Luận văn Đảm bảo an toàn thông tin trên web sử dụng kỹ thuật mã hóa ứng dụng vào gửi nhận công văn tài liệu trong hệ thống mạng quân sự

ỐNG MẠNG QUÂN SỰ Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số chuyên ngành: 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM THẾ QUẾ Thái Nguyên - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của chính bản thân, luận văn này hoàn toàn được hình thành và phát triển từ quan điểm của chính cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của TS Phạm Thế Quế. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong các công trình nào khác. Học viên Đỗ Quốc Trưởng LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn “Đảm bảo an toàn thông tin trên web sử dụng kỹ thuật mã hóa ứng dụng vào gửi nhận công văn tài liệu trong hệ thống mạng Quân sự” học viên đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của nhiều tập thể và cá nhân. Trước hết, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến ban lãnh đạo cùng quý thầy cô trong khoa Công nghệ thông tin - Trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông, Đại học Thái Nguyên đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm và tạo điều kiện thuận lợi cho học viên trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS. Phạm Thế Quế, người đã gợi cho học viên những ý tưởng về đề tài, đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ để đề tài được thực hiện và hoàn thành. Tôi cũng xin cảm ơn cơ quan, bạn bè đồng nghiệp, gia đình và những người thân đã cùng chia sẻ, giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập và hoàn thành bản luận văn. Thái nguyên, ngày.... tháng. năm 2020 Học viên Đỗ Quốc Trưởng i MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 06 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN THÔNG TIN VÀ BẢO MẬT TRÊN WEB ..................................................................................................... 09 1.1. Quá trình phát triển của web ...................................................................... 09 1.2. Quá trình phát triển của web ...................................................................... 09 1.3. Các hiểm họa đối với an toàn thông tin trên web ...................................... 09 1.3.1. Tấn công vào vùng ẩn ......................................................................... 09 1.3.2. Can thiệp vào tham số trên URL ......................................................... 10 1.3.3. Tấn công dùng cookie ......................................................................... 10 1.3.4. Các lỗ hổng bảo mật ............................................................................ 10 1.3.5. Cấu hình không an toàn ...................................................................... 10 1.3.6. Tràn bộ đệm ........................................................................................ 10 1.3.7. Tấn công từ chối dịch vụ DoS (Denial of Service) ............................. 11 1.4. Các vấn đề bảo mật ứng dụng web ............................................................ 11 1.4.1. Giao thức IPSec ................................................................................... 11 1.4.2. Giao thức SSL và TLS ........................................................................ 11 1.4.3. Giao thức SET ..................................................................................... 14 1.4.4. So sánh giữa SET và SSL ................................................................... 16 1.5. An toàn thông tin trong môi trường web ................................................... 17 1.5.1. Vấn đề an toàn thông tin ..................................................................... 17 1.5.2. Chứng chỉ số và cơ chế xác thực ........................................................ 17 1.5.3. Chứng chỉ khóa công khai .................................................................. 21 1.6. Kết luận chương ......................................................................................... 25 Chương 2: MÃ KHÓA ĐỐI XỨNG, MÃ KHÓA CÔNG KHAI, CHỮ KÝ SỐ TRONG BẢO MẬT GỬI NHẬN CÔNG VĂN TÀI LIỆU GIỮA CÁC ĐƠN VỊ TRONG QUÂN SỰ.......................................................................... 26 2.1. Mã khóa đối xứng ...................................................................................... 26 2.1.1. Định nghĩa ........................................................................................... 26 ii 2.1.2. Chuẩn mã hóa dữ liệu DES ................................................................. 27 2.2. Mã khóa bất đối xứng (mã hóa khóa công khai) ....................................... 32 2.2.1. Giới thiệu chung .................................................................................. 32 2.2.2. Hệ mật mã RSA .................................................................................. 35 2.2.3. Hàm băm ............................................................................................. 39 2.3. Chữ ký số ................................................................................................... 42 2.3.1. Khái niệm ............................................................................................ 42 2.3.2. Phân loại chữ ký số ............................................................................. 43 2.3.3. Một số lược đồ chữ ký cơ bản ............................................................. 46 2.3.4. Quá trình ký và xác thực chữ ký số .................................................... 51 2.3.5. Các phương pháp tấn công chữ ký điện tử ......................................... 52 2.4. Bảo mật việc gửi nhận công văn tài liệu trong hệ thống Quân sự ............. 52 2.4.1. Trình tự quản lý công văn tài liệu chuyển đi ...................................... 53 2.4.2. Kiểm tra, đăng ký và đóng dấu công văn tài liệu ............................... 53 2.4.3. Trình tự quản lý công văn tài liệu đến ................................................ 53 2.5. Kết luận chương ......................................................................................... 53 Chương 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH BẢO MẬT GỬI NHẬN CÔNG VĂN TÀI LIỆU TRONG HỆ THỐNG MẠNG QUÂN SỰ ........... 55 3.1. Hiện trạng về gửi nhận công văn tài liệu ở các đơn vị Quân sự ................ 55 3.2. Bảo đảm an toàn thông tin trong đơn vị Quân sự ...................................... 57 3.3. Cài đặt chương trình và thử nghiệm........................................................... 59 3.4. Đáng giá kết quả thử nghiệm chương trình ............................................... 63 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 64 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................... 