Xem mẫu
- TRƯ NG I H C K THU T CÔNG NGHI P THÁI NGUYÊN
KHOA I N T
------------o0o------------
TÀI NGHIÊN C U KHOA H C
NĂM 2012
MÃ HÓA B O M T
TRONG WIMAX
Nhóm sinh viên th c hi n
Ch nhi m tài : Trương Văn Dương
C ng tác viên : Hoàng Công Thá
Nguy n Th Ng c Anh
Thái Nguyên, ngày 14 tháng 04 năm 2012
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
L I NÓI U
Vi n thông là m t lĩnh v c phát tri n m nh m , không ch gia tăng v m t
d ch v mà v n công ngh cũng ư c quan tâm nh m áp ng nhu c u ngày
càng cao c a ngư i s d ng, c bi t là v n b o m t thông tin c a ngư i s
d ng trong môi trư ng truy n d n không dây wireless. Thông tin không dây
(wireless-hay còn ư c g i là vô tuy n) ang có m t t i kh p m i nơi và phát
tri n m t cách nhanh chóng, các h th ng thông tin di ng t bào s d ng công
ngh GSM và CDMA ang d n thay th các h th ng m ng i n tho i c nh
h u tuy n.Các h th ng m ng LAN không dây- còn ư c bi t v i tên thông
d ng hơn là Wi-fi cũng ang hi n h u trên r t nhi u tòa nhà văn phòng, các khu
vui chơi gi i trí. Trong vài năm g n ây m t h th ng m ng MAN không dây
(Wireless MAN) thư ng ư c nh c nhi u n như là m t gi i pháp thay th và
b sung cho công ngh XDSL là Wimax. Wimax còn ư c g i là Tiêu chu n
IEEE 802.16, nó áp ng ư c nhi u yêu c u k thu t và d ch v kh t khe mà
các công ngh truy nh p không dây th h trư c nó (như Wi-fi và Bluetooth)
chưa t ư c như bán kính ph sóng r ng hơn, băng thông truy n d n l n hơn,
s khách hàng có th s d ng ng th i nhi u hơn, tính b o m t t t
hơn,…Wimax là công ngh s d ng truy n d n trong môi trư ng vô tuy n, tín
hi u s ư c phát qu ng bá trên m t kho ng không gian nh t nh nên d b xen
nhi u, l y c p ho c thay i thông tin do v y vi c b o m t trong công ngh này
c n ư c quan tâm tìm hi u, ánh giá và phân tích trên nhi u khía c nh. tài:
“Mã hóa b o m t trong Wimax” dư i ây là m t ph n trong v n bomt
trong h th ng Wimax. tài này bao g m như sau:
Chương 1: Gi i thi u t ng quan v h th ng Wimax, c i m, ưu như c
i m c a h th ng, m t s chu n hóa dùng trong h th ng Wimax.
Chương 2: Gi i thi u,phân lo i các phương pháp mã hóa b o m t.
Chương 3: Mã hóa b o m t trong Wimax
Công ngh Wimax v n ang ư c nghiên c u và phát tri n. B o m t là m t
vn tương i khó cùng v i kh năng hi u bi t h n ch c a nhóm v v n
mã hóa b o m t, do ó không tránh ư c nh ng sai sót trong bài làm. Mong
ưcs óng góp ý ki n c a m i ngư i quan tâm n v n b o m t.
1
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
CHƯƠNG I : GI I THI U V WIMAX
1.1 Gi i thi u v công ngh Wimax
Wimax (World Interoperability for Microware Access) – Kh năng khai thác
m ng trên toàn c u i v i m ng truy nh p vi ba. ây là m t k thu t cho phép
ng d ng truy nh p cho m t khu v c ô th r ng l n. Ban u chu n 802.16
ư c t ch c IEEE ưa ra nh m gi i quy t các v n k t n i cu i cùng trong
m t m ng không dây ô th WMAN ho t ng trong t m nhìn th ng (Line of
Sight) v i kho ng cách t 30 t i 50 km. Nó ư c thi t k th c hi n ư ng
tr c lưu lư ng cho các nhà cung c p d ch v Internet không dây, k t n i các i m
nóng WiFi, các h gia ình và các doanh nghi p…. m b o QoS cho các d ch v
tho i, video, h i ngh truy n hình th i gian th c và các d ch v khác v i t c
h tr lên t i 280 Mbit/s m i tr m g c. Chu n IEEE 802.16-2004 h tr thêm
các ho t ng không trong t m nhìn th ng t i t n s ho t ng t 2 t i 11 GHz
v i các k t n i d ng mesh (lư i) cho c ngư i dùng c nh và kh chuy n.
