nguyên tắc kiến thiết mà các mã pháp dựa vào, các thông số làm việc chính là gần nhƣ nhau. Điểm ngoại trừ là gần nhƣ chắc chắn Rijndael có ƣu thế hơn về tốc độ so với GOST khi cài đặt máy trên cùng một công nghệ. Theo các tham số quan trọng về độ bền vững cho những thuật toán dạng đó, không thuật toán nào có đƣợc ƣu thế đáng kể, ngay cả tốc độ của một chƣơng trình tối ƣu Hoàng Thị Trang 53 Lớp CT901
  54. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga trên bộ xử lý Intel Petium là cũng nhƣ nhau, điều này có thể ngoại suy ra mọi bộ xử lý 32 bit hiện đại khác. Nhƣ vậy, có thể rút ra kết luận là chuẩn mã dữ liệu của nƣớc Nga đáp ứng đƣợc các yêu cầu của các mã pháp hiện đại và có thể là chuẩn trong một thời gian dài nữa. Bƣớc dễ thấy tiếp theo trong việc tối ƣu hóa nó có thế là việc chuyển phép thế trong các nhóm 4 bit sang phép thế theo byte, điều này sẽ làm tăng hơn nữa tính bền vững của thuật toán với dạng phân tích mã đã biết. 3.8 So sánh chuẩn chữ ký số DSS với chuẩn chữ ký số GOST P34.10 - 2001 Nhìn chung hai chuẩn này cách thức tƣơng tự nhau, song một số điểm khác nhau là Tiêu chí DSS GOST P34.10-2001 Hàm băm 160 bit 256 bit Tham số P=512bit, q=160 bit 2509<p<2512,21020<p<21024 2254<q<2256 Hộp thay thế S-box Cố định Thay đổi theo tuần, tháng Áp dụng Toàn thế giới Nƣớc Nga Ƣu điểm Linh động, tùy chọn An toàn cao Nhƣợc điểm Dễ dò tìm tấn công Tốc độ chậm, lƣu trữ lớn Hàm băm Chuẩn chữ ký số Nga, hàm băm có độ dài 256 bit lớn hơn của chuẩn chữ ký DSS 160 bit. Việc tăng độ dài giá trị hàm băm làm giảm xác xuất đụng chạm, tƣơng ứng với nó là bậc của phần tử sinh, điều này làm cho việc giải bài toán logarithm rời rạc sẽ khó hơn khi cần tìm khóa bí mật. Chọn tham số Chuẩn chữ ký số của Nga đƣợc lập sau phƣơng án chuẩn của nƣớc Mỹ, cho nên các tham số của thuật toán này đƣợc chọn với trù tính về khả năng tiềm tàng Hoàng Thị Trang 54 Lớp CT901
  55. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga của ngƣời mã thám trong việc thám mã. Tăng độ dài phép cho phép modulo nguyên tố p, tức là một cách tƣơng ứng tăng độ phức tạp của việc tính logarit rời rạc và làm khó hơn việc giả mạo chữ ký. Hộp thay thế S- box Chuẩn chữ ký số Nga GOST P34.10 – 2001 có hộp S- box thay đổi liên tục theo thời gian liên tục khác chữ ký sô DSS hộp thay đổi S-box cố định trong thời gian dài. Việc này làm cho chuẩn chữ ký số Nga trở lên an toàn cao hơn. Hoàng Thị Trang 55 Lớp CT901
