ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - HOÀNG VĂN TÂN NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH ĐẢM BẢO AN TỒN TRUYỀN TIN DỰA TRÊN CHỮ KÝ SỐ VÀ CHỨNG CHỈ SÔ LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG HÀ NỘI 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - HOÀNG VĂN TÂN NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH ĐẢM BẢO AN TỒN TRUYỀN TIN DỰA TRÊN CHỮ KÝ SỐ VÀ CHỨNG CHỈ SƠ Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Điện tử, Truyền thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60520203 LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Trịnh Anh Vũ HÀ NỘI 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cảm đoan luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu mơ hình đảm bảo an tồn truyền tin dựa chữ ký số chứng sô” cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu, kết mơ trình bày luận văn hồn tồn trung thực, chưa cơng bố cơng trình khác Trong luận văn có tham khảo số tài liệu nêu phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Hoàng Văn Tân LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến PGS.TS Trịnh Anh Vũ – Giảng viên Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà nội Thầy định hướng nội dung đề tài nghiên cứu tận tình hướng dẫn, góp ý để em hồn thành luận văn Tiếp theo, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy, cô khoa môn Thông tin vô tuyến giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhât giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu trường Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bố mẹ người thân, người ủng hộ, động viên vật chất tinh thần để tơi hồn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng, nhiên luận văn bao gồm lượng lý thuyết rộng nhiều kiến thức mới, thời gian kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận nhận xét phê bình, góp ý thầy để em hoàn thiện luận văn Em xin chân thành cảm ơn.! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên Hồng Văn Tân TĨM TẮT Hiện với xu kết nối internet vạn vật (IoT - Internet of Things) nhiều hệ thống mạng cảm biến không dây xây dựng phát triển để người quản lý, huy trực dõi, giám sát nhiều đối tượng khác nhau, sở hành động hay định kịp thời Tuy nhiên yếu điểm hệ thống cảm biến bị hạn chế tài ngun lực tính tốn nên khả bảo mật đơn lẻ hay áp dụng chương trình, giao thức bảo vệ, đảm bảo an tồn thơng tin khó khả thi Luận văn dựa nguyên tắc chung truyền tin bảo mật liệu mơ hình an tồn dựa chứng số chữ ký số Nội dung luận văn đưa mơ hình phân phối khóa Blom phân tích mơ đánh giá số mơ hình Blom cải tiến áp dụng vào mạng cảm biến khơng dây Mơ hình phân phối khóa Blom cho phép cặp nút mạng tìm khóa riêng Mơ hình Blom u cầu số nguyên tố q, ma trận công khai P ma trận bí mật S Trong đó, ma trận S ma trận bí mật ngẫu nhiên, ma trận P ma trận cơng