- Trình bày các phương pháp thám mã: thám mã đường tắt. - Thám mã vi sai. - Thám mã tuyến tính;. - Thám mã phi tuyến. - Thám mã vi sai tuyến tính và một số phương pháp thám mã đường tắt khác huẩn mã hoá dữ liệu DES, các hệ thống chuyên dụng phục vụ thám mã DES. - Nghiên cứu, đề xuất phương pháp thám mã DES: mô tả bài toán tham mã DES. - Xây dựng thuật toán nhận dạng bản rõ tiếng Anh. - Tìm hiểu thuật toán di truyền (GAs) và đề xuất phương pháp thám mã DES. - Do đó, DES đã được giới nghiên cứu xem xét rất kỹ lưỡng, việc này đã thúc đẩy hiểu biết hiện đại về mật mã khối (block cipher) và các phương pháp thám mã tương ứng. - Có thể nói, sự xuất hiện của DES đã tạo nên một làn sóng, một nguồn cảm hứng nghiên cứu trong giới khoa học về lĩnh vực mật mã học, đặc biệt là các phương pháp thám mã mã khối. - Với DES, giới khoa học đã có một thuật toán mật mã để nghiên cứu.. - Mặc dù, trong thời gian qua đã có rất nhiều kết quả nghiên cứu về DES đã được công bố, DES có thể bị phá khoá bởi các hệ thống chuyên dụng trong vòng chưa đầy 24 giờ, nhưng việc nghiên cứu thám mã DES vẫn có ý nghĩa hướng tới thám mã các hệ mật mã khối mới có độ dài khóa mật lớn hơn, đã và đang dần thay thế DES. - Phân tích mật mã hay thám mã còn đưa ra những. - Với lý do trên, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu phƣơng pháp thám mã Chuẩn mật mã DES nhờ hệ thống tính toán hiệu năng cao”. - Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này, bài toán đặt ra là với một bản mã được mã hoá từ một thông điệp tiếng Anh bởi Thuật toán mã hoá DES, với giả thiết người thám mã có thể truy cập đến chức năng mã hóa/giải mã của DES. - Từ giả thiết này, yêu cầu ứng dụng hệ thống tính toán hiệu năng cao, thuật toán di truyền (Genetic Algorithm) để xây dựng thuật toán dạng thám mã “hộp đen” để tìm ra khoá mật đã sử dụng để mã hoá thông điệp đó trong thời gian ngắn (dự kiến khoảng 8 đến 15 phút).. - Chƣơng II: Các phương pháp thám mã Chuẩn mã hoá dữ liệu DES, các hệ thống chuyên dụng phục vụ thám mã DES.. - Chƣơng III: Nghiên cứu, đề xuất phương pháp thám mã DES. - Do mức độ phức tạp của công việc thám mã là rất lớn nên bài toán đặt ra với giả thiết người thám mã biết được các thông tin về bản mã được mã hóa bởi DES (chế độ ECB) từ bản rõ tương ứng là một thông điệp tiếng Anh. - Từ giả thiết này, xây dựng thuật toán di truyền để xác định khóa mật k đã sử dụng để mã hóa cũng như tìm ra bản rõ tương ứng.. - Xây dựng thuật toán nhận dạng bản rõ và “tiêu chuẩn bản rõ” tiếng Anh là cơ sở xác định hàm “phù hợp”, một thành phần quan trọng của thuật toán di truyền.. - Tìm hiểu về thuật toán di truyền, xây dựng thuật toán di truyền để thực hiện tìm kiếm khoá mật với phương pháp “vét cạn có định hướng” trong không gian khoá (K 2 ) xác định khoảng 209 tỷ khóa.. - Đề tài đã kết hợp, vận dụng giữa thuật toán nhận dạng bản rõ và thuật toán di truyền. - Khi ứng dụng thuật toán di truyền thì “Tiêu chuẩn bản rõ” có thể được xem như là hàm “phù hợp. - đặc