  56. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Chương 4 Nhận xét và kết luận về thuật toán mã hóa Liên Bang Nga 4.1 Mở đầu Mô tả chi tiết của thuật toán mã hóa của Liên Bang Nga đã đƣợc công bố trong GOST 28147 - 89. Mục đích của những ngƣời thiết kế là cung cấp một thuật toán mã hóa có độ mật mền dẻo. Thuật toán là một ví dụ của hệ mật kiểu DES cùng với lịch trình khóa đƣợc đơn giản hóa tối đa, nó mã bản thông báo 64 bit thành bản mã có 64 bit bằng khóa 256 bit. 4.2 Mô tả thuật toán GOST KSU R R1 2 K + 0 CM 1 K S1 S2 S K7 R 4 CM2 R2 R1 Hình 1. Đƣờng đi của dữ liệu trong một vòng mã/dịch của GOST Thuật toán gồm 32 vòng lặp, (hai lần nhiều hơn DES). Mỗi vòng lặp đƣợc chỉ ra ở hình 1. Có 2 phần tử bí mật là khóa mật mã K 256 bit gồm 8 từ 32 bit lƣu KSU, và hộp S-box S1, S8. Khóa mật mã K=(K0, , K7) đƣợc lƣu trữ trong thiết bị lƣu trữ khóa (KSU- key storage unit) nhƣ một dãy của 8 từ 32 bit (K0, , K7). Mỗi từ khóa 32 bit Ki đƣợc gọi khóa thành phần (i=0, ,7). Để mã bản rõ 64 bit, trƣớc hết nó đƣợc chia bản rõ ra làm 2 nửa 32 bit và đƣợc đặt vào thanh ghi R1và R2. Nội dung Hoàng Thị Trang 56 Lớp CT901
  57. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 32 của thanh ghi đƣợc cộng theo modulo 2 vào khóa thành phần K0 (bộ cộng 32 CM1), tức là: R1+K0(mod 2 ). Dãy thu đƣợc chia 8 khối 4 bit. 8 khối 4 bit này là đầu vào của hộp S-box tƣơng ứng S1, , S8. Mỗi Si là một hoán vị, 8 đầu ra khối 4 bit của hộp S-box đƣợc lƣu trong thanh ghi dịch R, nội dung thanh ghi này dịch trái 11 bit cao(về phía bit bậc cao). Nội dung của thanh ghi R bây giờ đƣợc cộng modulo 2 với nội dung thanh ghi R2 bằng bộ cộng CM2. Nội dung từ sẽ đƣợc lƣu trong R1 và giá trị cũ đƣợc lƣu trong R2. Đến đây kết thúc vòng lặp thứ nhất. Các vòng lặp khác tƣơng tự nhƣ vòng thứ nhất. Trong vòng lặp thứ 2, chúng ta sử dụng khóa k1 từ KSU. Các vòng lặp thứ 3, 4, 5, 6, 7, 8 sử dụng tƣơng ứng các khóa thành phần k2, k3, , k7. Các vòng lặp thứ 9 đến 16 và từ 17 đến 24 cũng sử dụng các khóa thành phần này. Các vòng lặp 25 đến 32 sử dụng khóa thành phần theo thứ tự ngƣợc lại, tức là vòng lặp thứ 25 sử dụng khóa k7, vòng lặp thứ 26 sử dụng khóa k6 và cứ tiếp tục nhƣ vậy. Vòng lặp cuối cùng dùng khóa k0. Cho nên thứ tự của các khóa thành phần trong 32 vòng lặp là: k0, k7, k0, k7, k0, k7, k7, k0 Sau 32 vòng lặp, đầu ra từ bộ cộng CM2 đƣợc đặt trong R2, còn R1 giữ nguyên giá trị cũ. Nội dung của các thanh ghi R1 và R2 là bản mã 64 bit cho bản rõ có 64 bit. 4.3 Các tính chất tổng quát của GOST Thuật toán GOST lặp lại cấu trúc tổng thể của DES. Rõ ràng là những ngƣời thiết kế nó đã cố gắng để đạt đƣợc sự cân bằng giữa tính hiệu quả của thuật toán và độ mật của nó. Nó sử dụng các khối đƣợc xây dựng thƣờng lệ và đơn giản. Đặc biệt, GOST khác DES ở những điểm sau: 1. Lịch trình khóa phức tạp đƣợc bỏ qua thay vào là dãy có quy tắc của các khóa thành phần 2. Khóa mật mã có độ dài 256 bit so với 56 bit của DES. Hơn nữa, lƣợng thực tế thông tin mật trong hệ thống, bao gồm cả các S-box gộp lại xấp xỉ 610 bit thông tin. Hoàng Thị Trang 57 Lớp CT901