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 66 iii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng anh Nghĩa tiếng việt CA Certificate Authority Cơ quan chứng thực chữ ký số DS Digital Signatures Chữ ký số Digital Signature DSA Giải thuật ký điện tử Algorithm DES Data Encryption Standard Chuẩn mã hóa dữ liệu DSS Digital Signature Standard Chuẩn chữ ký số DoS Denial of Service Tấn công từ chối dịch vụ FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin Hypertext Markup HTML Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản Language Hypertext Transfer HTTP Giao thức truyền siêu văn bản Protocol Lightweight Directory Giao thức ứng dụng truy cập các LDAP Access Protocol cấu trúc thư mục Rivest, Shamir and RSA Giải thuật mã hóa công khai Adleman PKI Public Key Infrastructure Cơ sở hạ tầng khóa công khai SHA Secure Hash Algorithm Giải thuật băm an toàn SSL Secure Socket Layer Giao thức an ninh thông tin iv Từ viết tắt Tiếng anh Nghĩa tiếng việt SQL Structured Query Language Ngôn ngữ truy vấn Transmission Control Một hệ thống các giao thức hỗ trợ TCP/IP Protocol/Internet Protocol việc truyền thông tin trên mạng TLS Transport Layer Security Bảo mật tầng giao vận URL Uniform Resource Locator Định vị tài nguyên thống nhất v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình hoạt động của web .............................................................. 09 Hình 1.2: Sử dụng SSL gửi và nhận trên internet ............................................. 12 Hình 1.3: Sơ đồ hoạt động của SSL .................................................................. 14 Hình 1.4: Dùng mật khẩu để xác thực máy khách kết nối tới máy dịch vụ ...... 18 Hình 1.5: Chứng thực của máy khách kết nối tới máy dịch vụ ........................ 20 Hình 1.6: Sơ đồ hoạt động của Hệ thống cấp chứng chỉ khóa công khai ......... 22 Hình 1.7: Mô hình dây chuyền chứng thực ...................................................... 24 Hình 2.1: Sơ đồ mã hóa khóa đối xứng ............................................................ 26 Hình 2.2: Một vòng của DES ............................................................................ 28 Hình 2.3: Hàm f của DES ................................................................................. 29 Hình 2.4: Sơ đồ thuật toán tạo các khóa từ K1 đến K16 .................................. 30 Hình 2.5: Sơ đồ mô tả chi tiết DES ................................................................... 31 Hình 2.6: Gửi nhận tài liệu mã hóa bất đối xứng .............................................. 33 Hình 2.7: Sơ đồ mô tả chi tiết thuật toán RSA ................................................. 37 Hình 2.8: Sơ đồ mô tả bản băm thông điệp....................................................... 39 Hình 2.9: Đường đi đúng của thông tin ............................................................ 40 Hình 2.10: Thông tin bị lấy trộm và đã bị thay đổi trên đường truyền ............. 40 Hình 2.11: Mô hình lược đồ chữ ký khôi phục thông điệp ............................... 46 Hình 2.12: Quá trình ký thông điệp .................................................................. 51 Hình 2.13: Mô hình lược đồ chữ ký khôi phục thông điệp ............................... 52 Hình 3.1: Sử dụng thiết bị lưu trữ di động để trao đổi tài liệu (USB) .............. 55 Hình 3.2: Sử dụng máy tính kết nối internet để gửi tài liệu .............................. 56 Hình 3.3: Chương trình gửi nhận công văn tài liệu đang triển khai ................. 56 Hình 3.4: Giao diện tạo khóa ............................................................................ 59 Hình 3.5: Giao diện gửi tài liệu ......................................................................... 60 Hình 3.6: Giao diện lựa chọn các chế độ gửi tài liệu ........................................ 60 Hình 3.7: Giao diện tài liệu đến khi gửi bảo mật và ký số ............................... 61 Hình 3.8: Giao diện giải mã tài liệu thành công ............................................... 61 Hình 3.9: Giao diện xác thực chữ ký tài liệu thành công.................................. 62 Hình 3.10: Giao diện xác thực chữ ký tài liệu không thành công .................... 62 6 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề 1.1. Sự cần thiết lựa chọn đề tài Hiện nay tình hình an toàn thông tin số ở nước ta diễn biến phức tạp đe dọa nghiêm trọng đến ứng dụng công nghệ thông tin phục vụ phát triển kinh tế xã hội và đảm bảo Quốc phòng an ninh. Bảo mật và đảm bảo an toàn thông tin dữ liệu đang nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu, là một chủ đề rộng có liên quan đến nhiều lĩnh vực, trong thực tế có thể có nhiều phương pháp được thực hiện để đảm bảo an toàn thông tin dữ liệu. Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của hạ tầng truyền thông, người sử dụng dựa trên nền tảng này để truyền các thông tin trên mạng thì các nguy cơ xâm nhập vào các hệ thống thông tin, các mạng dữ liệu ngày càng gia tăng. Nhiều chuyên gia đang tập trung nghiên cứu và tìm mọi giải pháp để đảm bảo an toàn, an ninh cho hệ thống, đặc biệt là các hệ thống mạng máy tính trong Quân sự. Việc bảo mật cho hệ thống mạng máy tính có thể thực hiện theo nhiều phương diện, ở nhiều tầng khác nhau, bao gồm từ phương diện kiểm soát truy nhập vật lý vào hệ thống, thực hiện sửa chữa, cập nhật, nâng cấp hệ điều hành cũng như vá mọi lỗ hổng về an ninh, quản lý các hoạt động gửi nhận công văn và truyền tải văn bản trên mạng (Giám sát qua tường lửa, các bộ định tuyến Router, phát hiện và phòng ngừa sự xâm nhập,) xây dựng các giải pháp bảo mật ở mỗi phần mềm để quản lý người dùng thông qua việc cấp quyền sử dụng, mật khẩu, mật mã, mã hóa dữ liệu để che giấu thông tin. Trên thực tế hiện nay các chiến lược Quân sự Quốc phòng các phương án tác chiến, các bí mật về khoa học Quân sự cho đến các công văn tài liệu bí mật, tuyệt mật đều được tạo lập soạn thảo lưu trữ trên các máy tính. Do không kiểm soát được việc sử dụng các thiết bị lưu trữ di động như USB, thẻ nhớ, ổ cứng di động hay các thiết bị thu phát sóng như USB 3G, Wifinên tất các các tài nguyên thông tin Quân sự đang nằm trên không gian mạng đều có thể bị lộ lọt, bị làm giả, bị chỉnh sửaNhận thức được vấn đề nêu trên nên em đã chọn đề tài: “Đảm bảo an toàn thông tin trên web sử dụng kỹ thuật mã hóa ứng dụng 7 vào gửi nhận công văn tài liệu trong hệ thống mạng Quân sự”. Làm luận văn báo cáo tốt nghiệp của mình. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu một số kỹ thuật mã hóa, chữ ký số sử dụng trên môi trường Web. Sau đó là xây dựng chương trình ứng dụng vào thực tế đơn vị. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là đảm bảo an toàn dữ liệu gửi trên môi trường Web, các giao thức bảo mật, các thuật toán mã hóa đối xứng (như DES), bất đối xứng (như mật mã khóa công khai RSA), chữ ký số, ứng dụng mã hóa và chữ ký số trong gửi nhận công văn tài liệu trên hệ thống mạng Quân sự. 3. Hướng nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu các vấn đề mất an toàn thông tin trên môi trường web, cơ sở khoa học của mã hóa, chữ ký số của các tác giả trong và ngoài nước, các bài báo thông tin trên mạng từ đó trình bày theo ý tưởng của mình và đề xuất các giải pháp bảo mật, an toàn thông tin trong gửi nhận công văn tài liệu qua mạng của các đơn vị trong toàn quân. - Cài đặt đưa vào triển khai thực tiễn tại đơn vị chương trình gửi nhận công văn tài liệu để làm nổi bật tính bảo mật, an toàn thông tin so với các chương trình cũ hiện hành. 4. Cấu trúc của luận văn Luận văn gồm: Phần mở đầu, ba chương chính, kết luận và tài liệu tham khảo cụ thể: Phần mở đầu: Trình bày lý do chọn đề tài và bố cục của luận văn Chương 1: Tổng quan về an toàn thông tin và bảo mật trên web Chương 2. Mã khóa đối xứng, mã khóa công khai, chữ ký số trong bảo mật gửi nhận công văn tài liệu giữa các đơn vị trong Quân sự Chương 3. Xây dựng chương trình bảo mật gửi nhận công văn tài liệu trong hệ thống mạng Quân sự Kết luận và hướng phát triển của luận văn 8 5. