Ứng dụng hệ mã hóa dựa trên định danh bảo mật hệ thống thông tin

 TRAO ĐỔI - NGHIÊN CỨU 
 ỨNG DỤNG HỆ MÃ HÓA DỰA TRÊN ĐỊNH DANH BẢO MẬT 
 HỆ THỐNG THÔNG TIN 
 NCS. Trịnh Văn Anh1 
 Tóm tắt: Hiện nay, sự phát triển của công nghệ thông tin là lĩnh vực ưu tiên hàng 
đầu và cũng là lĩnh vực mà tất cả các ngành nghề khác đều phải sử dụng. Công nghệ 
thông tin phát triển nhanh mang lại sự tiến bộ vượt bậc cho xã hội. Bên cạnh, sự phát 
triển đó lại là mối đe dọa về vấn đề an toàn và bảo mật thông tin. Tất cả những thông 
tin trong các cơ quan, tổ chức nói chung và tài liệu cá nhân nói riêng thì việc không 
quản lý, không kiểm soát được thông tin sẽ là thất thoát nguy hiểm đối với người sử 
dụng. Bài viết đưa ra giải pháp an toàn thông tin và xây dựng hệ thống quản lý thông 
tin dựa trên IBE. 
 Từ khóa: Mã hóa, hệ mã hóa dựa trên định danh, an toàn dữ liệu. 
 1. Tổng quan hệ mã hóa dựa trên định danh 
 1.1. Khái niệm mật mã dựa trên định danh 
 IBE (Indetity Base Encryption) là một công nghệ mã hóa khóa công khai, cho 
phép một người sử dụng tính khóa công khai từ một chuỗi bất kỳ. Chuỗi này như là biểu 
diễn định danh của dạng nào đó và được sử dụng không chỉ như là một định danh để 
tính khóa công khai, mà còn có thể chứa thông tin về thời hạn hợp lệ của khóa để tránh 
cho một người sử dụng dùng mãi một khóa IBE hoặc để đảm bảo rằng người sử dụng sẽ 
nhận được các khóa khác nhau từ các hệ thống IBE khác nhau Bởi vậy, có một số ít 
tình huống không thể giải quyết bài toán bất kỳ với các công nghệ khóa công khai 
truyền thống, nhưng lại có thể giải quyết được với IBE và sử dụng IBE đơn giản hơn 
nhiều về cài đặt và ít tốn kém hơn về nguồn lực để hỗ trợ. 
 1.2. Ưu thế IBE trong các ứng dụng thực tế 
 IBE cho phép người sử dụng giao tiếp an toàn, có thể xác minh chữ ký dễ dàng mà 
không cần trao đổi các mã khóa công khai hoặc khóa riêng. Không cần lưu giữ bí mật 
các thư mục quan trọng, cũng như không cần sử dụng dịch vụ của bên thứ ba. Lược đồ 
đặt giả thiết về sự tồn tại đáng tin cậy của các trung tâm tạo mã nhằm cung cấp cho mỗi 
người dùng một thẻ thông minh cá nhân khi lần đầu tiên tham gia hệ thống. 
 IBE là giải pháp lý tưởng cho nhóm khách hàng cao cấp bí mật như giám đốc điều 
hành ở các công ty đa quốc gia hoặc các chi nhánh của một ngân hàng lớn... IBE cũng 
1 Trung tâm Tư vấn tuyển sinh và giới thiệu việc làm, Trường Đại học Văn hóa, Thể thao và Du lịch 
Thanh Hóa 
 29 
 TRAO ĐỔI - NGHIÊN CỨU 
duy trì tính thiết thực trên phạm vi toàn quốc với hàng trăm hệ thống tạo khóa cùng với 
hàng triệu người dùng. Đây sẽ là một tiền đề cho sản phẩm thẻ nhận dạng tiện dụng mới 
mà mọi người có thể sử dụng trong việc ký séc, quẹt thẻ tín dụng, văn bản pháp luật, và 
thư điện tử. 