Chu n m i nh t IEEE 802.16e, ư c gi i thi u vào ngày 28/2/2006 b sung
thêm kh năng h tr ngư i dùng di ng ho t ng trong băng t n t 2 t i 6
GHz v i ph m vi ph sóng t 2-5 km. Chu n này ang ư c hy v ng là s mang
l i d ch v băng r ng th c s cho nh ng ngư i dùng thư ng xuyên di ng v i
các thi t b như laptop, PDA tích h p công ngh Wimax [3].
Th c t WiMax ho t ng tương t WiFi nhưng tc cao và kho ng cách
l n hơn r t nhi u cùng v i m t s lư ng l n ngư i dùng. M t h th ng WiMax
g m 2 ph n [5][35]:
• Tr m phát: gi ng như các tr m BTS trong m ng thông tin di ng v i
công su t l n có th ph sóng m t vùng r ng t i 8000km2.
• Tr m thu: có th là các anten nh như các Card m ng c m vào ho c ư c
thi t l p s n trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà WiFi v n
dung.
2
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
Hình 1.1 Mô hình truy n thông c a m ng Wimax.
Các tr m phát BTS ư c k t n i t i m ng Internet thông qua các ư ng
truy n t c cao dành riêng ho c có th ư c n i t i m t BTS khác như m t
tr m trung chuy n b ng ư ng truy n th ng (line of sight), và chính vì v y
WiMax có th ph sóng n nh ng vùng r t xa. Các anten thu/phát có th trao
i thông tin v i nhau qua các tia sóng truy n th ng ho c các tia ph n x .
1.1.1 M t s c i m c a Wimax
Wimax ã ư c tiêu chu n hoá theo chu n IEEE 802.16. H th ng Wimax là
h th ng a truy c p không dây s d ng công ngh OFDMA có các c i m
sau:
• Kho ng cách gi a tr m thu và phát có th t 30Km t i 50Km.
• Tc truy n có th thay i, có th lên t i 70Mbit/s
3
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
• Ho t ng trong c hai môi trư ng truy n d n: ư ng truy n t m nhìn
th ng LOS và ư ng truy n b che khu t NLOS.
• D i t n làm vi c t 2-11GHz và t 10-66GHz
r ng băng t n c a WiMax t 5MHz n trên 20MHz ư c chia thành
•
nhi u băng con 1,75MHz. M i băng con này ư c chia nh hơn n a nh công
ngh OFDM, cho phép nhi u thuê bao có th truy c p ng th i m t hay nhi u
kênh m t cách linh ho t m b o t i ưu hi u qu s d ng băng t n.
• Cho phép s d ng c hai công ngh TDD và FDD cho vi c phân chia
truy n d n c a hư ng lên (uplink) và hư ng xu ng (downlink). Trong cơ ch
TDD, khung ư ng xu ng và ư ng lên chia s m t t n s nhưng tách bi t v
m t th i gian. Trong FDD, truy n t i các khung ư ng xu ng và ư ng lên di n
ra cùng m t th i i m, nhưng t i các t n s khác nhau.
V c u trúc phân l p, h th ng WiMax ư c phân chia thành 4 l p : L p con
h i t (Convergence) làm nhi m v giao di n gi a l p a truy nh p và các l p
trên, l p i u khi n a truy nh p (MAC layer), l p truy n d n (Transmission) và
l p v t lý (Physical)
Hình 1.2 Mô hình phân l p c a h th ng Wimax
1.1.2. C u hình m ng trong Wimax
Công ngh Wimax h tr m ng PMP và m t d ng c a c u hình m ng phân
tán là m ng lư i MESH .
1.1.2.1 C u hình m ng i m – a i m.
4
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
PMP là m t m ng truy nh p v i m t ho c nhi u BS có công su t l n và
nhi u SS nh hơn. Ngư i dùng có th ngay l p t c truy nh p m ng ch sau khi
l p t thi t b ngư i dùng. SS có th s d ng các anten tính hư ng n các BS,
các BS có th có nhi u anten có hư ng tác d ng theo m i hư ng hay m t cung.
V i c u hình này tr m g c BS là i m trung tâm cho các tr m thuê bao SS.
hư ng DL có th là qu ng bá, a i m hay ơn i m. K t n i c a m t SS n BS
ư c c trưng qua nh n d ng k t n i CID.
Hình 1.3 C u hình m ng i m – a i m
1.1.2.2. C u hình m t lư i MESH
V i c u hình này SS có th liên l c tr c ti p v i nhau. Tr m g c Mesh BS k t
n i v i m t m ng bên ngoài m ng MESH [5]. Ki u MESH khác PMP là trong
ki u PMP các SS ch liên h v i BS và t t c lưu lư ng i qua BS trong khi trong
ki u MESH t t c các node có th liên l c v i m i node khác m t cách tr c ti p
ho c b ng nh tuy n nhi u bư c thông qua các SS khác.
