TÓM TẮT NỘI DUNG

Nội dung của khóa luận là tìm hiểu về hệ mã hóa Vigenere nổi tiếng, nó được phát minh vào thế kỷ thứ 16 và được viết đầu tiên bởi nhà ngoại giao Pháp Blaise de Vigenère.

Trước hết ta đi tìm hiểu về một vài hệ mã hóa cổ điển như hệ mã hóa truyền thống mã thay thế, mã dịch chuyển, mã affine, mã caesar, (hay chúng còn được gọi là hệ mã hóa đơn biểu). Đặc biệt đi sâu vào tìm hiểu hệ mã hóa Vigenere (hệ mã hóa đa biểu) để làm rõ hơn độ an toàn của hệ mật mã này so với các hệ mật mã trên. Đồng thời, làm rõ thêm tính chất của hệ mã hóa Vigenere và cách thức mã hóa và thám mã khi có khóa cho trước. Trong đó, đi nghiên cứu về tần số đơn, tần số đôi, tần số ba và cả sự trùng lặp trong bản rõ và bản mã. Đó cũng là một cách thám mã hiệu quả. Cách phá mã khi không có khóa cho trước, khi đó ta cần thực hiện 2 bước: đầu tiên là tìm chu kỳ khóa, sau đó thám mã, trong đó sử dụng hai cách là thám mã nổi tiếng là của Kasiski và dùng chỉ số trùng khớp. Cuối cùng là chương trình mô tả về toàn bộ cách mã hóa, thám mã khi có khóa và khi không có khóa.( Là chương trình đính kèm theo Vigenere.c).

MỤC LỤC

Lời mở đầu 1

Chương 1: Hệ mật mã truyền thống 4

1.1 Mở đầu – một số hệ mã hóa đơn giản 4

1.1.1 Định nghĩa về hệ mật mã 4

1.1.2.Một số loại mã hóa truyền thống như 5

1.2. Mã Vigenere và các đặc tính của nó 11

1.2.1 Định nghĩa 11

1.2.2 Tính chất 12

1.3.Phương pháp mã hóa và giải mã Vigenere(khi có khóa cho trước) 13

1.3.1 Mã hóa 13

1.3.2 Giải mã 15

1.3.3 Chương trình mã hóa 15

1.3.4 Kết luận 16

Chương 2: Phân tích trong trường hợp không có khóa cho trước 16

2.1 Những đặc trưng thống kê của bản rõ: Tần số đơn, bộ đôi, trùng lặp 16

2.1.1 Tần suất của 1 ký tự 17

2.1.2 Tần suất bộ đôi phổ biến nhất xuất hiện trong tiếng Anh 18

2.1.3 Những bộ ba phổ biến nhất 19

2.2 Những đặc trưng thống kê của bản mã: Tần số đơn, bộ đôi, trùng lặp 20

2.3. Thống kê của bản mã được mã bởi khóa giả ngẫu nhiên, không có chu kỳ 26

2.3.1 Lý thuyết trùng khớp(coincident theory) 26

2.4 Mô tả 2 cách thám mã Vigenere 30

2.4.1 Phép thử Kasiski 30

2.4.2 Việc xác minh tiếp cho giá trị của m có thể nhận được bằng chỉ số trùng hợp 32

Chương 3: Thực hành phân tích một bản mã Vigenere 33

3.1 Thử với phép thử Kasiski 33

3.2 Tính theo chỉ số trùng hợp 33

Chương 4 Kết Luận và mô tả chương trình nguồn 39

4.1 Mô tả chương trình 39

4.2 Kết luận 39

Các thuật ngữ 39

Danh sách tham khảo 40

Lời mở đầu

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin việc ứng dụng các công nghệ mạng máy tính trở nên vô cùng phổ cập và cần thiết. Sự ra đời và tiến bộ vượt bậc của nó là bước ngoặt trong lịch sử phát triển của xã hội, đưa thế giới từ kỷ nguyên công nghiệp sang kỷ nguyên thông tin và phát triển kinh tế tri thức. Công nghệ mạng máy tính đã mang lại những lợi ích to lớn. Chúng được áp dụng trong hầu hết các công việc trong mọi lĩnh vực như : chính trị, quân sự, quốc phòng…