thù của thuật toán di truyền thám mã.. - Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xây dựng thuật toán tấn công thám mã. - Thuật toán mã hoá là thành phần cơ bản của Chuẩn mã hoá. - Thuật toán DES tập trung thực hiện Giai đoạn 3 của quy trình mã hóa. - Quy trình mã hoá, giải mã khối gồm hai thuật toán là mã hoá (ký hiệu là E) và giải mã (ký hiệu là D). - Thuật toán mã hóa DES Khoá K. - Thuật toán giải mã DES -1. - Do xác định mục tiêu, phương pháp thám mã khối DES là thám mã “hộp đen”, thám mã “vét cạn có định hướng” dựa trên các yếu tố độ dài khóa (số lượng bit của khoá), bản mã, và độ dài khối mã nên khi xây dựng thuật toán thám mã không cần phân tích chi tiết thuật toán DES.. - Bản rõ. - Nhưng để giới hạn phạm vi nghiên cứu của đề tài, khi thực hiện hiện công việc thám mã đương nhiên chúng ta giả định bản mã cho trước được mã hóa bởi Chuẩn mã hóa DES, đồng thời cũng giả định rằng bản mã được mã hóa. - CÁC PHƢƠNG PHÁP THÁM MÃ CHUẨN MÃ HÓA DỮ LIỆU DES, CÁC HỆ THỐNG CHUYÊN DỤNG PHỤC VỤ THÁM MÃ DES. - Có thể phân loại các phương pháp thám mã nói chung, thám mã DES dựa trên nhiều góc độ, nhưng về cơ bản, có các phương pháp thám mã như sau:. - Thám mã đường tắt là phương pháp thám mã dựa trên các phân tích toán học, thống kê và cấu trúc chi tiết bên trong thuật toán mã hóa hóa/giải mã, để từ đó có các thống kê về xác suất, các hệ phương trình tuyến tính. - của hệ mã hóa giúp rút ngắn thời gian phá mã so với “thám mã vét cạn”. - Các phương pháp thám mã đường tắt đã được công bố gồm có thám mã vi sai, thám mã tuyến tính, thám mã phi tuyến, thám mã vi sai tuyến tính v.v... - Thám mã hộp đen hoàn toàn khác với thám mã đường tắt, phương pháp thám mã này không phân tích chi tiết thuật toán mã hóa mà xem nó như là một “hộp đen” để dò tìm khóa khi biết bản rõ, bản mã hoặc chỉ biết bản mã. - Thông thường, khi người ta nói đến các phương pháp “thám mã vét cạn”, “tấn công vét cạn”, “tấn công bạo lực” (brute-force attack), hay “tấn công dùng bạo lực” (attacks using force) thì đều được hiểu là phương pháp thám mã hộp đen.. - Ngoài ra, với giả định khi người thám mã đã biết thuật toán mã hoá (đối với một hệ mã hoá xác định), chúng ta có thể phân loại thám mã dựa trên các số lượng thông tin được biết về bản rõ, bản mã, gồm Thám mã chỉ biết bản mã, Thám mã chỉ biết bản tin rõ, Thám mã với bản rõ được chọn, Thám mã với bản mã được chọn. - Trong mọi trường hợp thám mã này, mục đích là tìm ra khóa mật được sử dụng cho hệ mã hoá.. - Các phƣơng pháp thám mã DES 2.2.1. - Thám mã đƣờng tắt. - Các phương pháp thám mã đường tắt đã được công bố gồm có thám mã vi sai, thám mã tuyến tính, thám mã phi tuyến, thám mã vi sai tuyến tính, thám mã tích phân, phương pháp thám mã vi sai bậc cao, thám mã nội suy v.v... - Thám mã hộp đen (vét cạn để tìm khoá) [1][2][8]. - Thám mã hộp đen nói chung và tấn công vét cạn nói riêng là phương pháp thám mã không phân tích sâu cấu trúc bên trong của hệ mật mã. - Đây là phương pháp thám mã đơn