M t h th ng v i truy nh p n m t k t n i backhaul ư c g i là Mesh BS,
trong khi các h th ng còn l i ư c g i là Mesh SS. Dù cho MESH có m t h
th ng ư c g i là Mesh BS, h th ng này cũng ph i ph i h p qu ng bá v i các
node khác.
5
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
Hình 1.4 C u hình m t lư i Mesh
1.2 Gi i thi u v các chu n Wimax
Wimax là m t công ngh truy nh p không dây băng r ng mà h tr truy nh p
c nh, lưu trú, xách tay và di ng. có th phù h p v i các ki u truy nh p
khác nhau, hai phiên b n chu n dùng Wimax ã ư c ưa ra. Phiên b n u tiên
IEEE 802.16d-2004 s d ng OFDM, t i ưu hóa truy nh p c nh và lưu trú.
Phiên b n hai IEEE 802.16e-2005 s d ng SOFDMA h tr kh năng xách tay
và tính di ng.
1.2.1 Chu n IEEE 802.16d-2004
Chu n IEEE 802.16d-2004 ư c IEEE ưa ra vào tháng 7 năm 2004. Chu n
IEEE 802.16d-2004 h tr truy n thông LOS trong d i băng t 11-66GHz và
NLOS trong d i băng t 2-11GHz. Chu n này cũng t p trung h tr các ng
d ng c nh và lưu trú. Hai kĩ thu t i u ch a sóng mang h tr cho 802.16d-
2004 là OFDM 256 sóng mang và OFDMA 2048 sóng mang.
Các c tính c a WiMAX d a trên 802.16d-2004 phù h p v i các ng d ng
c nh, trong ó s d ng các anten hư ng tính, b i vì OFDM ít ph c t p hơn so
v i SOFDMA. Do ó, các m ng 802.16-2004 có th ư c tri n khai nhanh hơn,
v i chi phí th p hơn.
1.2.2 Chu n IEEE 802.16e-2005
6
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
Chu n IEEE 802.16e-2005 ư c IEEE thông qua vào tháng 12 năm 2005.
Chu n IEEE 802.16e-2005 h tr SOFDMA cho phép thay i s lư ng sóng
mang, b sung cho các ch OFDM và OFDMA. Sóng mang phân b thi t
k sao cho nh hư ng nhi u ít nh t t i các thi t b ngư i dùng b ng các anten
ng hư ng. Hơn n a, IEEE 802.16e-2005 còn mu n cung c p h tr cho
MIMO,và AAS cũng như hard và soft handoff. Nó cũng cái thi n ư c kh năng
ti t ki m ngu n cho các thi t b mobile và tăng cư ng b o m t hơn.
OFDMA ưa ra c tính c a 802.16e như linh ho t hơn khi qu n lý các thi t
b ngư i dùng khác nhau v i nhi u ki u anten và các y u t nh d ng khác nhau.
802.16e ưa ra các y u t c n thi t khi h tr các thuê bao di ng ó là vi c
gi m ư c nhi u cho các thi t b ngư i dùng nh các anten ng hư ng và c i
thi n kh năng truy n NLOS. Các kênh ph xác nh các kênh con có th gán
cho các thuê bao khác nhau tuỳ thu c vào các tr ng thái kênh và các yêu c u d
li u c a chúng. i u này t o i u ki n nhà khai thác linh ho t hơn trong vi c
qu n lý băng thông và công su t phát, và d n n vi c s d ng tài nguyên hi u
qu hơn.
1.2.3 M t s chu n 802.16 khác
a. Chu n IEEE 802.16f
Chu n IEEE802.16f cung c p ch qu n lí tham kh o cho các m ng 802.16-
2004 cơ b n. Ch này bao g m m t h qu n lí m ng-NMS(Network
Management System), các node m ng, cơ s d li u lu ng d ch v . BS và các
node qu n lí ư c l a ch n theo yêu c u c a thông tin qu n lí và cung c p t i các
NMS thông qua các giao th c qu n lí, như SNMP(Simple Network Management
Protocol) qua k t n i qu n lí th 2 ã nh nghĩa trong 802.16-2004.
IEEE802.16f d a trên các SNMP phiên b n 2, và có th hư ng v các SNMP
phiên b n 1, và hi n này ang l a ch n h tr SNMP phiên b n 3.
b. Chu n IEEE 802.16i
M c ích c a 802.16i là cung c p c i ti n di ng trong MIB 802.16 trong
t ng MAC, t ng PHY và các quá trình liên quan t i qu n lí. Nó s d ng phương
7
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
pháp lu n giao th c trung bình (Protocol-neutral Methodology) cho vi c qu n lí
m ng xác nh ch tài nguyên và liên h thi t l p gi i pháp cho qu n lí các
thi t b trong m ng di ng 802.16 a nhà cung c p.