khai có dạng ma trận Vandermonde Tuy nhiên, ma trận Vandermonde có giá trị phần tử lớn, gây khó khăn tính tốn lưu trữ Vì vậy, luận văn có tìm hiểu số đề xuất cải tiến mơ hình Blom cách thay ma trận Vandermonde ma trận ngẫu nhiên, ma trận Hadamard ma trận liền kề vô hướng Các kết mô áp dụng cải tiến cho kết tốt, phù hợp với lý thuyết Luận văn có đưa đề xuất thay ma trận Vandermode ma trận kề có hướng có kết mơ đánh giá Kết mô phù hợp với lý thuyết có kết ngang với đề xuất cải tiến trước MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI GIỚI THIỆU .7 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẬT MÃ HỌC VÀ MÃ HÓA 1.1 TỔNG QUAN VỀ MẬT MÃ HỌC VÀ MÃ HÓA 1.1.1 Khái niệm mật mã học mã hóa 1.1.2 Chức mã hóa 11 1.2 CÁC HỆ MÃ HÓA TIÊU BIỂU 12 1.2.1 Hệ mã hóa đối xứng 12 1.2.2 Hệ mã hóa bất đối xứng 16 1.2.3 Một số ứng dụng thực tế 20 1.3 Kết luận chương 21 CHƯƠNG II: MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ CÁC VẤN ĐỀ BẢO MẬT 22 2.1 ĐỊNH NGHĨA .22 2.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 23 2.2.1 Kích thước vật lý nhỏ 23 2.2.2 Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao 23 2.2.3 Khả liên kết vật lý điều khiển hạn chế 23 2.2.4 Đa dạng thiết kế ứng dụng 24 2.2.5 Hoạt động tin cậy 24 2.3 MƠ HÌNH MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 24 2.3.1 Cấu trúc phẳng 26 2.3.2 Cấu trúc phân cấp 26 2.4 YÊU CẦU BẢO MẬT TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 27 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 31 CHƯƠNG III: MƠ HÌNH BLOM 32 3.1 MÔ HÌNH BLOM 32 3.2 CÁC BƯỚC BẮT TAY VÀ THIẾT LẬP KHÓA CHUNG 34 3.3 VÍ DỤ 37 3.4 NHẬN XÉT 40 3.5 TỔNG KẾT CHƯƠNG 41 CHƯƠNG IV: CÁC MƠ HÌNH BLOM CẢI TIẾN .42 4.1 CÁC MƠ HÌNH BLOM CẢI TIẾN .42 4.1.1 Mơ hình Blom sử dụng ma trận Adjacency 42 4.1.2 Mô hình Blom sử dụng ma trận Hadamard 43 4.1.3 Mơ hình Blom sử dụng ma trận ngẫu nhiên .44 4.2 MÔ PHỎNG 45 4.3 TỔNG KẾT CHƯƠNG 50 KẾT LUẬN 51 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Q trình mã hóa giải mã 10 Hình 1.2: Mơ hình hệ mã hóa đối xứng 12 Hình 1.3: Mơ hình mã hóa giải mã mã hóa luồng 14 Hình 1.4: A mã hố thơng điệp sử dụng khố cơng khai B .17 Hình 1.5: A B sử dụng hệ mã hóa bất đối xứng 18 Hình 1.6: Sơ đồ tạo kiểm tra chữ ký số .20 Hình 2.1: Cấu trúc mạng cảm biến không dây .25 Hình 2.2: Cấu trúc phẳng mạng cảm biến không dây 26 Hình 2.3: Cấu trúc tầng mạng cảm biến không dây 27 Hình 2.4: Các khóa riêng nút .29 Hình 2.5: Mơ hình trao đổi khóa tập trung 30 Hình 2.6: Q trình trao đổi khóa bí mật triển khai mơ hình KDC 30 Hình 3.1: Quá trình thêm nút mạng 34 Hình 3.2: Q trình gửi khóa riêng cho nút mạng 35 Hình 3.3: Quá trình xác thực lại trước gủi liệu nút 36 Hình 3.4: Quá trình cập nhật lại ID cho nút mạng 37 Hình 4.1: Thời gian tính tốn mơ hình Blom cải tiến .46 Hình 4.2: Độ lợi thời gian tính tốn áp dụng mơ hình cải tiến 46 Hình 4.3: Thời gian tính tốn ma trận Vandermonde ma trận cải tiến 49 Hình 4.4: Độ lợi thời gian tính tốn áp dụng ma trận cải tiến 49 Hình 4.5: Độ lợi thời gian tính tốn ma trận cải tiến cải tiến 50 LỜI GIỚI THIỆU Mơ hình đảm bảo an toàn truyền tin luận văn tập trung mạng cảm biến không dây Như biết với xu kết nối internet vạn vật (IoT - Internet of Things) nhiều hệ thống mạng cảm biến không dây xây dựng phát triển để người quản lý, huy trực dõi, giám sát kiện diễn biến nhiều đối tượng khác nhau, sở hành động hay định kịp thời Tuy nhiên yếu điểm hệ thống cảm biến nói chung bị hạn chế tài nguyên lực tính toán nên khả bảo mật đơn lẻ hay áp dụng chương trình, giao thức bảo vệ, đảm bảo an tồn thơng tin khó khả thi, khơng thể thiết bị smart phone hay hệ thống mạng, hệ thống servers Trong liệu thu thập cảm biến nhạy cảm cần bảo mật cao (như hệ thống theo dõi sức khỏe cá nhân, hệ thống giám sát mơi trường, qn sự…) Đề tài “Nghiên cứu mơ hình đảm bảo an toàn truyền tin dựa chữ ký số chứng số” dựa nguyên tắc chung truyền tin bảo mật liệu, nguyên tắc xác nhận tư cách người truy cập (chứng số) người cấp phát liệu (chữ ký số) để vận dụng mạng cảm biến khơng dây với tính đặc thù hạn chế tài nguyên xử lý nút mạng, đồng thời đưa kịch mô tương ứng để chứng minh ưu điểm đề xuất nghiên cứu phát triển Nội dung luận văn gồm chương, trình bày vấn đề sau: Chương 1: Tổng quan mật mã học mã hóa Chương 1: Giới thiệu tổng quan mật mã học mã hóa, yêu cầu chức mã hóa Đồng thời tìm hiểu phân tích ưu điểm, nhược điểm mơ hình hoạt động hệ mã hóa đối xứng, hệ mã hóa bất đối xứng số mơ hình mã hóa đại Chương 2: Mạng cảm biến không dây vấn đề bảo mật Chương 2: Giới thiệu, trình bày khái niệm mạng cảm biến không dây, kiến trúc mạng cảm biến không dây Chương tìm hiểu yêu cầu an tồn bảo mật mạng cảm biến khơng dây đưa thách thức triển khai phương pháp đảm bảo an tồn thơng tin mạng cảm biến khơng dây Chương 3: Mơ hình Blom Chương giới thiệu mơ hình bảo mật Blom mạng cảm biến không dây, bước bắt tay xác thực nút mạng trao đổi khóa áp dụng mơ hình Blom vào mạng cảm biến khơng dây Chương 4: Các mơ hình Blom cải tiến Chương đưa phân tích số phương pháp cải tiến mơ hình Blom từ trước có đề xuất cải tiến mơ hình Blom nhằm giảm thời gian tính tốn giảm dung lượng nhớ lưu trữ nút mạng Em mong nhận nhận xét phê bình, góp ý thầy để em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn.! 39 29 19 23 Suy ra: A = (𝑆 𝑃)𝑇 = 21 22 [19 20 13 15 20 30 18 22 23 26 21 14 27 27 19 21 18 28 18 27 26 25 5] Sau tính ma trận A, nút mạng nhận khóa riêng theo ID nút tương ứng với hàng ma trận A Giả sử nút mạng có ID cần trao đổi thông tin với nút mạng có ID Khi nút có ID cần lấy khóa riêng (hàng ma trận A) nhân với cột ma trận P Ở nút làm tương tự 𝐾2,8 = 𝐴2 𝑃8 = [29 27 18] = 35848 mod 31 = 12 16 [4] 𝐾8,2 = 𝐴8 𝑃2 = [19 18 21 