Luận án Tiến sĩ: Một số hệ mã hóa với quyền giải mã linh động - Trịnh Văn Anh

VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Trịnh Văn Anh MỘT SỐ HỆ MÃ HÓA VỚI QUYỀN GIẢI MÃ LINH ĐỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – Năm 2021 i HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Trịnh Văn Anh MỘT SỐ HỆ MÃ HÓA VỚI QUYỀN GIẢI MÃ LINH ĐỘNG Chuyên ngành : Hệ thống thông tin Mã số: 9.04 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Nguyễn Bình 2. Hồ Văn Hương Hà Nội - Năm 2021 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án Trịnh Văn Anh iii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án, Nghiên cứu sinh đã nhận được sự định hướng, giúp đỡ, các ý kiến đóng góp quý báu và những lời động viên khích lệ chân thành của các nhà khoa học, các thầy cô, các tác giả cùng nghiên cứu, đồng nghiệp và gia đình. Có được kết quả hôm nay, trước hết, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới các thầy hướng dẫn, cùng các nhóm nghiên cứu các công trình nghiên cứu đã công bố. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô ở khoa Đào tạo Sau Đại học và các thầy, cô ở Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt thời gian thực hiện luận án. Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tạo điều kiện thuận lợi để nghiên cứu sinh hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu.

Nghiên cứu sinh xin chân thành cám ơn lãnh đạo và đồng nghiệp Trường Đại học Văn hóa, Thể thao và Du lịch Thanh Hóa đã tạo điều kiện và giúp đỡ về mọi mặt để Nghiên cứu sinh hoàn thành được luận án. Cuối cùng, nghiên cứu sinh bày tỏ lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn động viên, chia sẻ, ủng hộ, khuyến khích và giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu vừa qua. Hà Nội, ngày 15 tháng 7 năm 2020 Học viên Trịnh Văn Anh iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.

vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.x DANH MỤC CÁC KÝ TỰ TOÁN HỌC.xi MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ MÃ HÓA QUẢNG BÁ VÀ MÃ HÓA.6 DỰA TRÊN THUỘC TÍNH. Khái quát chung về mã hóa. Định nghĩa và mô hình an toàn của hệ mã hóa quảng bá.

Mô hình an toàn. Khái quát về một số hệ mã hóa quảng bá quan trọng và tình hình nghiên cứu hiện nay. Hệ mã hóa NNL và các cải tiến. Hệ mã thứ nhất NNL-1[44].

Hệ mã thứ hai NNL-2 [44]. Hệ mã hóa BGW và các cải tiến. Công cụ ánh xạ song tuyến. Một số cải tiến của hệ mã BGW [46, 10, 29].

Hệ mã hóa Delerablee và các cải tiến. Tình hình nghiên cứu hiện nay của Mã hóa quảng bá. Mã hóa quảng bá đa kênh và mã hóa dựa trên thuộc tính. Tổng quan về mã hóa quảng bá đa kênh.

Tổng quan về Mã hóa dựa trên thuộc tính. Kết luận chương 1.34 v CHƯƠNG 2: MÃ HÓA QUẢNG BÁ ĐA KÊNH. Định nghĩa và mô hình an toàn của hệ mã hóa quảng bá đa kênh. Mô hình an toàn.

Một số hệ mã hóa quảng bá đa kênh quan trọng. Hệ mã hóa quảng bá đa kênh - MCBE1. Hệ mã hóa quảng bá đa kênh - MCBE2. Một số cải tiến đối với hệ MCBE1 và MCBE2.

Lược đồ mã hóa quảng bá đa kênh đề xuất. Ý tưởng xây dựng. Lược đồ mã hóa đề xuất và so sánh. Đánh giá an toàn.

Cài đặt và đánh giá hiệu quả. Kết luận chương 2.58 CHƯƠNG 3: HỆ MÃ HÓA DỰA TRÊN THUỘC TÍNH. Định nghĩa và mô hình an toàn của hệ mã hóa dựa trên thuộc tính. Mô hình an toàn.