c. Chu n IEEE 802.16g
M c ích c a 802.16g là t o ra các quá trình và tri n khai d ch v c a 802.16-
2004 và 802.16-2005, cung c p h th ng qu n lí m ng qu n lí tương thích và
hi u qu tài nguyên, tính di ng và ph c a m ng và m t b ng qu n lí chu n
cho các thi t b 802.16 c nh và di ng. Hi n nay thì chu n IEEE 802.16 v n
ang phát tri n.
d. Ngoài các chu n ó còn có các chu n sau cũng ang ư c phát tri n ó là :
chu n IEEE 802.16k , chu n IEEE 802.16h, chu n IEEE 802.16j…
1.3. L p con b o m t trong Wimax
L p con b o m t ư c nh nghĩa trong IEEE 802.16e, và hi u ch nh cho các
ho t ng c a 802.16-2004, có m t s h b o m t (như vi c nh n th c c a BS)
và các yêu c u b o m t cho các d ch v di ng không gi ng như cho các d ch v
c nh. L p con này bao g m hai giao th c thành ph n sau[10][13] :
• Giao th c óng gói d li u (Data Encapsulation Protocol): Giao th c này
dùng cho vi c b o m t gói d li u truy n qua m ng BWA c nh. Giao th c này
nh nghĩa t o m t t p h p các b m t mã phù h p, như k t h p gi a mã hóa d
li u và thu t toán nh n th c, và quy lu t áp d ng thu t toán cho t i tin PDU c a
l p MAC.
Giao th c qu n lí khóa (Key Management Protocol): Giao th c này cung c p
phân ph i khóa b o m t d li u t BS t i SS.Qua giao th c qu n lí khóa thì SS
và BS ư c ng b v khóa d li u. Thêm vào ó, BS cũng s d ng giao th c
truy nh p v i i u ki n b t bu c t i các m ng d ch v . 802.16e tri n khai
nh nghĩa ư c PKM phiên b o 2 v i các c tính m r ng.
8
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
CHƯƠNG II : CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA B O M T TRONG
WIMAX
2.1. Gi i thi u v mã hóa b o m t
C m t “Crytology”-m t mã, ư c xu t phát t các t Hi L p “krypto’s”- t m
d ch là “hidden” - b n, d u và t “lo’gos”- t m d ch là “word”- t . Do ó, c m
t “Cryptology” theo nghĩa chu n nh t là “hidden word” - t b n. Nghĩa này ã
ưa ra m c ích u tiên c a m t mã, c th là làm n nghĩa chính c a t và b o
v tính an toàn c a t và b o m t kèm theo.
H th ng mã hóa ch ra: ”m t t p các thu t toán m t mã cùng v i các quá
trình qu n lí khóa mà h tr vi c s d ng các thu t toán này tùy theo hoàn c nh
ng d ng”. Các h th ng mã hóa có th ho c không s d ng các tham s bí m t
(ví d như: các khóa m t mã,…). Do ó, n u các tham s bí m t ư c s d ng thì
chúng có th ho c không ư c chia s cho các i tư ng tham gia. Vì th , có th
phân tách thành ít nh t 3 lo i h th ng m t mã. ó là :
• H m t mã hóa không s d ng khóa: M t h m t mã không s d ng khóa
là m t h m t mã mà không s d ng các tham s bí m t.
• H m t mã hóa khóa bí m t: M t h m t mã khóa bí m t là h mà s d ng
các tham s bí m t và chia s các tham s ó gi a các i tư ng tham gia.
• H m t mã hóa khóa công khai: M t h m t mã khóa công khai là h mà
s d ng các tham s bí m t và không chia s các tham s ó gi a các i tư ng
tham gia.
2.2. Các phương pháp mã hóa b o m t
2.2.1. Mã hóa không dùng khóa
2.2.1.1. Hàm mũ r i r c
T t p s th c, ta bi t r ng các hàm mũ và hàm Logarit là hàm ngư c c a
nhau nên chúng có th tính nghi m ư c cho nhau. i u này d n t i vi c chúng
ta ph i tin tư ng vào quan i m này trong c u trúc i s . Như v y, tuy r ng v i
9
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
các c u trúc i s thì ta có th tính ư c nghi m c a hàm mũ, nhưng ta không
th bi t ư c thu t toán ư c s d ng tính nghi m c a hàm Logarit.
Theo cách nói thông thư ng thì hàm f: X ->Y là hàm m t chi u n u tính toán
theo chi u X->Y thì d nhưng khó tính theo chi u ngư c l i. Và ta có nh nghĩa
hàm m t chi u như sau :
M t hàm f: X->Y là hàm m t chi u n u f(x) có th tính ư c nghi m v i m i x
Є X, nhưng hàm f-1(y) thì không th tính ư c nghi m v i y ЄR Y.