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, phân tích và tổng các tài liệu, thông tin về các nội dung có liên quan đến đề tài. - Tìm hiểu về các hiểm họa an toàn thông tin trên web. - Tìm hiểu về hệ mật mã đối xứng, hệ mật mã bất đối xứng, chữ ký số để mã hóa dữ liệu, xác thực thông tin trong gửi nhận công văn tài liệu. - Phân tích nghiệp vụ gửi nhận công văn hiện tại ở đơn vị để xây dựng chương trình gắn sát với thực tế người sử dụng đảm bảo an toàn thông tin cho tài liệu. 6. Ý nghĩa khoa học của đề tài - Ứng dụng các dịch vụ của web kết hợp với các giải pháp an toàn thông tin, chú trọng nghiên cứu khóa công khai, chữ ký số để xây dựng phần mềm gửi/nhận công văn tài liệu trên hệ thống mạng Quân sự. Hệ thống đáp ứng yêu cầu về truyền tài thông tin trong Quân sự: “Kịp thời, chính xác, bí mật, an toàn”, góp phần hiện đại hóa Quân đội. - Cài đặt thành công chương trình đưa vào sử dụng thực tế tại đơn vị. 9 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN THÔNG TIN VÀ BẢO MẬT TRÊN WEB 1.1. Quá trình phát triển của web Ý tưởng về web do Tim Berners Lee, ông đã phát minh ra một giao thức cơ bản cho việc chuyển tải các tài liệu lên mạng là HTTP, ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản HTML để mô tả cấu trúc của một tài liệu. Kể từ khi ra đời web đã phát triển không ngừng và đã trải qua các thế hệ web 1.0, web 2.0, web 3.0, web 4.0, web 5.0. 1.2. Mô hình hoạt động của web Từ một trình duyệt, người dùng gõ vào địa chỉ của một trang web, trình duyệt sẽ thực hiện một kết nối tới máy chủ tên miền để chuyển đổi tên miền ra địa chỉ IP tương ứng. Sau đó, trình duyệt sẽ gửi tiếp một kết nối tới máy chủ của website có địa chỉ IP này qua cổng 80. Dựa trên giao thức HTTP, trình duyệt sẽ gửi yêu cầu GET đến máy chủ. Khi đó máy chủ sẽ xử lý các yêu cầu của người dùng, rồi gửi trả kết quả về cho phía client. Hình 1.1: Mô hình hoạt động của web 1.3. Các hiểm hoạ đối với an toàn web 1.3.1. Tấn công vào vùng ẩn Dựa vào chức năng "View Source" của trình duyệt mà có thể biết được thông tin về các phiên làm việc của client do đó có thể tìm ra sơ hở của trang web mà ta muốn tấn công và từ đó có thể truy cập vào hệ thống của máy chủ... 10 1.3.2. Can thiệp vào tham số trên URL Dùng các câu lệnh SQL để khai thác cơ sở dữ liệu trên server bị lỗi, điển hình nhất là tấn công bằng "SQL INJECT". Khi hacker gửi những dữ liệu (thông qua các form), ứng dụng web sẽ thực hiện và trả về trình duyệt kết quả câu truy vấn hay những thông báo lỗi có liên quan đến cơ sở dữ liệu và từ đó có thể điều khiển toàn bộ hệ thống ứng dụng. 1.3.3. Tấn công dùng cookie Cookie là những phần dữ liệu nhỏ có cấu trúc được chia sẻ giữa trình chủ và trình duyệt của người dùng chứa thông tin về người dùng đã ghé thăm trang web và những vùng mà họ đã đi qua trong trang web và lưu trên đĩa cứng của máy tính. Những người biết tận dụng những thông tin này có thể gây nên những hậu quả nghiêm trọng. 1.3.4. Các lỗ hổng bảo mật Hiện nay các lỗ hổng được phát hiện ra ngày càng nhiều về hệ điều hành, máy chủ web, và các phần mềm của các hãng khác... Tuy khi phát hiện ra được và có bổ sung các bảng path nhưng các khách hàng không cập nhật thường xuyên nên là cơ hội cho các hacker tấn công. 1.3.5. Cấu hình không an toàn Các phần mềm và hệ điều hành trên máy chủ không được cập nhật với bản vá lỗi bảo mật mới nhất, không phân đúng quyền cho các thư mục và tập tin trong trang web, những chức năng quản lý và debug được triển khai không cần thiết, phần mềm web server đăng quá nhiều thông tin trong trang báo lỗi, cấu hình SSL và các hàm mã hóa không đúng. 1.3.6. Tràn bộ đệm Tin tặc gửi một đoạn mã được thiết kế đặc biệt đến ứng dụng, tin tặc có thể làm cho ứng dụng web thi hành bất kỳ đoạn mã nào, điều này tương đương với việc chiếm quyền làm chủ máy server. 11 1.3.7. Tấn công từ chối dịch vụ DoS (Denial of Service) Là các cuộc tấn công trên hệ thống mạng nhằm ngăn cản những truy xuất tới các dịch vụ, làm cho các dịch vụ mạng bị tê liệt, không còn khả năng đáp ứng được yêu cầu bằng cách làm tràn ngập số lượng kết nối, quá tải server hoặc ứng dụng chạy trên server. 1.4. Các vấn đề bảo mật ứng dụng web 1.4.1. Giao thức IPSec - IPSec là một tiêu chuẩn nhằm bổ sung an toàn cho Internet, được xác định trong RFC 1825, so với giao thức IP, IPSec thêm vào hai trường mào đầu IP để cung cấp tính năng xác thực và bảo mật tại lớp IP. - IPSec có hai cơ chế mã hoá là Tunnel Mode và Transport Mode, sử dụng thuật toán mã hoá đối xứng để mã hoá truyền thông. Các thực thể tham gia truyền thông sử dụng các khoá chia sẻ được tạo ra bằng thuật toán Diffie- Hellman kèm với việc xác thực để đảm bảo khoá đối xứng được thiết lập giữa những bên truyền thông một cách chính xác. - Trước khi IPSec trao đổi dữ liệu đã xác thực hoặc mã hoá, cả bên gửi và bên nhận phải thống nhất với nhau về thuật toán mã hoá và khoá (hoặc các khoá) sử dụng. 1.4.2. Giao thức SSL và TLS 1.4.2.1. Lịch sử SSL, TLS Giao thức SSL (Secure Socket Layer) đầu tiên do Netscape phát triển để bảo mật dữ liệu gửi và nhận trên Internet của các giao thức thuộc lớp ứng dụng như HTTP, LDAP hay POP3. Các phiên bản gồm: SSL 1.0, SSL 2.0 - 1994, SSL 3.0 - 1996. SSL nhanh chóng hoàn thiện qua các phiên bản sau đó nó trở thành giao thức phổ biến nhất cho an toàn truyền thông trên WWW. Tổ chức IETF (Internet Engineering Task Force) đã chuẩn hoá SSL và đặt lại tên là TLS (Transport Layer Security). Mặc dù là có sự thay đổi về tên nhưng TSL chỉ là một phiên bản mới của SSL. Phiên bản TLS v1.0 (được biết 12 đến như là SSL v3.1)-1999 tuy nhiên các giao thức hoạt động không được đầy đủ. TLS còn được nâng cấp hơn nữa các chức năng qua các phiên bản TLS v1.1 vào năm 2006, TLS v1.2 vào năm 2008, TLS v1.3 vào năm 2018. Tuy nhiên SSL là thuật ngữ được sử dụng rộng rãi hơn. Hình 1.2: Sử dụng SSL gửi và nhận trên internet 1.4.2.2. Nhiệm vụ và kiến trúc SSL - Nhiệm vụ: Xác thực server, xác thực client, mã hoá kết nối. - Kiến trúc SSL: Gồm 4 giao thức con sau: SSL Handshake, SSL Change Cipher Spec, SSL Alert, SSL Record Layer. - SSL là một lớp (bảo mật) trung gian giữa lớp vận chuyển và lớp ứng dụng. SSL được xếp lớp lên trên một dịch vụ vận chuyển định hướng nối kết và đáng tin cậy, SSL nằm trong tầng ứng dụng của giao thức TCP/IP. - SSL Record Protocol: Sử dụng để trao đổi tất cả các kiểu dữ liệu trong một phiên - bao gồm các thông điệp, dữ liệu của các giao thức SSL khác và dữ liệu của ứng dụng. SSL Record Protocol liên quan đến việc bảo mật và đảm bảo toàn vẹn dữ liệu, mục đích là thu nhận những thông điệp mà ứng dụng chuẩn bị gửi, phân mảnh dữ liệu cần truyền, đóng gói, bổ xung header tạo thành một đối tượng bản ghi được mã hoá và có thể truyền bằng giao thức TCP. - Handshake Protocol: Giao thức này được sử dụng để khởi tạo phiên SSL giữa client và server, nhờ giao thức này các bên sẽ xác thực lẫn nhau và thoả thuận các tham số cho phiên làm việc sẽ được thiết lập. 13 - Alert Protocol: Sử dụng để mang các thông điệp của phiên liên quan tới việc trao đổi dữ liệu và hoạt động của các giao thức. - Change Cipher Spec Protocol: Chứa một thông điệp mang giá trị 1 làm chuyển trạng thái của một phiên từ “đang chờ” sang “bền vững”. 