Một số hệ mã hóa dựa trên thuộc tính nền tảng quan trọng hiện nay. Hệ mã hóa dựa trên thuộc tính của Rouselakis-Waters năm 2013. Hệ mã hóa dựa trên thuộc tính của Agrawal-Chase17. Mã hóa dựa trên thuộc tính (CP-ABE-01) đề xuất.

Ý tưởng xây dựng. Mã hóa đề xuất và so sánh. Đánh giá an toàn. Cài đặt và đánh giá hiệu quả.

Đề xuất thứ hai (CP-ABE-02) về mã hóa dựa trên thuộc tính. Ý tưởng xây dựng và so sánh. Lược đồ mã hóa đề xuất thứ 2 dựa trên thuộc tính. Đánh giá an toàn dữ liệu.

Đánh giá an toàn từ khóa. Kết luận chương 3.101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.103 CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ TRONG LUẬN ÁN.104 TÀI LIỆU THAM KHẢO.105 vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Attribute-Based Broadcast Mã hóa quảng bá dựa trên ABBE Encryption thuộc tính ABE Attribute-Based Encryption Mã hóa dựa trên thuộc tính AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mã hóa khóa đối xứng BDHE Bài toán khó BDHE BE Broadcast Encryption Mã hóa quảng bá D. BGW Mã hóa quảng bá BGW Waters CA Center Authority Trung tâm chứng thực số CCA Chosen Ciphertext Attack Tấn công chọn trước bản mã CDH Bài toán khó CDH CNF Conjuntive Normal Form Dạng liên kết chuẩn CPA Chosen Plantext Attack Tấn công chọn trước bản rõ Ciphertext-Policy Attribute-Based Mã hóa dựa trên thuộc tính CP-ABE Encryption có chính sách bản mã DBDHE Bài toán khó DBDHE DDH Bài toán khó DDH DVD Digital Versatile Disc Đĩa lưu trữ dữ liệu GDDHE Bài toán khó GDDHE Hdr Bản mã của khóa phiên IBE Identity-Based Encryption Mã hóa dựa trên định danh ID Identity-Based Định danh ISI Institute for Scientific Information Viện thông tin khoa học Key-Policy Attribute-Based Mã hóa dựa trên thuộc tính KP-ABE Encryption có chính sách khóa viii LSS Linear Secret Sharing Chia sẻ bí mật tuyến tính Lược đồ chia sẻ bí mật tuyến LSSS Linear Secret Sharing Scheme tính LWE Learning With Errors Học từ lỗi Multi-Channel Broadcast MCBE Mã hóa quảng bá đa kênh Encryption NCS Nghiên cứu sinh NNL D.Lotspiech Mã hóa quảng bá NNL PKG Private Key Generator Trung tâm tạo khóa bí mật PKI Public Key Infrastructure Cơ sở hạ tầng khóa công khai ROM Random Oracle Bộ tiên tri ngẫu nhiên RSA Rivest–Shamir–Adleman Mã hóa khóa công khai RSA GWIBE Lược đồ mã hóa GWIBE EK Khóa bí mật dùng để mã hóa ix DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN ÁN STT Tên Bảng Trang 1 Bảng 2. So sánh một số hệ mã hóa đa kênh với MCBE đề xuất 50 2 Bảng 2.

Thực nghiệm cài đặt lược đồ MCBE đề xuất 58 Bảng 3. So sánh một số hệ mã hóa dựa trên thuộc tính đã có 3 73 với mã hóa đề xuất 4 Bảng 3. Kết quả thực nghiệm cài đặt hệ CP-ABE đề xuất 80 x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Tên hình Trang 1 Hình 1. Hệ NNL-1 15 2 Hình 1.