Hình 2.1 :Mô t hàm m t chi u
Ví d như, ta có p là m t s nguyên t và g là m t hàm sinh (ho c là g c) c a
Z*p . Khi ó:
Expp,g : Zp-1 →Zp*
x → gx
Hàm này ư c g i là hàm mũ r i r c d a trên g. Nó ư c nh nghĩa là m t
ng c u t nhóm c ng (Zp-1, +) t i nhóm nhân (Zp*, .). Nghĩa là Expp,g (x+ y) =
Expp,g(x) (.) Expp,g(y). B i vì, Exp p.g là m t song ánh, nó có hàm ngư c ư c
nh nghĩa như sau:
Logp,g : Z* → Zp-1
x → loggx
10
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
Hàm này ư c g i là hàm logarit r i r c. V i m i x Є Z*p, hàm logarit r i r c
tính ư c logarit r i r c c a x d a vào g, ư c kí hi u là loggx .
2.2.1.2. Hàm bình phương module
Tương t như hàm mũ, hàm bình phương có th tính ư c và k t qu c a hàm
ngư c là các s th c, nhưng không bi t cách tính ngư c trong nhóm Cyclic.
*
N u ví d như ta có Z n , sau ó các bình phương module có th tính ư c,
nhưng các g c c a bình phương module thì ch tính ư c n u tham s cơ b n c a
n ã bi t. Trong th c t , có th bi u di n giá tr mà các g c bình phương module
trong Zn* và h s n là các giá tr tính ư c. Do ó, hàm bình phương module
gi ng như hàm m t chi u. Nhưng, hàm bình phương module (không khuôn d ng
chung) không là hàm ơn ánh cũng không là hàm toàn ánh. Tuy nhiên, nó có th
là hàm ơn ánh ho c toàn ánh (s là song ánh) n u domain và d i u b h n ch
(ví d như, t p các th ng dư b c 2 ho c các bình phương module n, …) v i n là
s nguyên Blum. Khi ó hàm :
Square n : QR n → QR n
x → x2
ư c g i là hàm bình phương. ây là m t song ánh, và do ó, hàm ngư c c a nó
là: Sqrt n : QR n → QR n
x → x 1/2
ư c g i là hàm g c bình phương. Tương ng m i ph n t trong t p QR n s có
m t ph n t c a QR n .
2.2.1.3. B t o bít ng u nhiên
11
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
Hình 2.2: B t o bít ng u nhiên
Tính ng u nhiên là m t trong nh ng thành ph n cơ b n nh t và là i u ki n
trư c tiên c a tính b o m t trong m t h th ng b o m t. Hi n nay, s hình thành
b o m t và các giá tr ng u nhiên không oán trư c ư c (ví d như, các bít ng u
nhiên ho c các s ng u nhiên, …) là ph n tr ng tâm c a h u h t các v n liên
quan t i h th ng m t mã. Ví d , khi xem xét h m t mã khóa bí m t, ta ph i bi t
s lư ng khóa bí m t ư c s d ng. Ta c n ph i có m t bit ng u nhiên cho m i
bit khác mà ta mu n mã hóa.Còn khi xem xét mã hóa công khai thì ta c n bi t s
lư ng bit ng u nhiên t o các c p khóa công khai.
M t b t o bit ng u nhiên là m t thi t b ho c thu t toán mà u ra là m t
chu i các bit ng u nhiên và c l p th ng kê v i nhau.
Các b t o bít ng u nhiên có th d a trên ph n c ng ho c ph n m m. Trư c
tiên, ta cùng tìm hi u v b t o bit ng u nhiên d a trên ph n c ng, khai thác tính
ng u nhiên c a vi c xu t hi n các phương pháp và hi n tư ng v t lí. M t s
phương pháp và hi n tư ng như sau:
• Kho ng th i gian gi a các h t phóng x trong quá trình phân rã phóng x .
• T p âm nhi t t i n tr và diode bán d n
• T n s không n nh trong máy dao n g t n s ch y
• Giá tr c a m t t bán d n cách i n kim lo i là tích i n trong m t chu
kì c nh.
• S chuy n ng h n lo n c a không khí trong ĩa kín là nguyên nhân
d n t i thăng giáng ng u nhiên trong t ng sector c a ĩa c b tr .
• Âm thanh c a microphone ho c video mà u vào t máy quay phim
T t nhiên là, các phương pháp và hi n tư ng v t lí khác có th ư c s d ng
b i các b t o bít ng u nhiên d a trên ph n c ng. B t o bít ng u nhiên d a trên
ph n c ng có th d dàng tích h p trong h th ng máy tính hi n nay. Do b t o
bit ng u nhiên d a trên ph n c ng chưa ư c tri n khai r ng rãi nên nó ch ư c
s d ng ph c v cho các ngu n mang tính ng u nhiên.