Sự xuất hiện mạng Internet cho phép mọi người có thể truy cập, chia sẽ và khai thác thông tin một cách dễ dàng và hiệu quả. Các công nghệ E-mail cho phép mọi người có thể gửi thư cho người khác cũng như nhận thư ngay trên máy tính của mình. Gần đây có công nghệ E-business cho phép thực hiện các hoạt động thương mại trên mạng máy tính. Việc ứng dụng các mạng cục bộ trong các tổ chức, công ty hay trong một quốc gia là rất phong phú. Các hệ thống chuyển tiền của các ngân hàng hàng ngày có thể chuyển hàng tỷ đôla qua hệ thống của mình. Các thông tin về kinh tế, chính trị, khoa học xã hội được trao đổi rông rãi.

Tuy nhiên lại nảy sinh vấn đề về an toàn thông tin. Đó cùng là một quá trình tiến triển hợp logic: khi những vui thích ban đầu về một siêu xa lộ thông tin, bạn nhất định nhận thấy rằng không chỉ cho phép bạn truy nhập vào nhiều nơi trên thế giới, Internet còn cho phép nhiều người không mời mà tự ý ghé thăm máy tính của bạn.

Thực vậy, Internet có những kỹ thuật tuyệt vời cho phép mọi người truy nhập, khai thác, chia sẻ thông tin. Những nó cũng là nguy cơ chính dẫn đến thông tin của bạn bị hư hỏng hoặc phá huỷ hoàn toàn.

Có những thông tin vô cùng quan trọng mà việc bị mất hay bị làm sai lệch có thể ảnh hưởng đến các tổ chức, các công ty hay cả một quốc gia. Các thông tin về an ninh quốc gia, bí mật kinh doanh hay các thông tin tài chính là mục tiêu của các tổ chức tình báo nước ngoài về chính trị hay công nghiệp hoặc kẻ cắp nói chung. Bọn chúng có thể làm mọi việc có thể để có được những thông tin quý giá này. Thử tưởng tượng nếu có kẻ xâm nhập được vào hệ thống chuyển tiền của các ngân hàng thì ngân hàng đó sẽ chịu những thiệt hại to lớn như mất tiền có thể dẫn tới bị phá sản. Chưa kể nếu hệ thông thông tin an ninh quốc gia bị đe doạ thì hậu quả không thể lường trước được.

Theo số liệu của CERT(Computer Emegency Response Team - “Đội cấp cứu máy tính”), số lượng các vụ tấn công trên Internet được thông báo cho tổ chức này là ít hơn 200 vào năm 1989, khoảng 400 vào năm 1991, 1400 vào năm 1993, và 2241 vào năm 1994. Những vụ tấn công này nhằm vào tất cả các máy tính có mặt trên Internet, các máy tính của tất cả các công ty lớn như AT&T, IBM, các trường đại học, các cơ quan nhà nước, các tổ chức quân sự, nhà băng... Một số vụ tấn công có quy mô khổng lồ (có tới 100.000 máy tính bị tấn công). Hơn nữa, những con số này chỉ là phần nổi của tảng băng. Một phần rất lớn các vụ tấn công không được thông báo, vì nhiều lý do, trong đó có thể kể đến nỗi lo bị mất uy tín, hoặc đơn giản những người quản trị hệ thống không hề hay biết những cuộc tấn công nhằm vào hệ thống của họ.