Hệ NNL-2 17 3 Hình 3. Bài toán khó (P, Q, R, f) – GDDHE 75 Hình 3. So sánh mô hình hoạt động giữa hệ tìm kiếm đề 4 82 xuất và các hệ khác xi DANH MỤC CÁC KÝ TỰ TOÁN HỌC STT KÝ HIỆU Ý NGHĨA 1 ⋋ Tham số an toàn 2 id Định danh người dùng 3 S Tập người dùng có khả năng giải mã 4 K Khóa phiên 5 Param Khóa công khai của hệ thống 6 𝘗 Kẻ tấn công 7 𝒞 Người thách thức 8 msk Khóa bí mật của hệ thống Danh sách người dùng đã bị người tấn công biết khóa 10 ΛC bí mật 11 ΛD Danh sách người dùng đã bị người tấn công biết bản rõ 12 𝒦 Là không gian của khóa phiên 13 𝑏 Bít 14 ∩ Phép giao 15 SuccIND Kết quả thành công của kẻ tấn công 16 Pr Xác suất 17 AdvIND Lợi thế của kẻ tấn công 18 𝒩 Tập tất cả người dùng trong hệ thống 𝑅 Tập người dùng không có khả năng giải mã trong hệ 19 thống 20 log Logarit 21 SKid Khóa bí mật của người dùng id 22 𝔾 Nhóm Abelian hữu hạn chứa các phần tử g 31 𝔾𝑇 Nhóm Abelian hữu hạn chứa các phần tử t 32 𝔾̃ Nhóm Abelian hữu hạn chứa các phần tử 𝑔̃ xii 33 𝑒 Ánh xạ song tuyến 34 𝑝 Số nguyên tố 1 MỞ ĐẦU Mật mã đã được phát triển và sử dụng từ hàng ngàn năm nay, với mục tiêu ban đầu là cho phép người gửi gửi thông tin một cách an toàn tới người nhận thông qua một kênh không an toàn. Để thực hiện điều đó, người gửi và người nhận thống nhất trước với nhau một khóa bí mật chung ban đầu.

Thông tin trước khi gửi sẽ được biến đổi (gọi là mã hóa) dựa trên khóa bí mật chung này sang một dạng khác không có ý nghĩa, gọi là bản mã. Tiếp theo, bản mã sẽ được gửi tới người nhận thông qua kênh không an toàn. Người nhận cuối cùng dựa trên khóa chung này để chuyển bản mã thành dạng thông tin ban đầu (gọi là giải mã) có ý nghĩa. Các kẻ tấn công có thể dựa trên kênh truyền không an toàn để lấy được bản mã, nhưng do không biết khóa bí mật chung của người gửi và người nhận nên không thể nào giải mã được.

Một hệ thống với các bước gửi nhận thông tin như vậy có thể được gọi là một hệ mã hóa. Lý do chọn đề tài Trong thực tiễn, an toàn thông tin đang là vấn đề cấp bách của xã hội, việc xác định cách bảo mật, cách xây dựng hệ thống an toàn thông tin tránh hiện tượng mất cắp, rò rỉ thông tin đang được các nhà khoa học nghiên cứu, đây cũng là vấn đề đang được nước ta và các quốc gia trên thế giới đặc biệt quan tâm. Việc để những thông tin mật, thông tin quan trọng bị xâm hại trái phép là mối nguy hiểm cho toàn bộ người dùng, cơ quan, tổ chức. Để giải quyết vấn đề an toàn thông tin cho các hệ thống, kỹ thuật được dùng cơ bản hiện nay là mã hóa.

Tuy nhiên, trong các hệ thống thực tế ngày nay, yêu cầu về các dạng mã hóa phải linh động và đa dạng hơn. Ví dụ, với hệ thống truyền hình trả tiền hay radio cho quân đội, trung tâm phát sóng sẽ mã hóa sóng trước khi phát và rất nhiều người dùng với các đầu thu của mình có thể giải mã sóng để xem (hoặc nghe). Như vậy, trong trường hợp này mã hóa không còn ở dạng 1-1 (tức là thông tin chỉ hiểu được hay giải mã được bởi một người nhận duy nhất) mà là 1-n với n > 1 là số người dùng có khả năng giải mã.