12
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
Vi c thi t k b t o bít ng u nhiên d a trên ph n m m là khó hơn so v i th c
hi n trên ph n c ng. M t s phương pháp d a trên các b t o bít ng u nhiên d a
trên ph n m m là:
• H th ng ng h
• Kho ng th i gian gi a phím gõ và di chuy n chu t
• N i dung u vào/ u ra c a b m
u vào cung c p b i ngư i s d ng
•
• Giá tr các bi n ho t ng c a h th ng, cũng như t i tr ng c a h th ng
ho c th ng kê m ng
Có th phán oán r ng chi n lư c t t nhât cho vi c áp ng yêu c u c a các
bit ng u nhiên không th oán ư c trong tình tr ng thi u m t ngu n tin c y ơn
là cách tìm ư c u vào ng u nhiên t m t lư ng l n c a các ngu n mà
không tương quan t i nhau, và k t h p chúng b ng m t hàm tr n m nh. M t hàm
tr n m nh, là m t s k t h p c a hai ho c nhi u u vào và tìm m t u ra mà
bit u ra ph i là m t hàm phi tuy n ph c c a t t c các bit u vào khác bi t
h n. Trung bình c thay i m t bit u vào s thay i m t n a s bit u ra.
Nhưng b i vì quan h này là ph c t p và phi tuy n nên không riêng bit u ra
nào ư c dám ch c s thay i khi m t s thành ph n bit u vào ã thay i.
M t ví d ơn thu n như, m t hàm mà c ng thêm vào 232 . Các hàm tr n m nh
(v i hơn 2 u vào) có th ư c xây d ng s d ng trong các h th ng m t mã
khác, các hàm Hash m t mã ho c các h m t mã i x ng.
2.2.2. Mã hóa khóa bí m t
Mã hóa khóa bí m t, hay cũng ư c bi t n là mã hóa i x ng ã ư c s
d ng t r t lâu t ơn gi n n nh ng phương th c ph c t p hơn. M t mã i
x ng, hay m t mã khóa bí m t g m có các d ng m t mã mà trong ó s d ng
m t khóa duy nh t cho c hai quá trình mã hóa và gi i mã văn b n. M t trong
nh ng phương pháp mã hóa ơn gi n nh t ó là phương pháp mã hóa thư ng
ư c bi t n b ng cái tên m t mã Caesar.
Mã hóa khóa bí m t g m 5 ph n chính ó là:
13
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
Văn b n g c : ây là m t b n tin hay m t lo i d li u có th hi u ư c
m t cách thông thư ng, ư c xem như là u vào c a gi i thu t.
Thu t toán mã hóa : Thu t toán mã hóa bi u di n các phép thay th và
bi n i khác nhau trên văn b n g c.
Khóa bí m t : Khóa bí m t cũng là u vào c a thu t toán mã hóa. Khóa có
giá tr c l p v i văn b n g c cũng như v i thu t toán. Thu t toán s tính toán
ư c u ra d a vào vi c s d ng m t khóa xác nh. Nh ng thay th và bi n i
chính xác ư c bi u di n b i thu t toán s ph thu c vào khóa.
Văn b n m t mã: ây là b n tin ã xáo tr n n i dung ư c t o ra v i tư
cách như là u ra. Nó ph thu c vào văn b n g c và khóa bí m t. V i m t b n
tin ư c ưa ra, hai khóa khác nau s t o ra hai văn b n m t mã khác nhau. Văn
b n m t mã nhìn bên ngoài s như là m t lu ng d li u ng u nhiên không th xác
nh ư c n i dung, khi c nh.
Thu t toán gi i mã: V cơ b n thì ây cũng là m t thu t toán mã hóa
nhưng ho t ng theo chi u ngư c l i. Nó ư c th c hi n v i văn b n mã hóa và
khóa bí m t và s t o l i văn b n g c ban u.
Hình 2.3 : Mô hình ơn gi n c a mã hóa thông thư ng
2.2.2.1. M t mã Caesar
M t trong nh ng m t mã hóa ra i s m nh t là m t mã Caesar, ư c t o ra
b i Julius Caecar trong cu c chi n tranh Gallic, vào th k th nh t trư c công
14
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
nguyên. Trong lo i m t mã hóa này, m i ch cái t A n W ư c mã hóa b ng
cách chúng s ư c th hi n b ng ch cái xu t hi n sau nó 3 v trí trong b ng ch
cái. Ba ch cái X, Y, Z tương ng ư c bi u di n b i A, B, và C. M c dù Caesar
s d ng phương pháp d ch i 3 nhưng i u này cũng có th th c hi n v i b t kì
con s nào n m trong kho ng t 1 n 25.
Trong hình 2.4 bi u di n hai vòng tròn ng tâm, vòng bên ngoài quay t do.
N u ta b t u t ch cái A bên ngoài A, d ch i 2 ch cái thì k t qu thu ư c s
là C s bên ngoài A… Bao g m c d ch 0, thì có t t c 26 cách phép d ch.