  58. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 4 4 3. 8 hộp S- box S1, S8 là các hoàn vị GF(2 ) GF(2 ), về tổng thể chỉ đòi hỏi không gian lƣu trữ tƣơng đƣơng với 2 S- box của DES 4. khóa con cho mỗi vòng lặp là 32 bit cho phép cộng có nhớ chứ không phải là phép XOR 48 bit của DES 5. Phép hoán vị khối bất qui tắc P trong DES đƣợc thay bởi thanh ghi dịch đơn giản R, nó quay nội dung đi 11 bit về bên trái sau mỗi vòng. 6. Số vòng đƣợc tăng từ 16 lên 32. Do độ mật của thuật toán phụ thuộc cả vào khóa mật mã và 8 phép thế Si i=1, ,8, nên ngƣời sử dụng cần phải biết nên chọn 2 thành phần bí mật này nhƣ thế nào? Khóa mật mã có thể chọn ngẫu nhiên, nhƣng việc chọn các hoán vị Si đƣợc dành cho ngƣời có chức trách, ngƣời biết chọn những hoán vị tốt. Từ quan điểm của ngƣời sử dụng, độ mật đƣợc liên quan tới tính bảo mật của khóa K. Chú ý rằng ngƣời có trách nhiệm có thể chọn các S – box sao cho họ có thể phá đƣợc hệ mật ( ví dụ, bằng cách chọn các hoán vị tuyến tính hay affine). Chúng ta hãy xem xét cấu trúc của thuật toán GOST, bạn có thể hỏi xem phải chăng việc sử dụng các hoán vị thay cho một lớp lớn hơn nhiều tất cả các hàm số có thể làm giảm độ an toàn? Even và Goldreich đã chứng minh rằng một phép mã kiểu DES bất kỳ với một phép lặp. L‟=R R‟=L f(R,K) Sinh ra một nhóm luân phiên với f: GF(232) GF(232) là hàm boolean, đầu vào là (L, R). Sau đó Pieprzyk và Zhang đã chỉ ra rằng nếu f là hoán vị thì hàm mã kiểu DES vẫn sinh ra nhóm luân phiên. Nhƣ vậy, việc sử dụng các hoán vị thay cho các hàm không làm suy giảm độ mật của thuật toán khi xem xét với một số vòng lớn. Việc kết nối của CM1, các S – box và phép dịch vòng R có thể xem nhƣ hàm vòng F. Hàm F ánh xạ chuỗi đầu vào 32 bit. Phần trung tâm của hàm F là 8 S – box kích thƣớc 4*4. Trƣớc hết, hàm F thực hiện việc chia chuỗi đầu vào 32 bit Hoàng Thị Trang 58 Lớp CT901
  59. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga thành 8 khối, mỗi khối 4 bit, và sau đó thay mỗi khối bằng 4 bit đƣợc định ra bởi S- box tƣơng ứng. Bạn có thể thấy các bit ra của hàm F bị ảnh hƣởng bởi các tổ hợp khác nhau của đầu vào phụ thuộc vào vị trí của nó. Điều này đƣợc giải thích bởi tính chất của việc kết nối phép cộng modulo 232 và các S- box. Phép cộng modulo 232 tạo đầu ra là phi tuyến tất cả ( trừ một trƣờng hợp bit ra có nghĩa nhỏ nhất ). Điều này dẫn chúng ta tới bổ đề. Bổ đề 1: Các đầu ra của Si bị ảnh hƣởng bởi 4i bit của bản rõ từ thanh ghi R1 và 4i bit của khóa thành phần (i=1, ,8) Vị trí của S1 làm cho nó đặc biệt dễ bị tổn thƣơng đối với tấn công tuyến tính. Hoán vị S1 đƣợc chọn cẩn thận nhất sao