Không chỉ số lượng các cuộc tấn công tăng lên nhanh chóng, mà các phương pháp tấn công cũng liên tục được hoàn thiện. Điều đó một phần do các nhân viên quản trị hệ thống được kết nối với Internet ngày càng đề cao cảnh giác. Cũng theo CERT, những cuộc tấn công thời kỳ 1988-1989 chủ yếu đoán tên người sử dụng-mật khẩu (UserID-password) hoặc sử dụng một số lỗi của các chương trình và hệ điều hành (security hole) làm vô hiệu hệ thống bảo vệ, tuy nhiên các cuộc tấn công vào thời gian gần đây bao gồm cả các thao tác như giả mạo địa chỉ IP, theo dõi thông tin truyền qua mạng, chiếm các phiên làm việc từ xa (telnet hoặc rlogin).

Để vừa bảo đảm tính bảo mật của thông tin lại không làm giảm sự phát triển của việc trao đổi thông tin quảng bá trên toàn cầu thì một giải pháp tốt nhất là mã hoá thông tin. Có thể hiểu sơ lược mã hoá thông tin là che đi thông tin của mình làm cho kẻ tấn công nếu chặn được thông báo trên đường truyền thì cũng không thể đọc được và phải có một giao thức giữa người gửi và người nhận để có thể trao đổi thông tin, đó là các cơ chế mã và giải mã thông tin.

Ngày nay thì việc mã hoá đã trở nên phổ cập. Các công ty phần mềm lớn trên thế giới đều có nghiên cứu và xây dựng các công cụ, thuật toán mã hoá để áp dụng cho thực tế. Mỗi quốc gia hay tổ chức đều có những cơ chế mã hoá riêng để bảo vệ hệ thống thông tin của mình.

Một số vấn đề an toàn đối với nhiều mạng hiện nay:

Một người dùng chuyển một thông báo điện tử cho một người sử dụng khác. Một bên thứ ba trên cùng mạng LAN này sử dụng một thiết bị nghe trộm gói để lấy thông báo và đọc các thông tin trong đó.

Cũng trong tình huống trên bên thứ ba chặn thông báo, thay đổi các thành phần của nó và sau đó lại gửi cho người nhận. Người nhận không hề nghi ngờ gì trừ khi nhận ra thông báo đó là vô lý, và có thể thực hiện vài hành động dựa trên các thành phần sai này đem lại lợi ích cho bên thứ ba.

Người dùng log vào một server mà không sử dụng mật khẩu được mã hoá. Một người khác đang nge trộm trên đường truyền và bắt được mật khẩu logon của người dùng, sau đó có thể truy nhập thông tin trên server như người sử dụng.

Một người quản trị hệ thống không hiểu về khía cạnh an toàn và yêu cầu của hệ thống và vô tình cho phép người dùng khác truy nhập vào thư mục chứa các thông tin hệ thống. Người dùng phát hiện ra họ có thể có được các thông tin hệ thống và có thể dùng nó phục vụ cho lợi ích của mình. Thật tai hại nếu các vấn đề trên xảy ra, nó có thể ảnh hưởng không chỉ lợi ích cá nhân mà còn ảnh hưởng tới lợi ích của tập đoàn, có khi là quốc gia.

Vậy nên vấn đề bảo mật thông tin ngày càng trở lên cần thiết và được sử dụng rất nhiều trong các công ty, tập đoàn, ban bộ…Vì đó các hệ mã hóa mang lại lợi ích rất lớn và đóng vai trò không thể thiếu trong đời sống công nghệ thông tin.

Trong tài liệu này, tôi xin giới thiệu với các bạn một số hệ mã hóa như: Caesar, mã thay thế, mã dịch vòng…và đặc biệt hệ về hệ mã hóa Vigenere nổi tiếng. Hệ mã hóa này được phát minh vào thế kỷ thứ 16 và được viết đầu tiên bởi nhà ngoại giao Pháp Blaise de Vigenère và là một kiểu của mã hóa thay thế được xem xét là chưa từng bị phá vỡ trong suốt 4 thế kỷ và nó được sử dụng phổ biến rộng rãi cho việc mã hóa những dữ liệu được truyền qua hệ thống điện tín trong suốt thế kỷ 19.