giản nhất đối với hệ mật mã khối. - Việc thám mã đơn thuần chỉ là thử tất cả các khóa, khóa này nối tiếp khóa kia, cho đến khi tìm ra khóa đúng. - Trong mọi trường hợp thám mã nói trên, mục đích là tìm ra khóa mật được sử dụng cho hệ mã hoá. - Dựa vào cách thức phân loại thám mã này để xác định bài toán thám mã được nghiên cứu, đề xuất trong đề tài này thuộc phương pháp thám mã hộp đen, đồng thời là thám mã chỉ biết bản mã, và người thám mã biết thuật toán mã hóa/giải mã (có thể truy cập vào chức năng mã hóa/giải mã của DES).. - Các hệ thống chuyên dụng thám mã DES. - Công việc thám mã nói chung và thám mã hộp đen, vét cạn để tìm khóa nói riêng do có không gian khóa thử là rất lớn, độ phức tạp tính toán cao. - Do vậy, thám mã không thể sử dụng những máy tính thông thường mà cần phải sử dụng các hệ thống tính toán hiệu năng cao, hay các hệ thống vận dụng được đồng thời rất nhiều nguồn lực tính toán. - Đặc biệt, đối với thuật toán di truyền thám mã rất thích hợp với ứng dụng các máy tính song song hoặc hệ thống tính toán song song (hệ thống máy tính cụm - cluster).. - NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT PHƢƠNG PHÁP THÁM MÃ DES. - Vơi bản mã cho trước được mã bởi Chuẩn mã hóa dữ liệu DES và bởi chế độ mã hóa cơ bản ECB của DES từ bản rõ là một thông điệp tiếng Anh, đồng thời người thám mã có thể truy cập được vào các chức năng mã hóa, giải mã DES. - Từ các giả thiết này, yêu cầu ứng dụng thuật toán di truyền để dò tìm khóa mật k đã sử dụng để mã hóa bản mã và tìm ra bản rõ.. - Bản rõ ? (64 bit). - Thuật toán dò tìm khoá mật. - Bản rõ (64 bit). - Với giả thiết bài toán như trên, tác giả đề xuất phương pháp thám mã hộp đen áp dụng thuật toán di truyền với sự hỗ trợ của hệ thống tính toán song song.. - Theo như phần tìm hiểu về phương pháp thám mã hộp đen, công việc thám mã không cần phân tích chi tiết thuật toán bên trong DES, mà xem như các biến đổi bên trong khối mã là một. - Do vậy, thám mã ở đây thực chất là thực hiện vét cạn khóa trên không gian đã được giới hạn. - qua các thế hệ (vòng lặp) của thuật toán di truyền.. - Vai trò của nhận dạng bản rõ tự động trong thám mã “vét cạn”. - So sánh thám mã dựa trên nhận dạng bản rõ thủ công (a) và nhận dạng bản rõ tự động (b) [1], [3]. - Hình 3.2 cho thấy rõ vai trò quan trọng của module hay thuật toán nhận dạng bản rõ đối với thám mã vét cạn khi số lượng khóa thử là rất lớn. - Xây dựng thuật toán nhận dạng bản rõ dựa vào phương pháp thống kê đặc trưng ngôn ngữ. - Hãy xây dựng một thuật toán để máy tính trả lời cho câu hỏi: dãy X là “bản rõ” tiếng Anh hay là dãy giả ngẫu nhiên (một dãy vô nghĩa)?. - Phần này sẽ tập trung nghiên cứu xây dựng thuật toán nhận dạng “bản rõ” tự động dựa trên thống kê tần suất bộ đôi.. - Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, việc xây dựng thuật toán nhận dạng. - Thuật toán nhận dạng bản rõ cùng với “tiêu chuẩn bản rõ” của nó là cơ sở để xây dựng “hàm phù hợp” (finness function. - một thành phần rất