 IBE dựa trên một hệ thống mã khóa công khai. Thay vì tạo ra một cặp khóa công 
khai/bí mật ngẫu nhiên rồi công bố một trong hai, người dùng bây giờ chỉ cần chọn tên 
và địa chỉ mạng như một mã khóa công khai của mình. Hệ thống chấp nhận bất kỳ sự 
kết hợp sử dụng nào như tên, số an sinh xã hội, địa chỉ đường phố, số văn phòng hoặc 
số điện thoại (tùy thuộc vào ngữ cảnh) với điều kiện là chỉ được phép xác định cho duy 
nhất một người, đề phòng có sự phủ nhận hay tranh chấp sau này. 
 Lược đồ cũng dựa trên nhận dạng của hệ thống thư điện tử: nếu bạn biết tên và địa 
chỉ của ai đó, bạn có thể gửi tin nhắn mà chỉ người đó mới có thể đọc, hoặc bạn có thể 
xác minh chữ ký mà chỉ người đó mới có thể làm ra. Điều này khiến cho việc thông tin 
liên lạc trở nên rõ ràng và dễ sử dụng, ngay cả đối với người không có kiến thức về mật 
khẩu mã hóa. Cụ thể: khi người dùng A muốn gửi một thông điệp tới người B, anh ta 
đặt thông điệp cùng với từ khóa bí mật vào trong thẻ thông minh của mình, mã hóa kết 
quả bằng cách sử dụng tên và địa chỉ của người B, cho biết thêm tên riêng và địa chỉ của 
mình vào tin nhắn, rồi gửi nó đến B. Khi B nhận được thông báo, anh ta sẽ giải mã nó 
bằng cách sử dụng từ khóa bí mật trong thẻ thông minh của mình, sau đó xác minh chữ 
ký bằng cách sử dụng tên và địa chỉ của người gửi. 
 Lược đồ kết hợp hiệu quả tin nhắn với thông tin nhận diện cá nhân và hiệu quả sở 
hữu của người sử dụng với thẻ của mình. Giống như bất kì cơ quan nào liên quan đến 
chứng minh thư hoặc ID Cards, trung tâm phải rà soát và sàng lọc cẩn thận toàn bộ các 
thẻ để tránh những sai lệch, thất lạc và phải bảo vệ cẩn thận con dấu của mình tránh 
những hình thức giả mạo, làm nhái. Người sử dụng có thể tự bảo vệ bản thân mình 
không bị sử dụng thẻ trái phép thông qua một hệ thống mật khẩu hoặc ghi nhớ từ khóa. 
 1.3. Hệ thống nhận dạng IBE 
 Các trung tâm tạo mã có đặc quyền được biết một số thông tin bí mật cho phép 
tính toán ra từ khóa bí mật của tất cả người dùng trong mạng. Các từ khóa này tốt hơn là 
nên tính toán bởi một trung tâm tạo mã thay vì người sử dụng, vì như vậy sẽ tránh được 
yếu tố đặc biệt về nhận dạng của người dùng. Ví dụ như: nếu người A có thể tính được 
từ khóa bí mật tương ứng với khóa công khai "A" thì anh ta cũng có thể tính được từ 
khóa bí mật tương ứng với khóa công khai "B", "C",... và do đó, chương trình này sẽ 
không còn an toàn như vốn thế nữa. 
 2. Xây dựng chương trình thử nghiệm Demo quyền kiểm soát hệ thống 
 2.1. Mô tả bài toán 
30 
 TRAO ĐỔI - NGHIÊN CỨU 
 Trong hệ thống bảo mật thông tin dữ liệu, người dùng phải đăng nhập hệ thống 
bằng tài khoản và mật khẩu thì mới có quyền sử dụng dịch vụ. Trong quá trình đăng 
nhập dữ liệu được gửi đi có thể bị hacker lấy dữ liệu đó nếu chúng ta gửi trực tiếp mà 
không có quá trình mã hóa dữ liệu. 
 Để giải quyết vấn đề trên ta sẽ ứng dụng IBE để bảo mật dữ liệu. Giả sử đối tượng 
sử dụng A cần xác thực quyền truy cập vào hệ thống kiểm soát B. Quy trình truy cập hệ 
thống như sau: 
 Bước 1: Thông tin tài khoản của người sử dụng A sẽ được mã hóa bởi một khóa 
công khai PK, khóa công khai này là địa chỉ email của B. Sau đó thông tin mã hóa này 
được gửi đến hệ thống B. 