5] = 49488 mod 31 = 12 [16] Ta tính tồn ma trận khóa K = A.P để thấy ma trận K ma trận đối xứng (𝐾𝑖𝑗 = 𝐾𝑗𝑖 ) 18 22 17 K = A.P mod q = 24 24 [7 18 24 15 12 22 15 16 25 22 25 27 17 25 11 21 13 14 24 24 12 22 25 27 21 13 14 30 10 24 10 24 17 17 11] 40 3.4 NHẬN XÉT Mơ hình Blom giải hạn chế lưu trữ tính tốn nút cảm biến Thay nút cảm biến phải tự trao đổi, tính tốn khóa nút sở thực nhiệm vụ nút mạng cần lưu hàng ma trận bí mật A (khóa riêng nút) cột ma trận cơng cộng P để tính khóa Việc quản lý phân phối khóa tập trung giúp nâng cao khả bảo mật, mở rộng mạng hay thay đổi khóa cần Trong mơ hình Blom, nút mạng sử dụng thông tin nhà sản xuất gán cho ban đầu để xác thực với nút sở Khi xác thực, nút mạng nhận ID nút sở cấp dùng để xác thực trước nhận khóa q trình làm việc mạng Các thông tin sử dụng chứng số chứng số tạo nhà sản xuất nút sở nhằm đảm bảo tính hợp lệ chống giả mạo nút mạng Khi cấp phát khóa riêng, nút mạng tính khóa bảo mật Khóa riêng tính bên gửi bên nhận gửi lại để xác nhận cho nút sở Nút sở tính lại khóa riêng hai nút giá trị khóa hai nút Khóa chữ ký số, đảm bảo có nút có khóa riêng khóa cơng khai tính khóa Việc sử dụng ma trận cơng khai ma trận bí mật để tính khóa chung nút mạng có ý nghĩa chứng số Cả nút mạng tính khóa bảo mật chung nhờ việc tính khóa riêng với khóa cơng khai nút mạng cần kết nối Tuy nhiên, có nút mạng có khóa riêng tính khóa chung khóa xác nhận lại nút sở Tuy nhiên, việc sử dụng ma trận Vandermonde để tính tốn làm cho việc lưu trữ tính tốn nút mạng sở trở nên khó khăn Với mơ hình Blom đưa ra, ma 41 trận cơng khai ban đầu ma trận vandermonde có hạng n×t Nếu mạng có quy mơ n nút mạng số hạng lớn ma trận Vandermonde 𝑛𝑡 (t số an toàn) Nếu chọn số an tồn t có giá trị lớn làm kích thước ma trận cơng khai P tăng, làm tăng nhớ nút cần sử dụng khối lượng tính tốn khóa tăng lên 3.5 TỔNG KẾT CHƯƠNG Trong chương 3, luận văn mô tả mơ hình hoạt động lấy ví dụ cho mơ hình Blom Nội dung chương đưa phân tích ưu điểm, vấn đề mà mơ hình Blom giải áp dụng mơ hình mã hóa khóa đối xứng vào mạng cảm biến không dây Nội dung chương đưa thách thức, hạn chế mơ hình Blom áp dụng vào mạng cảm biến không dây 42 CHƯƠNG IV: CÁC MƠ HÌNH BLOM CẢI TIẾN 4.1 CÁC MƠ HÌNH BLOM CẢI TIẾN Mơ hình Blom tạo nên bước đột phá quan trọng việc đảm bảo an tồn bảo mật cho mạng cảm biến khơng dây Mơ hình Blom phù hợp với mơ hình, kiến trúc mạng cảm biến không dây giải vấn đề tồn mạng cảm biến không dây áp dụng phương án đảm bảo an toàn thông tin Tuy nhiên, hạn chế lượng, tài ngun lực tính tốn nút mạng cảm biến Nên cần phải cải tiến mô hình Blom để tăng tốc độ tính tốn giảm dung lượng nhớ lưu trữ nút mạng Vì vậy, để tối ưu mơ hình Blom có số đề xuất sau: - Thay ma trận công khai P ma trận Vandermonde thành ma trận Adjacency [5] - Thay ma trận công khai P ma trận Vandermonde thành ma trận Hadamard [6] - Thay ma trận công khai P ma trận Vandermonde thành ma trận ngẫu nhiên đảm bảo cột ma trận độc lập tuyến tính với [7] Ngồi ra, đề xuất [6] tính tốn mơ để đưa số an toàn t Việc giới hạn t giúp giảm số lượng ô nhớ để lưu trữ ma trận P nâng cao phần tốc độ tính tốn mơ hình Blom Để hiểu rõ cải tiến [5, 6, 7] ta thực phân tích mơ cải tiến 4.1.1 Mơ hình Blom sử dụng ma trận Adjacency Với mơ hình Blom sử dụng ma trận Adjacency (ma trận kề), phần tử ma trận bao gồm giá trị Ma trận kề sử dụng tính tốn đồ thị, ánh xạ từ đường kết nối điểm đồ thị vào ma trận giả 43 sử, với điểm i j có kế nối với nhau, ánh xạ sang ma trận kề vị trí hàng i cột j hàng j cột i có giá trị ngược lại, khơng có kết nối giá trị ánh xạ sang đồ thị Khi sử dụng ma trận kề vào mơ hình Blom, giảm mức độ tính tốn giảm dung lượng lưu trữ Trong cải tiến [5] ma trận Adjacency loại ma trận vô hướng, nên ma trận Adjacency ma trận đối xứng Ví dụ: Một mạng có số nút 4, chọn hệ số an toàn t=3 số nguyên tố q=31 1 Ta có ma trận M = [ 0 1 0 1 10 6 10 ] ma trận S = [ ] 10 6 Tính ma trận P cách thay phần tử có giá trị q-1 =30 1 30 30 16 1 30 21 Nên P = [ ]  A = (𝑆 𝑃)𝑇 mod q = [ 30 30 30 30 30 13 15 23 21 14 ] 14 16 16 10 6 29 13 21 15 13 21 Suy ra: ma trận khóa K = A.P mod q = [ ] 21 30 16 15 21 16 4.1.2 Mơ hình Blom sử dụng ma trận Hadamard Ma trận Hadamard ma trận có dạng 𝐻 𝐻𝑚 = [ 𝑚−1 𝐻𝑚−1 𝐻𝑚−1 ] − 𝐻𝑚−1 Trong đó: ℎ𝑖𝑗 = ℎ𝑖𝑗 = -1 Với mơ hình Blom sử dụng ma trận Hadamard, phần tử ma trận bao gồm giá trị -1 Nó giảm mức độ tính tốn giảm dung lượng lưu trữ 44 Ví dụ: Một mạng có số nút 4, chọn hệ số an toàn t=3 số nguyên tố q=31 1 1 10 10 −1 −1 Ta có ma trận H = [ ] ma trận S = [ ] 2 1 −1 −1 −1 −1 Tính ma trận P 1 1 21 16 15 15 30 30 30 22 P = H mod q = [ ]  A = (𝑆 𝑃)𝑇 mod q = [ ] 1 30 30 24 30 30 14 10 5 Suy ra: ma trận khóa K = A.P mod q = [ 5 7 ] 12 12 4.1.3 Mơ hình Blom sử dụng ma trận ngẫu nhiên Với mơ hình dùng ma trận P bất kỳ, giảm thời gian tính tốn độ lớn phần tử ma trận so với việc dùng ma trận Vandermonde mà đảm bảo tính chất đối xứng ma trận K Ví dụ: Một mạng có số nút 4, chọn hệ số an toàn t=3 số nguyên tố q=31 Ta có ma trận P = [ 4 7 ] ma trận S = [ 6 25 30 Tính ma trận A = (𝑆 𝑃)𝑇 mod q = [ 20 26 20 12 13 30 ] 24 22 17 7 ] 11 11 45 21 27 20 14 12 Suy ra: ma trận khóa K = A.P mod q = [ ] 21 14 10 19 27 12 19 29 Để đánh giá hiệu đề xuất cải tiến [5, 6, 7], ta cần tiến hành mơ đánh giá 4.2 MƠ PHỎNG Trong cải tiến [5, 6, 7], tác giả lấy ví dụ chứng minh tính chất mơ hình Blom khơng thay đổi áp dụng cải tiến Tuy nhiên, mô [5, 6, 7] đánh giá cải tiến riêng lẻ với mơ hình Blom mà chưa so sánh chung cải tiến với với mô hình Blom Mặt khác, cải tiến [5, 6, 7] mô đưa đánh giá độ phức tạp tính tốn mà chưa đưa việc áp dụng cải tiến đem lại lợi ích Vì vậy, để đánh giá phương án cải tiến mơ hình Blom [5, 6, 7], ta xây dựng chương