cho đầu ra của S1 có độ phi tuyến tối đa. Nếu quan tâm đến hàm F thì GOST hoàn toàn sánh đƣợc với DES vì nó có quan hệ giữa đầu vào /đầu ra phức tạp hơn. Một vấn đề hết sức thú vị là việc chọn các S –box sao cho nó có tính phi tuyến cao. Nói chung, phép cộng làm tăng tính tuyến tính, nhƣng cũng có trƣờng hợp nó làm suy giảm độ phi tuyến của hàm F đến mức kém hơn độ phi tuyến của chính các S- box. 4.4 Các phép dịch vòng R trong GOST Ảnh hƣởng chính của hàm vòng là cung cấp tính khuyếch tán. Để nghiên cứu điều này, chúng ta giả sử rằng KSU = 0. Trƣớc hết chúng ta chỉ tập trung vào hiệu ứng trộn của phép dịch vòng trong một nhánh của thuật toán Xét 2 trƣờng hợp của thuật toán ở chế độ thay thế đơn giản. 1. Các S-box là ánh xạ đồng nhất 2. Các S- box là các hàm căng hoàn toàn có nghĩa là mỗi bit vào ảnh hƣởng đến mọi đầu ra của S- box, hay tƣơng đƣơng là mỗi bit ra phụ thuộc vào mọi bit vào. i Ký hiệu Rl là đầu vào của nửa bên phải của thuật toán tại vòng thứ i và i i a0 , a31 là từng bit đầu vào tại vòng này. trường hợp 1: Các S-box là ánh xạ đồng nhất. Hoàng Thị Trang 59 Lớp CT901
  60. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga 1 Xem xét các bit ảnh hƣởng bởi a 0, bit đầu vào thứ nhất của vòng 1. Ta có: 1 2 3 4 5 6 7 a 0 a 11 a 22 a 1 a 12 a 23 a 2 10 13 16 19 22 28 31 a 3 a 4 a 5 a 6 a 7 a 9 a 10 1 Ký hiệu có nghĩa là sau 3 vòng lặp. Nhƣ vậy sau 32 vòng lặp thì a 0 ảnh hƣởng tới tất cả các bit khác của một nửa R1 đúng một lần. Dễ thấy mọi phép dịch vòng rot(j) khác (dịch R1 đi i vị trí) cũng có tính chất này nếu nhƣ gcd(i,32)=1, hay i là lẻ. Trường hợp 2: Các S-box là hàm căng hoàn toàn 1 Xét ảnh hƣởng của bit a0 trong trƣờng hợp đầu vào của S-box ảnh hƣởng tới mọi bit ra. Ảnh hƣởng của bit này đƣợc lan truyền tới tất cả 32 bit của R1 chỉ sau 1 4 5 7 8 8 vòng. Chúng ta chú ý rằng a 0 => a 0 a 0 => a 0 a 0 Trong đó chỉ một vòng lặp còn => chỉ nhiều vòng lặp. Mức độ lan truyền của mỗi vòng xác định các mối phụ thuộc hàm, có nghĩa là nếu tại vòng 1, 16 bit đƣợc ảnh hƣởng thì một bit bị ảnh hƣởng tại vòng 4 phụ thuộc vào 16 bit đầu vào. Chúng ta chú ý rằng nếu phép dịch vòng là không phải bội 4 thì sự lan truyền xảy ra và 8 vòng là con số cần thiết để ảnh hƣởng tới tất cả mọi bit của R1. Tuy nhiên việc lan truyền phụ thuộc vào phép dịch. Ví dụ, nếu phép dịch là rot(1) thì 1 i ảnh hƣởng của a 0 không đến đƣợc a 31 với i<8. chúng ta có thể so sánh các phép quay vòng bằng cách đƣa ra độ đo p(i) đó là số vòng nhỏ nhất cần thiết để các bit bị ảnh hƣởng chiếm tất cả các vị trí trong R1. Chúng ta đã thấy rằng p(1)=8 và p(11)=4. Vì gcd(i, 32)=1 nên hoặc i 1(mod 4). Bây giờ, thay đổi 1 hoặc 3 bit đầu vào ảnh hƣởng tới cả 4 bit đầu ra