 Bước 2: Hệ thống B sẽ yêu cầu tới một server C (riêng biệt) yêu cầu C cung cấp 
khóa riêng MK để giải mã thông tin mà hệ thống B nhận được từ A. 
 Bước 3: Server C sẽ xác thực hệ thống B đó xem có quyền nhận khóa riêng bí mật 
MK không. Nếu đúng server C sẽ cấp cho hệ thống B khóa riêng bí mật một lần duy 
nhất. Khóa riêng bí mật này sẽ giải mã được toàn bộ dữ liệu nếu dữ liệu được gửi đến từ 
người sử dụng A. Hệ thống lưu lại khóa riêng này. 
 Sau khi giải mã được dữ liệu, hệ thống B sẽ đối chiếu với thông tin tài khoản của 
người sử dụng A được lưu trữ trong hệ thống. Nếu khớp tài khoản mật khẩu thì cho 
phép sử dụng dịch vụ, nếu sai từ chối dịch vụ. 
 2.2. Mô hình hệ thống 
 Căn cứ từ bài toán trên, biểu đồ phân tích hệ thống như sau: 
 Hình 1: Sơ đồ phân tích hệ thống 
 31 
 TRAO ĐỔI - NGHIÊN CỨU 
 Người sử dụng A có khóa chung là “name=hethong@ht.com” mã hóa dữ liệu 
(thông tin tài khoản và mật khẩu) gửi tới hệ thống kiểm soát quyền truy cập B. 
 Hệ thống B gửi tới server C xác nhận quyền nhận khóa bí mật MK. Server C xác 
nhận hệ thống B, cấp một lần duy nhất khóa riêng bí mật MK chỉ được sử dụng cho A. Hệ 
thống B lưu lại khóa riêng và giải mã dữ liệu mỗi khi nhận dữ liệu đã được mã hóa từ A. 
 Giải mã xong dữ liệu (thông tin tài khoản và mật khẩu), hệ thống B so sánh với dữ 
liệu đã được lưu trữ trước đó của A. 
 Nếu đúng cho phép sử dụng dịch vụ. Sai thì từ chối dịch vụ. 
 Trong một lược đồ IBE cũng có 4 thuật toán được dùng để tạo và sử dụng cặp 
khoá bí mật - khóa công khai. Theo truyền thống, chúng được gọi là thuật toán thiết lập 
(setup), thuật toán trích (extraction), thuật toán mã hóa (encryption) và thuật toán giải 
mã (decryption). “Thiết lập” là thuật toán để khởi tạo các tham số được cần tới cho các 
tính toán IBE, bao gồm bí mật chủ mà bộ tạo khóa bí mật PKG sử dụng để tính ra các 
khóa bí mật IBE. “Trích” là thuật toán để tính một khóa bí mật IBE từ các tham số đã 
được tạo ra trong bước thiết lập, cùng với định danh của người sử dụng và sử dụng bí 
mật chủ của bộ tạo khóa bí mật PKG để làm việc này. “Mã hóa” được thực hiện bằng 
khóa công khai IBE đã được tính ra từ các tham số ở bước thiết lập và định danh của 
người sử dụng. “Giải mã” được thực hiện bằng khóa bí mật IBE đã được tính ra từ định 
danh của người sử dụng và khóa bí mật của bộ tạo khóa bí mật PKG. 
 Thuật toán thiết lập (setup): thuật toán này được xử lý bởi server C một lần để tạo 
ra các khóa trong IBE. Khóa được tạo ra được giữ bí mật và người sử dụng sẽ nhận 
khóa bí mật này. Tham số hệ thống tạo ra sẽ được công khai Server tạo ra: Tham số hệ 
thống p, bao gồm M và C (M là message - yêu cầu, C: ciphertext - mã hóa). 
 Thuật toán trích: Thuật toán này chạy khi người sử dụng yêu cầu khóa riêng. Chú 
ý việc xác thực của người yêu cầu nhận khóa bí mật và việc truyền khóa bí mật đó. 
Server sẽ nhận vào p, Kp và định danh Id (chuỗi 0,1) và trả lại khóa bí mật Mk cho 
người yêu cầu nhận khóa qua ID. 
 Thuật toán mã hóa: nhận P, 1 yêu cầu m thuộc M và ID (chuỗi 0,1) và xuất ra mã 
hóa c thuộc C. 