1.4.2.3. Hoạt động của SSL Khi trình duyệt của một máy khách đến một Website bí mật của một máy chủ, máy chủ gửi một lời chào tới trình duyệt. Trình duyệt đáp lại bằng một lời chào. Việc tiến hành trao đổi lời chào, hoặc bắt tay cho phép 2 máy tính quyết định các chuẩn mã hoá và nén (mà chúng cùng hỗ trợ). Trình duyệt máy khách yêu cầu máy chủ đưa ra một chứng chỉ số. Máy chủ gửi cho trình duyệt một chứng chỉ đã được công nhận bởi CA. Trình duyệt kiểm tra chữ ký số có trên chứng chỉ của máy chủ, dựa vào khoá công khai của CA, khoá này được lưu giữ trong trình duyệt. Hoạt động này xác thực máy chủ thương mại. Máy khách và máy chủ thoả thuận rằng mọi trao đổi phải được giữ bí mật, bởi vì những thông tin này là quan trọng. Để thực hiện bí mật, SSL sử dụng mã hoá khoá công khai (không đối xứng) và mã hoá khoá riêng (đối xứng). Thoạt đầu, trình duyệt sinh ra một khoá riêng dùng chung cho cả hai. Sau đó, trình duyệt mã hoá khoá riêng bằng khoá công khai của máy chủ. Khoá công khai của máy chủ được lưu giữ trong chứng chỉ số, máy chủ gửi chứng chỉ này cho trình duyệt trong quá trình xác thực. Một khi khoá được mã hoá, trình duyệt gửi nó cho máy chủ. Ngược lại, máy chủ giải mã thông báo bằng khoá riêng của nó và tìm ra khoá riêng dùng chung. Tất cả các thông báo giữa máy khách và máy chủ được mã hoá bằng khoá riêng dùng chung (cũng được biết đến như là một khoá phiên). Sau khi kết thúc phiên giao dịch, khoá phiên bị huỷ bỏ. Một kết nối mới lại bắt đầu tương tự. 14 Hình 1.3: Sơ đồ hoạt động của SSL 1.4.3. Giao thức SET 1.4.3.1. Giới thiệu tổng quan về SET SET là một giao thức chuẩn để đảm bảo an toàn cho các giao dịch thẻ tín dụng trong các mạng không an toàn và Internet. SET không phải là một hệ thống thanh toán mà là một bộ các giao thức và khuôn dạng an toàn cho phép người sử dụng triển khai cơ sở hạ tầng thanh toán bằng thẻ tín dụng trên một mạng một cách an toàn. 1.4.3.2. Nguyên tắc thanh toán bằng thẻ với giao thức SET Trong giao thức SET, có 5 thực thể gồm: Chủ thẻ, Thương nhân, Ngân hàng thương nhân, Tổ chức cấp thẻ, Cơ quan chứng thực. 1.4.3.3. Mô tả một quá trình giao dịch Bước 1: Chủ thẻ và thương nhân đăng ký với một CA để nhận được chứng chỉ số. Bước 2: Khách hàng duyệt website và đặt mua hàng với hình thức thanh toán là SET. 15 - Thương nhân gửi một bản sao chứng chỉ của mình để khách hàng xác minh rằng đây là một kho hàng hợp lệ. Thương nhân cũng gửi chứng chỉ số của ngân hàng thanh toán. - Khách hàng nhận và xác minh chứng chỉ của Thương nhân để khẳng định thương nhân đó có hợp lệ hay không. - Khách hàng gửi thông điệp đặt hàng cho thương nhân bao gồm thông tin đặt hàng, thông tin thanh toán và thông tin để đảm bảo thanh toán chỉ có thể được thực hiện với lệnh cụ thể này. Thông tin đặt hàng được mã hoá bằng khoá công khai của Thương nhân, còn thông tin thanh toán được mã hoá bằng khoá công khai của ngân hàng. - Thương nhân xác minh khách hàng và yêu cầu Ngân hàng thương nhân uỷ quyền thanh toán bằng cách gửi lệnh đặt hàng bao hàm khoá công khai của ngân hàng, thông tin thanh toán của khách hàng và chứng chỉ của Thương nhân. - Ngân hàng thương nhân xác minh và uỷ quyền thanh toán. - Thương nhân xác nhận lệnh và giao hàng và điền uỷ quyền này vào lệnh rồi gửi xác nhận lệnh cho khách hàng, sau đó giao hàng cho khách hàng. Thông qua ngân hàng thanh toán yêu cầu ngân hàng của chủ thẻ thanh toán. Để khởi động thanh toán, thương nhân tạo và ký một yêu cầu cầm giữ và gửi cho cổng nối thanh toán. Do đã có uỷ quyền, cổng nối thanh toán chuyển yêu cầu cầm giữ thành nguồn tiền chuyển vào tài khoản của Thương nhân. - Tổ chức cấp thẻ in hoá đơn thẻ tín dụng cho khách hàng. 1.4.3.4. Mã hóa SET - Sử dụng khóa đối xứng: Gói dữ liệu được mã hóa bằng cách dùng một khóa đối xứng ngẫu nhiên (DES 56 bit). Khóa này được mã hóa với khóa công khai (RSA) trong thông báo của người nhận. Kết quả thu được gọi là “Phong bì số” của thông báo. - Sử dụng khóa bất đối xứng, chữ ký số: 16 + Mật mã khóa phi đối xứng: Mật mã khóa công khai được dùng để mã hóa các khóa DES và dùng để xác thực, mỗi lần SET thực hiện xử lý dùng hai cặp khóa bất đối xứng: một cặp khóa trao đổi để mã hóa và giải mã khóa phiên, và một cặp “signature” để tạo và xác minh các chữ ký số (160 bit). + Chữ ký số: Nhằm bảo đảm tính xác thực và toàn vẹn của thông báo, người nhận ký số có thể chắc chắn rằng thông báo thật sự đến từ người gửi. + Chứng chỉ số: Dùng để xác nhận bên tham gia, CA sẽ tạo ra một thông báo chứa tên của người tham gia và khóa công khai của nó. + Chữ ký kép: Chữ ký kép liên kết 2 thông điệp dành cho hai đối tượng nhận khác nhau gồm thông tin đặt hàng OI cho thương nhân và thông tin thanh toán PI cho ngân hàng. 1.4.3.5. Ưu điểm của SET Đảm bảo tính chính xác của thông tin cho bên gửi và bên nhận, sự toàn vẹn của thông tin trong quá trình truyền dữ liệu thông qua việc sử dụng chữ ký số, khó bẻ khoá, bảo vệ tất cả những người tham gia hợp pháp trong giao dịch và sử dụng một cách an toàn nhất, hạn chế tình trạng từ chối dịch vụ và lừa đảo qua mạng do có cơ chế xác thực cả hai phía. 1.4.3.6. Hạn chế của SET Yêu cầu phần mềm, phần cứng chuyên dụng với chi phí cao, độ trễ khi giao dịch do tính phức tạp của các thuật toán mã hóa công khai và thường xuyên tiến hành giao dịch với các ngân hàng trung gian, hệ thống cồng kềnh và quá trình giao dịch chậm, các tổ chức tài chính phải trả thêm phí cài đặt và duy trì PKI cho CA, các giao dịch dựa trên tài khoản như: séc điện tử không hỗ trợ trong SET. 1.4.4. So sánh giữa SET và SSL - SSL: Không sử dụng cổng nối thanh toán và Thương nhân nhận được cả thông tin về việc đặt hàng lẫn thông tin thẻ tín dụng, thực hiện xác thực tại thời điểm khởi đầu của mỗi phiên, không yêu cầu cơ quan chứng thực gốc. 17 - SET: Giấu thông tin về thẻ tín dụng của khách hàng đối với Thương nhân và cùng giấu thông tin về đơn hàng đối với các ngân hàng để bảo vệ việc riêng tư, xác thực tại mỗi lần yêu cầu/đáp ứng, Yêu cầu cơ quan chứng thực gốc và kiến trúc phân cấp. 1.5. An toàn thông tin trong môi trường web 1.5.1. Vấn đề an toàn thông tin An toàn thông tin là vấn đề đặc biệt quan trọng cần phải được đảm bảo an toàn trước việc khai thác thông tin trái phép và cần tập trung vào việc bảo vệ các tài sản khi chúng được chuyển tiếp giữa client và server phải đảm bảo tính toàn vẹn, an toàn và bao gồm cả tính xác thực. Các kỹ thuật đảm bảo cho an toàn giao dịch điện tử chính là sử dụng các hệ mật mã, các chứng chỉ số và sử dụng chữ ký số trong quá trình thực hiện các giao dịch. 1.5.2. Chứng chỉ số và cơ chế xác thực 1.5.2.1. Chứng chỉ số Chứng chỉ số là một tệp tin điện tử được sử dụng để nhận diện một cá nhân, một tổ chức, nó gắn định danh của đối tượng đó với một khóa công khai, giống như bằng lái xe, hộ chiếu hoặc chứng minh thư của một người. Cơ quan chứng thực chữ ký số (Certificate Authority - CA). Đó là một đơn vị có thẩm quyền xác nhận định danh và cấp các chứng chỉ số. CA có thể là một đối tác thứ ba đứng độc lập hoặc các tổ chức vận hành một hệ thống tự cấp các chứng chỉ cho nội bộ của họ. Các phương pháp để xác định định