Hình 2.4 : “Máy” th c hi n mã hóa Caesar
Do ch có 26 khóa nên m t mã Caesar có th b t n thương d dàng. Khóa có
th ư c xác nh ch t m t c p ch cái tương ng t b n tin g c và b n tin mã
hóa. Cách ơn gi n nh t tìm ư c khóa ó là c các th t t trư ng h p d ch,
ch có 26 khóa nên r t d dàng. M i ch cái có th ư c d ch i t i a lên n 25
v trí nên có th phá ư c mã này, chúng ta có th li t kê toàn b các b n tin
có th có và ch n ra b n tin có n i dung phù h p nh t.
2.2.2.2. M t mã Affine
Vì m t mã Caesar ch có th ưa ra ư c 25 cách bi n i b n tin nh t nh,
nên ây là phương pháp mã hóa không th c s an toàn. M t mã Affine là trư ng
h p suy r ng c a m t mã Caesar, và nó t t hơn v kh năng b o m t. M t mã
Affine áp d ng phép nhân và phép c ng vào m i ch cái, s d ng hàm sau :
y = (ax + b) mod m
15
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
Trong ó x là giá tr s c a ch cái trong b n tin chưa mã hóa, m là s ch
cái trong b ng ch cái b n tin chưa mã hóa, a và b là các s bí m t, và y là k t
qu thu ư c c a phép bi n i. y có th ư c gi i mã tr l i x b ng các s d ng
bi u th c:
x = inverse (a)(y-b) mod m
inverse(a) là giá tr mà n u nó ư c nhân v i k t qu a mod m s cho ta k t
qu là 1
((a * inverse(a)) mod m = 1.).
Ví d : Gi s b n tin ư c mã hóa b ng hàm y = (11x+4) mod 26. mã hóa
b n tin MONEY. Các giá tr s tương ng v i b n tin g c MONEY là 12,14,13,4
và 24. Áp d ng vào hàm cho m i giá tr , ta thu ư c l n lư t tương ng y = 6, 2,
17, 22, 28 ( M: y = (11*12 + 4) MOD 26 = 6 ). Và các ch cái tương ng là
GCRWI, ó là b n tin ã ư c mã hóa.
gi i mã, ta bi n i hàm s y thành x = inverse (a) (y-b) mod m. Ta có x =
inverse (11)( (y-4) mod 26. Mà inverse (11) mod 26 = 19, do ó x = 19 (y – 4)
mod 26. Áp d ng v i b n tin mã hóa GCRWI ta thu ư c các giá tr x = 12, 14,
13, 4, 24. Các ch cái tương ng là MONEY.
2.2.2.3. M t mã thay th
Mã hóa thay th là m t trong nh ng phương pháp mã hóa mà b ng ch cái ã
mã hóa là s s p x p l i c a b ng ch cái chưa mã hóa . M c dù vi c có m t s
lư ng l n các khóa là yêu c u c n thi t cho b o m t, nhưng i u ó không có
nghĩa là h th ng mã hóa là m nh. Mã hóa thay th , m c dù có 26! kh năng
thay i v trí s p x p, th c t l i không có kh năng b o m t cao và có th b phá
m t cách d dàng b ng cách s d ng t n su t xu t hi n c a các ch cái. Mã hóa
thay th là phương pháp t t mã hóa các b n tin c n mã hóa v hình th c b
ngoài và d dàng phá.
Ví d ta s d ng t khóa “the cows go moo in the field”. B ng ch cái chưa
mã hóa và b ng ch cái ã ư c mã hóa ư c ưa ra như sau:
16
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
Plaintext: A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S
T U VWXYZ
Ciphertext: T H E C O W S G M I N F L D A B J K P Q R
U V X Y Z.
N a u c a các ch cái ư c mã hóa ư c chuy n i thông qua c m t
khóa (b qua nh ng ch cái ư c l p l i), và n a sau ư c t o ra b ng cách s
d ng các ch cái còn l i c a b ng ch cái t A-Z. Ví d , th c hi n mã hóa b n
tin “Meet me at five o’clock”. mã hóa b n tin này, ơn gi n ch c n li t kê
m i ch cái trong b n tin tương ng v i m i ch cái ư c mã hóa trong b ng ch
cái. T ó ra thu ư c b n tin ư c mã hóa như sau:
LOOQLOTQWMUOAEFAEN.