trình tính tốn khóa theo mơ hình Blom để đánh giá độc lập với tác giả Chương trình xây dựng phần mềm NetBeans ngơn ngữ lập trình Java Chương trình có giá trị đầu vào ma trận công khai P ma trận bí mật S Thơng tin đầu ma trận khóa chung K thời gian tính tốn Ta đánh giá thời gian tính tốn mơ hình Blom sử dụng ma trận Vandermonde so với mơ hình Blom áp dụng cải tiến [5, 6, 7] Kịch mô phỏng: Ta thực mô với mạng có số nút mạng thay đổi từ đến 500 𝑛 có bước 50, hệ số an toàn 𝑡 = + 1, số nguyên tố q=1181 Thực mơ so sánh thời gian tính tốn khóa với ma trận P khác với ma trận S có kích thước (t+1 x t+1), giá trị phần tử S giới hạn từ đến q Mô 46 thực 100 lần lấy kết thời gian tính tốn trung bình Kết thu hình dưới, với chiều dọc thời gian tính tốn (đơn vị 0,01s), chiều ngang số nút mạng (độ lớn ma trận P) Kết mô sau: Thời gian tính tốn (0,01s) 300 250 200 vander_matrix 150 rand_matrix 100 hadama_matrix 50 adj_matrix 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Số lượng nút mạng Hình 4.1: Thời gian tính tốn mơ hình Blom cải tiến [5, 6, 7] Ta thấy, thời gian tính toán áp dụng cải tiến [5, 6, 7] thấp thời gian tính tốn sử dụng ma trận Vandermonde Khi số nút tăng lên lợi thời gian tăng Để so sánh ưu mức độ hiệu mơ hình Blom cải tiến, ta so sánh độ lợi thời gian áp dụng cải tiến [5, 6, 7] so với sử Độ lợi thời gian tính tốn (0,01s) dụng ma trận Vandermonde hình sau 160 140 120 100 80 rand_matrix 60 hadama_matrix 40 adj_matrix 20 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Số lượng nút mạng Hình 4.2: Độ lợi thời gian tính tốn áp dụng mơ hình cải tiến [5, 6, 7] 47 Hình 3.2 thể cho ta thấy độ lợi thời gian áp dụng cải tiến [5, 6, 7] Ở đây, giá trị cao độ lợi thời gian lớn hiệu Ta thấy áp dụng cải tiến thay ma trận Vandermonde ma trận cải tiến [5, 6, 7] hiệu thời gian gần tương đương nhau, số nút lớn ma trận Hadamard cho kết tốt Ta thấy, mô thời gian tính tốn so sánh độ lợi thời gian áp dụng cải tiến [5, 6, 7] so với mơ hình Blom sử dụng ma trận Vandermonde Kết mô áp dụng cải tiến [5, 6, 7] cho kết thời gian tính tốn tốt so với áp dụng ma trận Vandermonde kết phù hợp với ý nghĩa kết mô công bố [5, 6, 7] Như ta biết, mơ hình Blom có sử dụng ma trận đầu vào ma trận công khai P ma trận bí mật S Ma trận bí mật S phải ma trận đối xứng để đảm bảo ma trận khóa K ma trận đối xứng Ma trận P có điều kiện cột độc lập tuyến tính với cột Và dựa vào kết mô đánh giá cải tiến [5, 6, 7], luận văn có đề xuất cải tiến thêm cách áp dụng ma trận ngẫu nhiên ma trận Adjacency để thay ma trận Vandermonde Tức sử dụng loại ma trận Adjacency có hướng cho ma trận P (gọi ma trận cải tiến), ma trận P ma trận ngẫu nhiên gồm số nhị phân, đảm bảo tính chất độc lập tuyến tính theo cột khơng phải ma trận đối xứng Việc sử dụng ma trận cải tiến ma trận gồm số nhị phân làm ma trận P thay ma trận Vandermonde nhằm mục