danh phụ thuộc vào các chính sách mà CA đặt ra. Chính sách lập ra phải đảm bảo việc cấp chứng chỉ số là đúng đắn, ai được cấp và mục đích dùng vào việc gì. Thông thường, trước khi cấp mộ...băm h vào dùng trong sơ đồ chữ ký số không làm giảm sự an toàn của sơ đồ chữ ký số vì nó là bản tóm lược văn bản - văn bản đại diện 40 cho thông điệp được ký chứ không phải là thông điệp gốc. Điều cần thiết là hàm băm cần thỏa mãn một số tính chất sau để tránh bị giả mạo: Tính chất 1: Hàm băm h không va chạm yếu: h là hàm băm không có tính va chạm yếu nếu khi cho trước một bức điện X, không thể tiến hành về mặt tính toán để tìm ra một bức điện X’ ≠ X mà h(X’) = h(X). Xét một kiểu tấn công: Thông tin cần phải truyền từ A đến B (Hình 2.9). Nhưng trên đường truyền, thông tin bị lấy trộm và thay đổi (Hình 2.10) Hình 2.9: Đường đi đúng của thông tin Hình 2.10: Thông tin bị lấy trộm và đã bị thay đổi trên đường truyền Người A gửi cho B (X, Y) với Y = sigK(h(X)). Nhưng trên đường truyền, thông tin bị lấy trộm. Hacke bằng cách nào đó tìm được một bản thông điệp X’ có h(X’) = h(X) mà X’≠ X. Sau đó Hacker đưa X’ thay thế X rồi truyền tiếp cho B. Người B nhận được và thông tin vẫn được xác thực là đúng đắn. Tính chất 2: Hàm băm h không va chạm mạnh: h là hàm băm không có tính va chạm mạnh nếu không có khả năng tính toá n để tìm ra hai bức thông điệp X và X’ mà X ≠ X’ và h(X’) = h(X). Xét kiểu tấn công sau: Đầu tiên, Hacker tìm được hai bức thông điệp X’ và X (với X’≠ X) mà có h(X’) = h(X) (ta coi X là hợp lệ, còn X’ là giả mạo). Tiếp theo kẻ này đưa cho A và thuyết phục A ký vào bản tóm lược h(X) để nhận được Y. Khi đó (X’, Y) là bức thông điệp giả mạo nhưng hợp lệ. 41 Tính chất 3: Hàm băm h là hàm một chiều: h là hàm một chiều nếu cho trước một bản tóm lược của văn bản Y thì không thể thực hiện về mặt tính toán để tìm ra thông điệp ban đầu X sao cho h(X) = Y. Xét kiểu tấn công sau: Việc giả mạo chữ ký trên bản tóm lược Y thường xảy ra với các sơ đồ chữ ký số. Giả sử, Hacker tính được chữ ký trên bản tóm lược Y, sau đó hắn tìm được bản thông điệp X’ được tính ngược từ bản đại diện Y = h(X). Hacker thay thế bản thông điệp X hợp lệ bằng bản thông điệp X’ giả mạo nhưng lại có Y = h(X’). Và ký số trên bản đại diện cho X’ bằng đúng chữ ký hợp lệ. Như vậy thì (X’, Y) là bức điện giả mạo nhưng hợp lệ. 2.2.3.4. Ý nghĩa của việc dùng thông điệp đại diện và hàm băm Hàm băm trợ giúp cho các sơ đồ chữ ký số nhằm giảm dung lượng của dữ liệu cần thiết để truyền qua mạng (lúc này chỉ còn bao gồm dung lượng của thông điệp gốc và 256 bits (sử dụng MD) hay 320 bits (sử dụng SHA) của chữ ký số được ký trên văn bản đại diện của thông điệp gốc), điều này tương đương với việc giảm thời gian truyền tin qua mạng. Hàm băm thường kết hợp với chữ ký số để tạo một loại chữ ký điện tử vừa an toàn (không thể cắt/dán) vừa dùng để kiểm tra tính toàn vẹn của thông điệp. Sau đây là sơ đồ tạo chữ ký số và sơ đồ xác thực chữ ký số có sử dụng hàm băm. 2.2.3.5. Giải thuật băm SHA SHA (Secure Hash Algorithm hay thuật giải băm an toàn) là năm thuật giải được chấp nhận bởi FIPS dùng để chuyển một đoạn dữ liệu nhất định thành một đoạn dữ liệu có chiều dài không đổi với xác suất khác biệt cao. 5 thuật toán đó bao gồm: - SHA-1 (trả lại kết quả dài 160 bit) - SHA-224 (trả lại kết quả dài 224 bit) - SHA-256 (trả lại kết quả dài 256 bit) - SHA-384 (trả lại kết quả dài 384 bit) - SHA-512 (trả lại kết quả dài 512 bit) 42 2.3. Chữ ký số 2.3.1. Khái niệm - Chữ ký điện tử (electronic signature) được tạo lập dưới dạng từ, chữ, số, ký hiệu, âm thanh hoặc các hình thức khác bằng phương tiện số, gắn liền hoặc kết hợp một cách logic với thông điệp số, có khả năng xác nhận ng ười ký thông điệp dữ liệu và xác nhận sự chấp thuận của người đó đối với nội dung thông điệp đã ký. Chữ ký điện tử cũng giống như chữ viết tay, tức là chữ ký điện tử được dùng để xác nhận lời hứa hay cam kết của người nào đó và sau đó không thể chối bỏ được. Chữ ký điện tử không đòi hỏi phải sử dụng giấy mực mà nó gắn đặc điểm nhận dạng của người ký vào một bản cam kết nào đó. Như vậy, chữ ký điện tử sẽ chứng thực được định danh người gửi và bảo vệ sự toàn vẹn dữ liệu. - Chữ ký điện tử cần đảm bảo các chức năng: Xác định được người chủ của một dữ liệu nào đó và xác thực dữ liệu đó có bị thay đổi hay không. - Chữ ký số (digital signature) là một dạng chữ ký điện tử (là tập con của chữ ký điện tử) được tạo ra bằng sự biến đổi một thông điệp dữ liệu sử dụng hệ mật mã khóa công khai, theo đó người có thông điệp dữ liệu ban đầu và khóa công khai của người ký có thể xác thực được chữ ký số vừa ký. Chữ ký của một người trên tài liệu thường đặt ở cuối văn bản để xác nhận nguồn gốc hay trách nhiệm của người ký với tài liệu đó. Với tài liệu đã được “số hóa” nếu chữ ký đặt ở cuối văn bản thì việc sao chép “ chữ ký số” là dễ dàng và không thể phân biệt bản gốc với bản sao vì chữ ký số là các số 0, 1. Vì vậy một chữ ký số đặt ở cuối “ tài liệu số” không thể chịu trách nhiệm đối với toàn bộ nội dung văn bản, mà chữ ký số phải được ký trên từng bit của dữ liệu đó. Nhưng chữ ký số cũng không thể ký trên bất kỳ tài liệu nào với độ dài tùy ý, vì như vậy chữ ký số sẽ có độ dài rất lớn. Với tài liệu dài người ta ký trên văn bản đại diện của nó. Văn bản đại diện của tài liệu được tạo ra bởi hàm băm. Với chữ ký thông thường thì nó là một phần của tài liệu, nhưng chữ ký số không gắn theo kiểu vật lý vào thông điệp. Đối với chữ ký thông thường 43 người ta kiểm tra bằng cách so sánh với chữ ký đúng và dĩ nhiên phương pháp này cũng không phải là an toàn nó có thể giả mạo. Đối với chữ ký số, người ta có thể kiểm tra thông qua thuật toán kiểm tra công khai. Bởi vì chữ ký số là một chuỗi số liên quan đến thông điệp và do vậy khi thông điệp thay đổi thì chữ ký số cũng thay đổi, chính vì vậy chữ ký số đảm bảo tính toàn vẹn của thông điệp, chữ ký số không thể sử dụng lại và cũng không thể giả mạo được. Hai thuộc tính không thể làm giả được và xác thực không chối bỏ của người ký chữ ký số là nguyên tắc để đảm bảo an toàn cho các hệ thống sử dụng chữ ký số trong truyền tải thông tin và dữ liệu qua mạng. Định nghĩa: Một sơ đồ chữ ký số là một bộ 5 (M, MS, K, S, V) trong đó:  M: Tập hữu hạn các thông điệp.  