Vì ngư i nh n bi t ư c c m t khóa, nên h có th d dàng gi i mã u c
b n tin mã hóa b ng cách li t kê ngư c l i t các ch cái trong b ng ch cái ã
mã hóa sang các ch cái trong b ng ch cái chưa mã hóa. T ó s thu ư c b n
tin gi i mã : meetmeatfiveoclock
Tuy nhiên vi c s d ng phương pháp mã hóa này cũng có nhi u i m không
thu n l i. V n chính c a phương pháp mã hóa thay th chính là t n su t xu t
hi n c a các ch cái không ư c che gi u m t chút nào. N u b n tin ư c mã
hóa LOOQLOTQWMUOAEFAEN ư c phân chia ra, ngư i ta có th xác nh
ư c t n su t xu t hi n c a m i ch cái và so sánh chúng v i t n su t xu t hi n
c a các ch cái trong ti ng Anh: ‘O’ ư c s d ng 4 l n trong b n tin mã hóa,
L,Q,A và A xu t hi n m i ch cái 2 l n. 9 ch cái có t n su t xu t hi n nhi u
nh t trong ti ng Anh là E, T, A, O, N, I, S, R và H. T ó có th suy oán ư c
b n tin mã hóa.
2.2.2.4. Các mã hoán v
Ý tư ng ng sau m t mã hoán v là t o ra m t s thay i v trí c a các ch
cái trong b n tin g c, i u này s làm xu t hi n b n tin mã hóa. Mã hóa hoán v
không có tính b o m t cao b i vì chúng không thay i các ch cái trong b n tin
g c ho c th m chí là xu t hi n nhi u l n, nhưng chúng có th ư c xây d ng
17
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
tr thành phương pháp mã hóa b o m t hơn. M t ví d c a mã hoán v là mã rail
fence.
• Mã Rail fence: là m t hoán v theo c t h t s c ơn gi n, l y m t chu i và
chia nh các ch cái thành hai nhóm theo ư ng zigzag như dư i ây:
B n tin g c : WHEN-DRINKING-WATER-REMEMBER-ITS-SOURCE.
Zig : W E D I K N W TRE EBRT SUC
Zag: H N RN I G A E R M ME I S OR E.
Bn tin mã hóa = zig + zag =
WEDIKNWTREEBRTSUCHNRNIGAERMMEIORE
• M t mã Scytale: Vào th k th 4 trư c công nguyên, m t thi t b tên là
Scytale ư c s d ng mã hóa các b n tin c a quân i và chính ph Spartan.
Thi t b bao g m m t tr g v i m t d i gi y cu n quanh nó. Khi gi y ư c b
i, nó ơn gi n ch là m t dãy các ch cái h n n, nhưng trong khi cu n xung
quanh tr g , b n tin s tr nên rõ ràng. Scytale l y ý tư ng t mã hóa rail fence
và m r ng nó b ng cách s d ng m t khóa có dài xác nh h tr vi c che
gi u b n tin.
Ví d văn b n g c là When drinking water, remember its source, dài là 34,
ta ch n dài khóa là 4. Chia b n tin dài 34 ra các khóa dài 4, ta ư c 8
còn dư 2. Do ó ta làm tròn dài m i hàng c a Scytale lên 9 và thêm vào b n
tin 2 ch cái Z.
18
Trương Văn Dương k44DVT02
- Nghiên c u khoa h c năm 2012 Mã hóa b o m t trong Wimax
W H E N D R I N K
I N G W A T E R R
E M E M B E R I T
S S O U R C E Z Z
B ng 2.1 : Mã hóa Scytale
B ng cách s p x p các ch cái theo t ng c t t trái qua ph i ta thu ư c :
WIESHNMSEGEONWMUDABRRTECIERENRIZKRTZ.
gi i mã, ta bi t r ng kích thư c c a khóa là 4, do ó ta vi t 4 ch cái u
tiên t trên xu ng dư i r i n 4 ch cái ti p theo. c các ch cái và b i các
ch cái cu i cùng ta s nh n ư c b n tin g c.
i u không thu n l i cho phương pháp này là v i nh ng b n tin nh , văn b n
mã hóa có th d dàng b phát hi n b ng cách th các giá tr khóa khác nhau. Mã
Rail fence không có tính th c t cao, do vi c thi t k ơn gi n và b t kỳ ngư i
nào cũng có th b gãy. Ngư c l i mã Scytale th c t l i r t h u d ng cho vi c
ưa nh ng b n tin nhanh c n thi t gi i mã b ng tay. V n chính c a c hai
lo i mã này là các ch cái không thay i, do ó m t n su t xu t hi n c a các
ch cái có th giúp khôi ph c b n tin g c.
2.2.2.5. M t mã Hill
M t lo i m t mã khác cũng liên quan n vi c chuy n i các ch cái ó là
m t mã Hill, ư c phát tri n b i nhà toán h c Lester Hill vào năm 1929 [11].
M t mã Hill là m t ví d c a m t mã kh i. M t mã kh i là m t lo i m t mã mà
các nhóm các ch cái ư c mã hóa cùng v i nhau theo các kh i có dài b ng
nhau.
mã hóa m t b n tin s d ng m t mã Hill, ngư i g i và ngư i nh n trư c
h t ph i th ng nh t v ma tr n khóa A c n× n. A ph i là ma tr n kh ngh ch.
19
Trương Văn Dương k44DVT02
nguon tai.lieu . vn