đích sau: - Ma trận bao gồm số nhị phân giảm dung lượng nhớ cần lưu trữ, lưu vị trí phần tử khác mà không cần phải lưu ma trận - Sử dụng số nhị phân ma trận giúp giảm thời gian tính tốn tính khóa 48 Ví dụ: Một mạng có số nút 4, chọn hệ số an toàn t=3 số nguyên tố q=31 Ta có ma trận cải tiến M = [ 0 1 1 1 1 15 17 17 11 27 ] ma trận S = [ ] 27 12 16 16 20 Ma trận P = M 15 Suy ra: A = (𝑆 𝑃)𝑇 mod q = [ 18 23 17 13 14 ] 24 14 13 20 25 15 18 23 20 Suy ra: ma trận khóa K = A.P mod q = [ ] 18 26 19 23 19 12 Để đánh giá hiệu thay ma trận ma trận cải tiến với Vandermonde, ta tiến hành mô so sánh thời gian tính tốn khóa mơ hình Blom sử dụng ma trận Vandermonde ma trận cải tiến Ta thực mô với mạng có số nút mạng thay đổi từ đến 500 𝑛 có bước 50 nút, hệ số an toàn 𝑡 = + 1, số nguyên tố q=1181 Thực mô 100 lần lấy kết thời gian tính tốn trung bình Kết thu hình dưới, với chiều dọc thời gian tính toán (đơn vị 0,01s), chiều ngang số nút mạng Kết mô sau: 49 Thời gian tính tốn (0,01s) 300 250 200 150 vander_matrix modif_matrix 100 50 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Số lượng nút mạng Hình 4.3: Thời gian tính tốn ma trận Vandermonde ma trận cải tiến Ta thấy, thời gian tính tốn thay ma trận Vandermonde ma trận cải tiến có thời gian tính tốn thấp sử dụng ma trận Vandermonde Khi số nút mạng tăng, thời gian chênh lệch tăng Để thấy hiệu thời gian sử dụng ma trận cải tiến, ta tính độ lợi thời gian sử dụng ma trận cải Độ lợi thời gian tính tốn (0,01s) tiến với ma trận Vandermonde sau 160 140 120 100 80 60 modif_matrix 40 20 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Số lượng nút mạng Hình 4.4: Độ lợi thời gian tính tốn áp dụng ma trận cải tiến 50 Ta thực so sánh độ lợi thời gian sử dụng ma trận cải tiến với ma Độ lợi thời gian tính tốn (0,01s) trận [5, 6, 7] 160 140 120 100 rand_matrix 80 hadama_matrix 60 40 adj_matrix 20 modif_matrix 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Số lượng nút mạng Hình 4.5: Độ lợi thời gian tính tốn ma trận cải tiến cải tiến [5, 6, 7] Ta thấy độ lợi thời gian sử dụng ma trận cải tiến ma trận cải tiến [5, 6, 7] gần xấp xỉ Và độ lợi thời gian so với sử dụng ma trận Vandermonde tăng nhanh độ lớn mạng tăng 4.3 TỔNG KẾT CHƯƠNG Trong chương 4, luận văn tìm hiểu lấy ví dụ mơ đánh giá số cải tiến để tối ưu cho mô hình Blom Đồng thời luận văn đưa đề xuất cải tiến mơ hình Blom đưa ma trận ngẫu nhiên gồm số nhị phân thay ma trận Vandermonde có chương trình đánh giá mơ hình cải tiến đề xuất với mơ hình Blom sử dụng ma trận Vandermonde mơ hình cải tiến trước Việc áp dụng ma trận cải tiến mà luận văn đề xuất cho mơ hình Blom làm giảm dung lượng nhớ cần để lưu trữ ma trận P Đồng thời, phần tử ma trận số nhị phân giúp giảm thời gian tính tốn tính khóa Kết mơ cho thấy, thời gian tính tốn áp dụng ma trận đề xuất xấp xỉ so với áp dụng cải tiến [5, 6, 