MS: Tập hữu hạn các chữ ký  K: Không gian khóa, là tập hữu hạn các khóa. + Với mỗi k  K tồn tại một thuật toán ký sigk’  S và một thuật toán xác minh verk''  V. Mỗi sigk: M  MS và verk: M x MS  {true, false} là các hàm thỏa mãn: Một sơ đồ chữ ký số gồm có 2 phần: Thuật toán ký và thuật toán xác minh true nếu y = sigk′(x) x  M, y  MS thì: Verk’’(x;y) = { false nếu y = sigk′(x) Với mỗi k  K, sigk’ và verk’’ là các hàm có thời gian đa thức, trong đó verk là hàm công khai xác minh chữ ký, còn sigk là hàm mật để ký. 2.3.2. Phân loại chữ ký số Có 2 loại: chữ ký kèm thông điệp và chữ ký khôi phục thông điệp. 2.3.2.1. Lược đồ chữ ký kèm thông điệp Loại lược đồ chữ ký số này được dùng phổ biến trong thực tế. Chúng dựa vào các hàm băm mật mã và ít bị tấn công giả mạo hơn. 44 - Lược đồ chữ ký số mà yêu cầu phải có thông điệp đầu vào cho thuật toán chứng thực chữ ký được gọi là lược đồ chữ ký kèm thông điệp. Một số lược đồ chữ ký kèm thông điệp (bản rõ) như: Lược đồ chữ ký EL Gamal, lược đồ chữ ký DSA. - Thuật toán sinh khóa + Mỗi người dùng sử dụng một khóa bí mật để ký thông điệp và một khóa công khai tương ứng để người dùng khác trong hệ thống dùng trong quá trình xác thực chữ ký số. + Mỗi người dùng A chọn một khóa k = (k’, k’’) € K, Sigk’ là thuật toán ký với mỗi khóa k (mỗi Sigk’ là một ánh xạ 1-1 từ Mh tới MS). +Thuật toán Verk’’ tương ứng là một ánh xạ từ Mh xMS đến tập hợp {True, False} sao cho: true nếu sigk′(m) = s Verk’’(m; s) = { false nếu sigk′(m) ≠ s Với m € Mh, s € MS: ở đây m = h(P) với P € M. Verk’’ được gọi là thuật toán kiểm thử để chứng thực chữ ký, h là hàm một chiều từ M đến Mh (Mh là tập hợp các giá trị băm). Với khóa k = (k’, k’’), trong đó khóa công khai của A là k’’, khóa bí mật là k’. - Thuật toán sinh chữ ký và chứng thực chữ ký Mỗi người dùng A ký một thông điệp P € M với chữ ký s. Một người dùng B bất kỳ có thể xác minh chữ ký đó có đúng là của A hay không? Quá trình sinh chữ ký + Chọn một chữ ký k = (k’, k’’) € K + Tính m = h(P) và s = Sigk’(m) + Chữ ký của A cho thông điệp P là s, P và s được gửi đến B. Quá trình xác nhận chữ ký + Xác thực đúng khóa công khai của A là k’’ + Tính m = h(P) và u = Verk’’ (m, s). 45 +Chấp nhận chữ ký của A nếu u = true 2.3.2.2. Lược đồ chữ ký khôi phục thông điệp Thông điệp có thể được khôi phục từ chính bản thân chữ ký. Trong thực tế lược đồ ký kiểu này thường dùng để ký cho các thông điệp - Định nghĩa: Lược đồ chữ ký khôi phục thông điệp là lược đồ chữ ký số không đòi hòi hỏi phải có thông điệp gốc làm đầu vào để chứng thực chữ ký mà thông điệp gốc sẽ được phục hồi từ chính chữ ký đó. Một số lược đồ chữ ký tự khôi phục bản rõ như: Lược đồ chữ ký RSA. - Thuật toán sinh khóa: Mỗi người dùng tạo một khóa bí mật dùng để ký thông điệp và một khóa công khai tương ứng để người dùng khác trong hệ thống dùng xác thực chữ ký. + Mỗi người dùng A chọn một khóa k = (k’, k’’) € K Sigk’ là thuật toán ký với mỗi khóa k (mỗi Sigk’ là một ánh xạ 1-1 từ Mh tới MS). -1 R là một hàm sao cho R(M) = MR và có nghịch đảo là R + Thuật toán Verk’’ tương ứng là một ánh xạ từ MS đến MR sao cho: Verk’’* sigk’ là một ánh xạ trên MR,  k € K. Verk’’ là thuật toán chứng thực chữ ký. + Cặp khóa k = (k’, k’’), trong đó khóa công khai của A là k’’, khóa bí mật của A là k’. - Thuật toán sinh chữ ký và xác nhận chữ ký Thuật toán sinh chữ ký: Người dùng A ký một thông điệp P € M với chữ ký s. Một người dùng B bất kỳ có thể xác thực chữ ký và phục hồi thông điệp P từ chữ ký đó. + Chọn khóa k = (k’, k’’) € K, -1 + Tính m = R(P) và s = Sigk’(m). (R, R là các hàm được công khai). + Chữ ký của A lên thông điệp P là s, và sau đó A gửi s cho B. Thuật toán xác nhận chữ ký: Người dùng B thực hiện các bước sau để xác minh chữ ký: + Xác thực đúng khóa công khai của A là k’’. 46 + Tính m = Verk’’(s). + Xác thực m = MR (Nếu m € MR thì từ chối chữ ký). + Phục hồi thông điệp P từ m bằng cách tính R-1(m). Hình 2.11: Mô hình lược đồ chữ ký khôi phục thông điệp 2.3.3. Một số lược đồ chữ ký cơ bản 2.3.3.1. Lược đồ chữ ký RSA Lược đồ chữ ký cơ bản nhất và có ứng dụng rộng rãi, đáng tin cậy nhất hiện nay đó là lược đồ chữ ký RSA. Đặc điểm của các sơ đồ chữ ký này là mức độ tính toán phụ thuộc hoàn toàn vào độ lớn của giải thuật giải quyết các bài toán nhân số nguyên - bài toán lũy thừa. Sơ đồ chữ ký bao gồm cả hai loại kèm thông điệp và khôi phục thông điệp, đây là sơ đồ có ứng dụng thực tế rộng rãi nhất dựa trên công nghệ sử dụng khóa công khai. - Thuật toán sinh khoá: Người dùng A tạo khoá công khai và khoá bí mật theo phương thức sau:  Sinh ra hai số nguyên tố lớn ngẫu nhiên p và q  Tính n = p*q và  (n) = (p-1)*(q-1)  Chọn e là số tự nhiên ngẫu nhiên sao cho 1 < e <  (n) và nguyên tố cùng nhau với  (n)  Ta tìm được duy nhất d  e-1 mod  (n) nhờ giải thuật Euclid mở rộng.  Khoá công khai của A là , khóa bí mật là . - Thuật toán sinh chữ ký: Người dùng A ký lên thông điệp m theo trình tự như sau: 47 + Số hóa thông điệp Y thành các số nguyên m € [0, n-1]; m = R (Y). + Tính s = md mod n Chữ ký của A lên thông điệp m là s, gửi s cho B - Thuật toán xác nhận chữ ký: Để xác thực chữ ký s là của A, B làm như sau: + Xác thực khóa công khai của A là + Tính m =se mod n + Xác nhận chữ ký nếu m € MR, ngược lại chối bỏ chữ ký của A. + Khôi phục lại Y = R-1(m). - Tóm tắt lược đồ ký theo RSA + Cho n = p.q với p và q là các số nguyên tố + Cho P = A = Zn K = {(n, p, q, a, b), n = pq, p và q là nguyên tố, ab  1 mod (n)}. Các giá trị n, b là công khai + Với mỗi k = {(n, p, q, a, b)} Ta định nghĩa: a Sigk(x) = x mod n Verk(x,y) = true  x  b (mod n) với x, y  Zn 2.3.3.2. Lược đồ chữ ký DSA (Digital Signature Standard) - Giải thuật sinh khoá Mỗi một người dùng tạo một khoá công khai và một khoá bí mật tương ứng theo cách sau: + Chọn một số nguyên tố q sao cho 2159 < q < 2160 + Chọn một số nguyên tố p sao cho 2511+64t < p < 2512+64t ở đó t [0,8] + Chọn g là một số nguyên bất kỳ nhỏ hơn p, α = g(p-1)/q mod p + α khác 1 + Chọn số nguyên a sao cho : 1 ≤ a ≤ q - 1 + Tính β = αa mod p + Khoá riêng của người dùng là a, khoá công khai là bộ (p,q, α, β) - Giải thuật sinh chữ ký Khi cần sinh chữ ký cho một thông điệp Z, thực thể phải làm những việc 48 như sau: + Chọn một số nguyên mật k, 0 < k < q - 1 + Tính γ = (αk mod p) mod q. + Tính k-1 mod q. + Tính δ = k-1(h(Z) + aγ) mod q + Chữ ký của người dùng cho Z là cặp (δ, γ) - Giải thuật xác nhận chữ ký Khi cần xác nhận chữ ký cho một thông điệp m thực thể phải làm những việc như sau: + Dành lấy khoá công khai của thực thể ký (p,q, α, β) + Nếu điều kiện : 0 < δ, γ < q không thoả mãn thì từ chối chữ ký + Tinh w = δ-1 mod q và h(Z) + Tính e1 = w.h(Z) mod q và e2 = γw mod q + Tính v = (αe1 βe2 mod p) mod q + Nếu v = γ thì chấp nhận chữ ký ngoài ra thì từ chối. Ví dụ: Giả sử q = 101, p = 78q + 1 = 7879. 78 3 là phần tử nguyên thuỷ trong Z7879 nên ta có thể lấy: α = 3 mod 7879 = 170 Giả sử a = 75, khi đó β = αa mod 7879 = 4576 Muốn kí bức điện x = 1234, ta chọn số ngẫu nhiên k = 50, vì thế có k-1 mod 101 = 99. Khi đó có : γ = (17050 mod 7879) mod 101 = 2518 mod 101 = 94 Và δ = (1234 +75.94)99 mod 101 = 96 Chữ kí (94, 97) trên bức điện 1234 được xác minh bằng các tính toán sau: 96-1 mod 101 =25 e1 = 1234.25 mod 101 = 45 e2 = 94.25 mod 101 = 2 49 Có (17045 457627 mod 7879) mod 101 = 2518 mod 101 = 94 vì thế chữ kí hợp lệ. - Tóm tắt lược đồ chữ ký số DSA Giả sử p là số nguyên tố 512 bits sao cho bài toán logarit rời rạc trong Z p là khó giải. Cho q là số nguyên tố 160 bits là ước của (p-1) Giả thiết α  Z p là căn bậc q của 1 modulo p Cho p  Zp và a = Zq× Zp và định nghĩa: A = {(p, q, α, a, β) : β ≡ αa (mod p)} Các số p, q, α và β là công khai, có a mật. Với K = (p, q, α , a, β ) và với một số ngẫu nhiên (mật) k ,1 ≤ k ≤ q-1, ta định nghĩa: Quá trình ký số sigk (x, k) = (γ, δ) trong đó γ = ( αk mod p) mod q và -1 δ = (x +aγ)k mod q với x  Zp và γ, δ  Zq Quá trình xác minh sẽ hoàn toàn sau các tính toán : e1 = xδ-1 mod q e2 = γδ-1 mod q e1 e2 verk(x, g, δ) = true  (α β mod p) mod q = γ - Các tính chất của chữ ký số DSA + Ðộ an toàn: Độ an toàn của chữ ký phụ thuộc vào độ an toàn của khoá bí mật. Người sử dụng phải bảo vệ khóa bí mật của mình. Nếu khoá bí mật đảm bảo an toàn tuyệt đối thì chữ ký cũng có mức độ an toàn hầu như tuyệt đối. Mặt khác, với khoá công khai, chữ ký DSA là an toàn