 Thuật toán giải mã: nhận MK, P và c thuộc C và trả lại m thuộc M. 
 2.3. Chương trình thử nghiệm 
 Bước đầu tiên trong quá trình ứng dụng kiểm soát quyền truy cập trong hệ thống 
cơ sở dữ liệu là giải quyết bài toán mã hóa và giải mã: 
 Chương trình được viết trên môi trường với giao diện chính như sau: 
32 
 TRAO ĐỔI - NGHIÊN CỨU 
 Hình 2 
 Khi nhập mã định danh ví dụ như email vananh@hubt.edu.vn, ta có kết quả mã 
hóa chương trình như sau: 
 Hình 3 
 Và ngược lại quá trình giải mã sẽ được thực hiện: 
 Hình 4 
 3. Kết luận 
 Trong sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, cùng với nhu cầu cấp thiết 
về việc bảo vệ an ninh thông tin nói chung và bảo vệ thông tin cá nhân nói riêng, việc 
xây dựng các ứng dụng để bảo mật và kiểm soát trên hệ thống là vô cùng quan trọng. 
 33 
 TRAO ĐỔI - NGHIÊN CỨU 
 Trong khuôn khổ của một bài báo, tác giả đã giải quyết được mục tiêu là tìm hiểu 
mã hóa dựa trên định danh, các thuật toán cài đặt và ứng dụng IBE vào bài toán “kiểm 
soát quyền truy cập trong hệ thống cơ sở dữ liệu”, bao gồm: 
 - Nghiên cứu về hệ mật mã khóa công khai truyền thống. 
 - Nghiên cứu hệ mã hóa dựa trên định danh IBE và các ưu điểm của hệ mã hóa 
này so với hệ mã hóa công khai truyền thống. 
 - Tìm hiểu thuật toán mã hóa định danh IBE và xây dựng chương trình cho bài 
toán kiểm soát quyền truy cập trong hệ thống bảo mật quản lý dữ liệu. 
 Các kết quả cho thấy việc ứng dụng mã hóa IBE cho một số bài toán đơn giản hơn 
nhiều về cài đặt và ít tốn kém hơn về nguồn lực để hỗ trợ. 
 Tài liệu tham khảo 
 Tiếng Việt: 
 [1]. Phạm Quốc Hoàng (2010), “Mã hóa dựa trên thuộc tính”, Tạp chí An toàn 
thông tin số 2 - ISSN 1859-1256. 
 [2]. Trần Duy Lai (2009), “Mã hóa dựa trên định danh”, Tạp chí An toàn thông 
tin số 3 - ISSN 1859-1256. 
 Tiếng Anh: 
 [3]. Identity-based cryptosystems and signature schemes Adi Shamir, Department 
of Applied Mathematics,The Weizmann Institute of Science, Rehovot, 76100 Israel. 
 [4]. J. Bethencourt, A. Sahai, B. Waters. Ciphertext Policy Attribute - Base 
Encryption. SP'07. Washington DC, USA: IEEE Computer Society, 2007. 
 [5]. Jin Li, Kui Ren, Kwangjo Kim. Accountable Attribute Based Encyption for 
Abuse Free Access Control. Cryptology ePrint Archive, Report 2009/118, 2009 
 [6]. Whitten, A., and J.Tygar, Why Jonny Can't Encrypt: A ussability Evalution 
of PGP 5.0, Proceedings of the 8th USENIX Security Symposium, Washington DC, 
August 23-26 1999, pp. 169-184s 
 APPLYING THE IDENTIFIER-BASED ENCRYPTION 
 FOR THE SECURITY OF INFORMATION SYSTEM 
 Trinh Van Anh, Ph.D student 
 Abstract: Today, the development of information technology, which is used in all 
fields, is a top priority. However, this strong development is also a threat to the safety 
and security of information. Current information system of agencies, organizations and 
individuals must be controled because the leakage of information would be dangerous 
34 
 TRAO ĐỔI - NGHIÊN CỨU 
for users. To contribute to solve this problem, the paper explores the identifier-based 
encryption system and its advantages in comparison with traditional public encryption 
system as well as algorithms installed by identifier-based encryption system and apply 
the identifier-based encryption system to control the access of data management 
security systems. 
 Key words: Encryption, identifier-based encryption, data safety. 
 35