7] 51 KẾT LUẬN Luận văn với đề tài “Nghiên cứu mô hình đảm bảo an tồn truyền tin dựa chữ ký số chứng số” có kết sau: 1/ Tìm hiểu nghiên cứu vấn đề sau: + Tìm hiểu mã hóa mật mã học + Tìm hiểu mơ hình hệ mã hóa đối xứng, hệ mã hóa bất đối xứng số mơ hình mã hóa đại + Tìm hiểu mạng cảm biến khơng dây, điểm yếu yêu cầu triển khai mã hóa cho mạng cảm biến khơng dây + Tìm hiểu mơ hình phân phối khóa Blom, đưa đánh giá số cách nâng cao hiệu tốc độ tính tốn áp dụng mơ hình phân phối khóa Blom vào mạng cảm biến khơng dây 2/ Thử nghiệm chương trình để đánh giá ưu điểm mức độ cải tiến tốc độ mơ hình Blom cải tiến áp dụng vào mạng cảm biến không dây 3/ Đề xuất sử dụng ma trận nhị phân để nâng cao tốc độ giảm dung lượng nhớ lưu trữ có chương trình mơ đánh giá với cải tiến trước 52 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - IoT – Internet of Things: Internet kết nối vạn vật - KDC – Key Distribution Center: Trung tâm phân phối khóa tập trung - DES – Data Encryption Standard: Thuật tốn tiêu chuẩn mã hóa liệu - AES – Advanced Encryption Standard: Thuật tốn tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến - ECB – Electronic Code Book: Thuật toán bảng tra mã điện tử, phương pháp mã hóa khối - IDEA – International Data Encryption Algorithm: Là phương pháp mã hóa khối - P – Plaintext: Văn bản, thông tin dạng rõ - E – Encrypt algorithm: Thuật tốn mã hóa - D – Decrypt algorithm: Thuật toán giải mã - MITM – Man In The Middle: Tấn công người đứng - CA – Certificate Authority: Trung tâm cung cấp chứng số - WSN – Wireless Sensor Networks: Mạng cảm biến không dây - Sink: Bộ thu nhận 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] GS.TS Nguyễn Bình, “Giáo trình Cơ sở mật mã học”, Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 2013, 237 trang [2] Trần Minh Văn, “Bài giảng an toàn bảo mật thông tin”, Khoa Công nghệ thông tin, Đại hoc Nha trang, 2008, 184 trang [3] https://manthang.wordpress.com/2012/07/22/co-ban-ve-mat-ma-hoc-1/ [4] https://anninhmang.net/phan-tich-mang/ Tài liệu tiếng anh [5] Suraj Sukumar, “Computational Analysis of Modified Blom's Scheme”, 2013, 12 pages [6] Rohith Singi Reddy, “Key mangament in wireless sensor networks using a modified Blom scheme”, Computer Science Department, Oklahoma State University, American, 2011, pages [7] Divya Harika Nagabhyrava, “Efficient key generation for dynamic Blom’s scheme”, Bachelor of Technology in Computer Science, Jawaharlal Nehru Technological University, India, 2014, 17 pages [8] Anna Ha’c, “Wireless Sensor Network Designs”, University of Hawaii at Manoa, Honolulu, USA, John Wiley & Sons Ltd, 2003 [9] Edgar H.Callaway Jr, “Wireless Sensor Networks: Architectures and Protocols”, A CRC Press Company, 2004 [10] John A Stankovic, “Wireless Sensor Networks”, Department of Computer Science, University of Virginia, 2006