khi từ khoá công khai không thể tìm được khoá bí mật, ta có: 50 Cho p là một số nguyên tố rất lớn, phương trình toán học sau là không thể giải được: y = ax mod p (1) với y, a = g(p-1)/q và khác 1. Ðể xem xét điều này trước hết chúng ta nhận xét phương trình có nghiệm x duy nhất thuộc khoảng [1,q]. Thật vậy giả sử có hai nghiệm l à x1 và x2 và ta có: y = ax1 mod p và y = ax2 mod p. Không mất tính tổng quát giả sử x1 < x2 từ đây suy ra: ax1 chia hết cho p (không thoả mãn do p nguyên tố) Tồn tại k nhỏ hơn p sao cho ak ≡ 1 (mod p). Với giá trị a có dạng a = g(p-1)/q thì điều này không thể xảy ra khi g < p. Song trên thực tế, nhiều khi một bức điện được dùng làm một tài liệu đối chứng, chẳng hạn như bản hợp đồng hay một di chúc và vì thế cần xác minh chữ ký sau nhiều năm kể từ lúc bức điện được ký. Bởi vậy, điều quan trọng là có phương án dự phòng liên quan đến sự an toàn của sơ đồ chữ ký khi đối mặt với hệ thống mật mã. + Nhược điểm: Nhược điểm lớn nhất về mặt kỹ thuật là kích thước modulo p bị cố định = 512 bits. Nhiều người muốn kích thước này có thể thay đổi được nếu cần, có thể dùng kích cỡ lớn hơn. Ðáp ứng những đòi hỏi này, NIST đã chọn tiêu chuẩn cho phép có nhiều cỡ modulo, nghĩa là cỡ modulo bất kì chia hết cho 64 trong phạm vi từ 512 đến 1024 bits. Một nhược điểm nữa là DSA là chữ ký được tạo ra nhanh hơn việc thực hiện xác minh nó. Trong khi đó, nếu d ùng RSA làm sơ đồ chữ ký với số mũ xác minh công khai nhỏ hơn (chẳng hạn = 3) thì có thể xác minh nhanh hơn nhiều so với việc lập chữ ký. Ðiều này dẫn đến hai vấn đề liên quan đến những ứng dụng của sơ đồ chữ ký. Nhiều khi việc ký chỉ thực hiện một lần, song việc xác minh chữ ký số lại thực hiện nhiều lần trong nhiều năm. Ðiều này lại gợi ý nhu cầu có thuật toán xác minh nhanh hơn. Sự đáp ứng của NIST đối với yêu cầu về số lần xác 51 minh chữ ký thực ra không có vấn đề gì ngoài yêu cầu về tốc độ, miễn là cả hai quá trình có thể thực hiện đủ nhanh. 2.3.4. Quá trình ký và xác thực chữ ký số Hình 2.12: Quá trình ký thông điệp 2.3.4.1. Quá trình ký số: - Tính toán chuỗi đại diện của thông điệp sử dụng một giải thuật băm - Chuỗi đại diện được ký sử dụng khóa bí mật của người gửi và 1 giải thuật tạo chữ ký kết quả tạo chữ ký số. - Thông điệp ban đầu được ghép với chữ ký số tạo thành thông điệp đã được ký - Thông điệp đã được ký được gửi cho người nhận 2.3.4.2. Quá trình kiểm tra chữ ký số - Tách chữ ký số và thông điệp gốc khỏi thông điệp đã ký để xử lý riêng. Tính toán chuỗi đại diện của thông điệp gốc sử dụng giải thuật băm MD1 (là giải thuật sử dụng trong quá trình ký) - Sử dụng khóa công khai (Public key) của người gửi để giải mã chữ ký số -> chuỗi đại diện thông điệp MD2 - So sánh MD1 và MD2: 52 + Nếu MD1 =MD2 -> chữ ký kiểm tra thành công. Thông điệp đảm bảo tính toàn vẹn và thực sự xuất phát từ người gửi (do khóa công khai được chứng thực). + Nếu MD1 MD2 -> chữ ký không hợp lệ. Thông điệp có thể đã bị sửa đổi hoặc không thực sự xuất phát từ người gửi. Hình 2.13: Sơ đồ xác nhận chữ ký số 2.3.5. Các phương pháp tấn công chữ ký điện tử - Total break (tấn công toàn bộ): Hacker không những tính được thông tin về khóa bí mật (private key) mà còn có thể sử dụng một thuật toán sinh chữ ký tương ứng tạo ra được chữ ký cho thông điệp. - Selective forgery (giả mạo chữ ký có lựa chọn): Hacker có khả năng tạo ra được một tập hợp các chữ ký cho một lớp các thông điệp nhất định, các thông điệp này được ký mà không cần có khóa bí mật của người ký. - Existential forgery (giả mạo với thông điệp biết trước): Hacker có khả năng giả mạo chữ ký cho một thông điệp, Hacker không thể hoặc có rất ít khả năng kiểm soát được thông điệp giả mạo này. 2.4. Bảo mật việc gửi nhận công văn tài liệu trong hệ thống Quân sự 53 2.4.1. Trình tự quản lý công văn tài liệu chuyển đi - Kiểm tra, đăng ký và đóng dấu văn bản. - Chuyển và theo dõi văn bản đi. - Lưu và đính chính văn bản đi. 2.4.2. Kiểm tra, đăng ký và đóng dấu công văn tài liệu - Tất cả văn bản do cơ quan, đơn vị ban hành phải được đưa đến Văn thư để đăng ký, quản lý. - Văn thư có trách nhiệm kiểm tra lần cuối về thể thức và kỹ thuật trình bày văn bản để phát hiện những sai sót và thông báo cho đơn vị hoặc người soạn thảo văn bản sửa chữa trước khi làm thủ tục ban hành. - Ghi số, thời gian ban hành văn bản - Vào Sổ Đăng ký văn bản đi hoặc nhập thông tin vào cơ sở dữ liệu máy tính theo Biểu ghi đăng nhập thông tin văn bản. - Đóng dấu của cơ quan, đơn vị và dấu độ mật, khẩn (nếu có). 2.4.3. Trình tự quản lý công văn tài liệu đến - Tiếp nhận văn bản đến: Tài liệu, văn bản, đơn, thư gửi đến cơ quan, đơn vị bất kỳ từ nguồn nào đều phải chuyển đến Văn thư đăng ký, quản lý. - Đăng ký văn bản đến: - Trình, chuyển giao văn bản đến. - Giải quyết văn bản đến. - Theo dõi, đôn đốc và kiểm tra việc giải quyết văn bản đến. - Thời hạn giải quyết văn bản đến. 2.5. Kết luận chương Trong chương 2, luận văn đã trình bày những vấn đề mang tính cơ sở khoa học, nền tảng cho việc sử dụng chữ ký số vào việc bảo mật và xác thực thông tin. Chúng ta cũng đã nghiên cứu hệ mật mã là DES, RSA. Khái niệm chữ ký số, phân loại, một số sơ đồ chữ ký hiện đang được sử dụng phổ biến. Với chữ ký thông thường, nó là một phần không thể thiếu được của tài liệu và kiểm tra bằng cách so sánh nó với các chữ ký xác thực khác, tuy nhiên 54 chữ ký số không gắn theo kiểu vật lý vào tài liệu và có thể kiểm tra nhờ một thuật toán kiểm tra công khai. Trong chương tiếp theo sẽ tìm hiểu về việc ứng dụng các thuật toán mã hóa và chữ ký số trong gửi nhận công văn tài liệu và truyền tải văn bản qua mạng sao cho đảm bảo an toàn, an ninh thông tin của các đơn vị trong Quân đội hiện nay. 55 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH BẢO MẬT GỬI NHẬN CÔNG VĂN TÀI LIỆU TRONG HỆ THỐNG MẠNG QUÂN SỰ 3.1. Hiện trạng về gửi nhận công văn tài liệu ở các đơn vị Quân sự - Hiện nay văn bản hành chính trong các cơ quan, đơn vị Quân sự gồm: Quyết định, chỉ thị, quy chế, quy định, thông báo, hướng dẫn, chương trình, kế hoạch, nghị quyết, dự án, tờ trình, đề án, phương án, hợp đồng, báo cáo, biên bản, công điện, công văn hành chính, bản ghi nhớ, bản cam kết, bản thoả thuận, giấy chứng nhận, giấy ủy quyền, giấy công tác, giấy giới thiệu, giấy nghỉ phép, giấy mời, giấy ủy nhiệm, giấy biên nhận hồ sơ, phiếu gửi, phiếu trình, phiếu giải quyết văn bản, phiếu trình giải quyết công việc, phiếu chuyển, phiếu báo, thư công đều được soạn thảo trên các máy tính. Việc trao đổi các tài liệu này đôi khi sử dụng các thiết bị lưu trữ di động như USB, thẻ nhớ, ổ cứng di động. Hình 3.1: Sử dụng thiết bị lưu trữ di động để trao đổi tài liệu (USB) - Cán bộ chiến sĩ còn sử dụng máy tính kết nối internet để soạn thảo công văn tài liệu và gửi tài liệu mật giữa các cá nhân với nhau làm lộ lọt thông tin Quân sự ra ngoài và mất kiểm soát. - Máy tính cá nhân, thiết bị lưu trữ di dộng, lưu trữ tài liệu Quân sự còn mang ra ngoài đơn vị để làm việc và sửa chữa mà tài liệu chưa được mã hóa gây mất an toàn thông tin. 56 Hình 3.2: Sử dụng máy tính kết nối internet để gửi tài liệu - Hệ thống gửi nhận công văn tài liệu đang triển khai ở một số đơn vị vẫn chưa có hệ thống gửi bảo mật và ký số mà chỉ gửi tài liệu theo cách thông thường. Các hệ thống chạy trên nền web vẫn chưa cài đặt các giao thức bảo mật cần thiết. Hình 3.3: Chương trình gửi nhận công văn tài liệu đang triển khai 57 3.2. Bảo đảm an toàn thông tin trong đơn vị Quân sự Bảo đảm an toàn thông tin là một nội dung cơ bản của công tác bảo vệ an ninh Quân đội, có vai trò rất quan trọng trong việc bảo đảm an ninh, an toàn cho các hoạt động của toàn quân, góp phần giữ vững an ninh quốc gia, trật tự, an toàn xã hội. Trong tình hình hiện nay, công tác bảo vệ bí mật quân sự càng phải được thực hiện nghiêm. Để đảm bảo an toàn thông tin, tránh lộ, lọt thông tin bí mật Nhà nước, bí mật quân sự và các thông tin quân sự quốc phòng, các đơn vị Quân đội đã triển khai thực hiện đồng bộ nhiều giải pháp quan trọng. 