của S -box. Cho nên để so sánh ảnh hƣởng của các phép quay chúng ta chỉ cần xem xét các phép quay rot(i) với hoặc i=1, 5, 29 hoặc i= 3, 7, 31 p(i) hoàn toàn đƣợc xác định bằng thƣơng của i chia cho 4. Từ chú ý này chúng ta kết luận rằng số vòng nhỏ nhất sao cho các bit bị ảnh 1 hƣởng bởi a 0 bao phủ tất cả các vị trí trong R1 ít nhất một lần đƣợc ra nhƣ trong bảng 1. Chúng ta chú ý rằng giá trị nhỏ nhất p(i) bằng 4, điều này xảy ra với các Hoàng Thị Trang 60 Lớp CT901
  61. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga phép quay rot(9), rot (11), rot(21), rot(23). Có thể thấy rằng số vòng nhỏ nhất cần thiết cho khuyếch tán thành khối 8 bit sau 2 vòng. Sau 3 vòng, khối 8 bit khuyếch tán thành khối 12 bit. Mặc cho các khối này đƣợc sắp xếp nhƣ thế nào chúng vẫn không phủ hết 32 bit( Nhiều nhất nếu chúng không có vùng chung, chúng sẽ phủ 4+8+12=24 bit). Cho nên ít nhất cần 4 vòng để có khuyếch tán hoàn toàn. Bảng 1. Sự lan truyền gây ra bởi phép quay Rot(i) 1 5/ 9 1 1 2 2 2 /3 7 /1 3/1 7/1 1/2 5/2 9/3 P(i) 8 5 4 5 5 4 5 8 Cũng chú ý rằng 11 và 23 không là ƣớc của 232-1, đó là modulos của bộ cộng CM4 ( bộ cộng CM4 đƣợc sử dụng trong chế độ dòng.). Điều này có ảnh hƣởng tới quyết định chọn phép quay 11 bit cho thanh ghi dịch vòng. Trong phân tích trên chúng ta còn chƣa tính đến việc đổi 2 nửa. Để nghiên i cứu việc này chúng ta có thể bắt đầu thuật toán với R2=0. Giả sử R2 ký hiệu đầu vào bên tay trái của thuật toán tại vòng thứ i, chúng ta cũng ký hiệu rot(i) bởi ri và S là ánh xạ sinh bởi S-box. (S: GF(232) GF(232)). Cùng với các qui ƣớc này, các phƣơng trình tƣợng trƣng cho 2 vòng của thuật toán là: 2 2 R1 = R1 riSriSRi, R2 = riS1R1 Và sau 3 vòng là 3 R1 = riSR1 riS(Ri riSriSR1) ; 3 R2 = R1 riSriSR1. Nếu ta giả thiết rằng riS(Ri riSriSR1)= riSRi riSriSR1 Chúng ta có thể nói một điều gì đó về tính khuyếch tán của R1 bởi hai nửa. Sử 5 5 dụng quan hệ này, chúng ta thấy rằng sau 5 vòng cả R 1 và R 2 đều chứa thành phần r1SriSriSR1. Nhƣng cái này có thể viết lại nếu sử dụng dữ kiện là riS=S‟ri với S‟ nào đó (các ri và các S- Box tạo thành nhóm) cho nên: Hoàng Thị Trang 61 Lớp CT901
  62. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga (4) 4 (n) r1SriSriSR1=S r1 R1. (S ký hiệu tổ hợp của n S-box, tức là tích của các hoán vị đƣợc sinh ra). Theo bảng 1, chúng ta thấy rằng 5 vòng là yêu cầu cho tính khuyếch tán theo cả hai bên cho thuật toán với các phép quay rot(9), rot(11), rot(21), rot(23). 4.5 Lựa chọn các S-box Chúng ta chú ý rằng GOST có độ dài khóa hữu ích xấp xỉ 610 bit, trong đó 256 bit đƣợc sử dụng để biểu diễn khóa còn các bít còn lại biểu diễn các S-box. Hộp S-box có 8 hộp, là phép hoán vị của số nguyên [0,1,2 ,15] và có cả thảy 16! 