quan trọng của thuật toán di truyền.. - Tìm hiểu thuật toán di truyền. - Biểu đồ luồng của thuật toán di truyền nhị phân [12, pp.29]. - Đề xuất phƣơng pháp thám mã DES. - Xây dựng thuật toán di truyền dò tìm khóa. - Vận dụng kết quả nghiên cứu thuật toán di truyền nhị phân và đặc trưng của bài toán thám mã hộp đen để xây dựng quy trình dò tìm khóa đúng như hình dưới đây:. - Quy trình thám mã dựa trên thuật toán di truyền 3.4.1.1. - khóa mà thuật toán di truyền sẽ hội tụ. - Đến đây, thuật toán kết thúc.. - Giả định rằng, thuật toán di truyền thám mã đạt được sự hội tụ qua 2.000.000 thế hệ. - Tổng thời gian thám mã = thời gian tạo lập tập khóa P gồm 100 khóa = tổng thời gian của các vòng lặp = 132 phút + 1.030 phút = 1.162 phút (khoảng 19,4 giờ).. - Theo tài liệu Thuật toán di truyền thực hành của Randy L. - Haupt và Sue Ellen Haupt thì tổng thời gian chạy của một thế hệ (một vòng lặp) thuật toán di truyền trên hệ thống tính toán song song được tính như sau:. - Nếu áp dụng mô hình tính toán song song đối thuật toán di truyền đó là “GA master - slaver”. - Thời gian thám mã khi ứng dụng mô hình GA master - slave có 100 máy slave nói trên là:. - Đề tài đã ứng dụng thuật toán di truyền cùng với “tiêu chuẩn bản rõ” tiếng Anh để xây dựng thuật toán “vét cạn có định hướng” trên không gian khoá đã giới hạn. - Thuật toán này thực hiện dò tìm khoá mật với một bản mã cho trước được mã hóa bởi Chuẩn mã hóa dữ liệu DES.. - Xây dựng thuật toán nhận dạng “bản rõ” và “tiêu chuẩn bản rõ” đối với tiếng Anh là cơ sở để xác định hàm “phù hợp” áp dụng cho thuật toán di truyền.. - Xây dựng quy trình thám mã dựa trên thuật toán di truyền gồm các bước tạo lập họ khoá khởi tạo, giải mã với các khoá, chọn lọc, ghép cặp, đột biến, kiểm tra hội tụ. - Đề xuất mô hình tính toán song song cho thuật toán di truyền thám mã - Mô hình “GA master - slave” để rút ngắn thời gian thám mã khoảng 100 lần.. - Mục tiêu của đề tài là thám mã DES với thông điệp mã hoá được giả định là tiếng Anh nhưng nó có thể mở rộng nghiên cứu thám mã với bản mã cho trước được mã hoá từ thông điệp là tiếng Pháp, tiếng Việt, tiếng Nga. - Độ phức tạp của phương pháp này chủ yếu phụ thuộc vào độ dài của khóa (số lượng bit khóa), hoàn toàn không phụ thuộc vào thuật toán mã hóa bên trong khối mã nên nó có thể mở rộng thám mã đối với các hệ mật mã khối có độ an toàn cao hơn, độ dài khoá lớn hơn DES, như IDEA, AES, FEAL, RC4, RC5, 3DES. - miễn là chúng ta được cho trước bản mã, thuật toán mã hóa, giải mã. - Việc mở rộng thám mã đòi hỏi sự phát triển thuật toán đồng thời với tăng cường hệ thống tính toán hiệu năng cao, tăng số lượng máy thành viên so với hệ thống tính toán song song đã đề xuất.. - Hoàng Minh Tuấn (2008), Thám mã khối trên máy tính song song dùng hệ điều hành Linux, Luận án Tiến sĩ, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Bộ Quốc phòng, tr.34-71.. - Hồ Văn Canh, Hoàng Minh Tuấn (2010), “Thám mã các văn bản được mã hóa bằng các Chuẩn mã hóa khối”.