100% cơ quan, đơn vị đảm bảo sự lãnh đạo tuyệt đối, trực tiếp về mọi mặt của cấp ủy Đảng đối với hoạt động trao đổi, lưu trữ, sử dụng thông tin quân sự quốc phòng. Các đơn vị quán triệt sâu sắc và thực hiện nghiêm túc các chỉ thị, quy định của Đảng, Nhà nước, Quân ủy Trung ương, Bộ Quốc phòng, Tổng Cục Chính trị về công tác đảm bảo an toàn thông tin, trọng tâm là Thông tư số 202/2016 của Bộ Quốc phòng quy định về bảo đảm an toàn thông tin trong Quân đội nhân dân Việt Nam; Chỉ thị số 03 của Bộ Quốc phòng về tăng cường công tác bảo đảm thông tin về một số vấn đề tổ chức tác chiến không gian mạng; Quy chế quản lý, cung cấp và sử dụng dịch vụ Internet trong quân đội Công tác giáo dục chính trị, tư tưởng để mỗi cán bộ, chiến sĩ hiểu rõ âm mưu, thủ đoạn của kẻ thù trong tình hình mới, nhất là nhận thức rõ tính chất phức tạp của cuộc đấu tranh về tư tưởng, văn hóa trên không gian mạng được đẩy mạnh ở các cơ quan, đơn vị. Qua đó, góp phần nâng cao nhận thức của cán bộ, chiến sĩ, quân nhân chuyên nghiệp về vị trí, vai trò, tầm quan trọng của an toàn thông tin trong cơ quan, đơn vị. Công tác đảm bảo an ninh, an toàn thông tin mạng được 100% đơn vị, cán bộ, chiến sĩ thực hiện chặt chẽ, nghiêm túc, đúng quy định. Việc giám định, kiểm tra tiêu chuẩn an ninh, kỹ thuật của các thiết bị, phương tiện chuyên ngành (phần cứng, phần mềm) được thực hiện nghiêm túc, đúng quy trình trước khi 58 đưa vào sử dụng, đảm bảo an toàn tuyệt đối hệ thống trang thiết bị phục vụ mục đích quân sự. 100% máy tính quân sự tại các đơn vị không kết nối mạng Internet, không dùng các thiết bị có khả năng kết nối mạng Internet như DCOM, 3G, 4G, Wifi, thiết bị di động thông minh. Việc trao đổi thông tin, dữ liệu giữa máy tính quân sự và máy tính Internet được thực hiện thông qua máy tính trung gian có triển khai giải pháp bảo đảm an toàn thông tin và sử dụng đĩa CD, DVD để sao chép các tập tin. Việc tạo lập, lưu trữ, chuyển nhận thông tin quân sự trên mạng Internet được kiểm soát chặt chẽ và phải được sự đồng ý của lực lượng bảo vệ an ninh và người chỉ huy, đồng thời sử dụng giải pháp bảo mật phù hợp. Tài liệu, văn bản của đơn vị, cơ quan được phân loại 3 mức độ mật (tối mật, tuyệt mật, mật) trước khi lưu hành. Tài liệu đóng dấu mật tuyệt đối không được phô tô, sao chép, chụp lại dưới mọi hình thức. Việc sử dụng, lưu trữ, trao đổi tài liệu giữa các phòng, ban, đơn vị được thực hiện chặt chẽ, đúng quy trình, quy định, đảm bảo đúng người, đúng việc. Cán bộ, quân nhân sử dụng các trang mạng xã hội cho mục đích cá nhân đều tuân thủ, chấp hành nghiêm các quy định của pháp luật về bảo vệ bí mật Nhà nước, bí mật quân đội, không tiết lộ thông tin cá nhân và cơ quan, đơn vị. Cán bộ, quân nhân thực hiện quản lý chặt chẽ tài khoản cá nhân trên mạng xã hội, thường xuyên thay đổi mật khẩu để tránh bị kẻ xấu lợi dụng chiếm đoạt, đăng tải, phát tán thông tin trái quy định của pháp luật, xuyên tạc chống phá Đảng, nhà nước, quân đội. Thường xuyên áp dụng các biện pháp về công nghệ, kỹ thuật như cài đặt tường lửa, các phần mềm diệt virus, phần mềm xóa dữ liệu an toàn, phần mềm mã hóa dữ liệu, phần mềm quét lỗi hệ thống và các thiết bị bảo đảm an toàn phần cứng của hệ thống máy tính để đảm bảo an toàn thông tin trong đơn vị quân đội. Tăng cường công tác quản lý bí mật quân sự trên các phương tiện thông tin và truyền thông, nhất là quản lý việc sử dụng dịch vụ internet và các 59 thiết bị công nghệ thông tin. Các đơn vị quản lý chặt chẽ thông tin trên mạng, không để cán bộ, nhân viên, chiến sĩ truy cập vào các trang mạng có nội dung phản động, sai trái; đưa các thông tin, hình ảnh có nội dung liên quan đến bí mật quân sự hoặc “nhạy cảm” trên các phương tiện truyền thông, mạng xã hội. Khi phát hiện thông tin, hình ảnh liên quan đến bí mật quân sự trên mạng xã hội, cần nhanh chóng báo cáo cấp trên và phối hợp chặt chẽ với cơ quan chức năng để có biện pháp xử lý kịp thời. Việc trao đổi, cung cấp thông tin cho báo chí, xuất bản, cơ quan nghiên cứu khoa học và các phương tiện thông tin đại chúng trong và ngoài Quân đội phải thực hiện theo đúng quy định của Bộ Quốc phòng, không được để lộ, lọt thông tin bí mật quân sự. Thực hiện hiệu quả công tác bảo đảm an toàn thông tin là cơ sở quan trọng để chủ động phòng ngừa, ngăn chặn, đấu tranh làm thất bại âm mưu, thủ đoạn phá hoại của các thế lực thù địch, bảo đảm an ninh, an toàn các hoạt động của Quân đội, góp phần giữ vững an ninh quốc gia, trật tự, an toàn xã hội trong sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc. 3.3. Cài đặt chương trình và thử nghiệm Chương trình thử nghiệm được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình PHP chạy với chương trình tạo máy chủ Web Xampp. Quá trình gửi công văn tài liệu, tại máy client chọn file tài liệu bất kỳ sau đó tiến hành quá trình mã hoá và ký công văn tài liệu sử dụng thuật toán mã hoá RSA, dữ liệu sau khi mã hoá và ký sẽ gửi đến server. Người nhận phải sử dụng khóa bí mật của mình để giải mã đối với tài liệu công văn gửi bảo mật thì mới đọc được. - Tạo khóa để sử dụng chức năng gửi nhận bảo mật và ký số Hình 3.4: Giao diện tạo khóa 60 - Lựa chọn đối tượng nhận công văn tài liệu nhập thông tin gửi Hình 3.5: Giao diện gửi tài liệu - Chọn file tài liệu cần gửi và lựa chọn đúng kiểu gửi bảo mật hoặc gửi ký số để xác thực thông tin. Hình 3.6: Giao diện lựa chọn các chế độ gửi tài liệu 61 - Tài liệu nhận được yêu cầu phải giải mã mới đọc được Hình 3.7: Giao diện tài liệu đến khi gửi bảo mật và ký số Hình 3.8: Giao diện giải mã tài liệu thành công 62 - Nếu công văn tài liệu nguyên vẹn không bị chỉnh sửa sẽ có thông báo chữ ký trùng khớp với người gửi. Hình 3.9: Giao diện xác thực chữ ký tài liệu thành công - Nếu công văn tài liệu bị chỉnh sửa khi xác thực chữ ký sẽ báo không hợp lệ. Hình 3.10: Giao diện xác thực chữ ký tài liệu không thành công 63 3.4. Đáng giá kết quả thử nghiệm chương trình Nắm bắt được yêu cầu phải bảo mật khi truyền tải văn bản trong hệ thống mạng cục bộ và gửi nhận công văn tài liệu trong thực tế của các cơ đơn vị trong Quân đội, tác giả đã lựa chọn đề tài "Đảm bảo an toàn thông tin trên web sử dụng kỹ thuật mã hóa ứng dụng vào gửi nhận công văn tài liệu trong hệ thống mạng Quân sự ". Trong quá trình xây dựng chương trình triển khai vào thực tế đã đạt được một số kết quả như sau: - Đi sâu tìm hiểu các vấn đề bảo mật nền tảng đó là mã hóa khóa bí mật (đại diện là DES), mã hóa khóa công khai (đại diện là RSA). - Nghiên cứu về chữ ký số, các lược đồ chữ ký số và phân loại các lược đồ chữ ký số, hạ tầng khóa công khai, chứng chỉ số. - Xây dựng thành công