2442 ánh xạ nhƣ vậy. Từ đó suy ra rằng cần 354 8*44.2 bit để chỉ ra 8 S- box ngẫu nhiên từ tập tất cả các hoán vị 4 bit, tựu trung lại là 610=256+354 bit khóa. Để giảm độ dài của khóa, những ngƣời thiết kế có thể làm bằng cách sinh ra một tập các S-box có kích thƣớc tƣơng đối nhỏ, ví dụ 10000 và sử dụng khóa để chỉ ra S- box trong tập đƣợc chọn cố định ấy. Nhƣ đã nói ở trên, tập tất cả các S-box là rất lớn, và không cho phép vét cạn để tìm ra S-box làm tối ƣu hóa các tiêu chuẩn. Các thí nghiệm đã đƣợc làm bằng cách chọn ngẫu nhiên các S-box, sau đó các S-box đƣợc kiểm tra tính thích hợp bằng tấn công vi sai và tấn công tuyến tính. Hoàng Thị Trang 62 Lớp CT901
  63. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Kết luận Kết quả thu đƣợc qua nghiên cứu, tìm hiểu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga. - Nắm lý thuyết mật mã học cơ sở lý thuyết nghiên cứu chữ ký số. - Tìm hiểu một số chữ ký số tiêu biểu : RSA, Elgamal, DSS, hàm băm và ứng dụng. - Tìm hiểu nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga đang sử dụng là chuẩn chữ ký số GOST P34.10 – 94 và GOST P34.10 – 2001. Kết quả quan trọng nhất thu đƣợc qua đồ án này là thuật toán Gost về mặt cấu trúc tổng thể không khác DES là mấy song chuẩn chữ ký số Nga đã xây dựng dựa trên kinh nghiệm của thế giới, và khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm và những khả năng không thực hiện đƣợc của DES. Chuẩn chữ ký số Nga năng suất và tiện lợi khi thể hiện nhƣ thế nào ? - Thuận tiện thể hiện trong thiết bị cũng nhƣ phần mềm. - Thể hiện hiệu quả chuẩn mã phần lớn trên máy tình hiện đại và các thẻ thông minh. - Khả năng thực hiện hiệu quả trên các bộ vi xử lý 8 bit. - đáp ứng đƣợc các yêu cầu của mã pháp hiện đại và có thể là chuẩn trong thời gian dài nữa. Hƣớng phát triển - Cài đặt ứng dụng cụ thể thực tiễn. - Áp dụng thực tiễn vào công nghệ thông tin ở Việt Nam nhƣ vấn đề chính phủ điện tử Hoàng Thị Trang 63 Lớp CT901
  64. Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu, nghiên cứu chuẩn chữ ký số Liên Bang Nga Các tài liệu tham khảo [1]. Phan Đình Diệu (2000) Giáo trình an toàn thông tin và mật mã (ĐHQG HN) [2]. Nguyễn Ngọc Cương 2003) Bài giảng An Toàn Thông Tin (DDHDL PĐ) [3]. Trịnh Nhật Tiến (2008) Giáo trình An Toàn Thông Tin. [4]. Neal Koblitz A Course in Number Theory and Cryptography [5]. AlfoedJ. Merezes Hand book of Applied Cryptography, 2000 [6]. C.Γ.Бapumeb, B.B.Γ.Tapob, P.E.Cepob cơ sở của mật mã học hiện đại NXB Mockba, Tạp chí điện tử viễn thông năm 2002 trang (96 – 100) [7]. C.Γ.Бapumeb, B.B.Γ.Tapob, P.E.Cepob cơ sở của mật mã học hiện đại NXB Mockba, Tạp chí điện tử viễn thông năm 2005. Hoàng Thị Trang 64 Lớp CT901