Luận văn: Nghiên cứu phối hợp hai phương pháp nén và mã hóa thông tin : Luận văn ThS. Công nghệ thông tin: 60 48 15
Nhà xuất bản: ĐHCN
Ngày: 2012
Chủ đề: Nén thông tin
Mã hóa thông tin
Kỹ thuật giấu tin
Miêu tả: 100 tr. + CD-ROM + Tóm tắt
Luận văn ThS. Truyền số liệu và Mạng máy tính -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2012
Trình bày cơ sở toán học được sử dụng trong quá trình nén và mã hoá thông tin gồm: các khái niệm, các định lý, định nghĩa và một số thuật toán cơ bản. Tìm hiểu các thuật toán mã hoá: AES, RSA và các kỹ thuật có liên quan được sử dụng trong quá trình mã hoá. Nghiên cứu các phương pháp nén: Fanno, Shanon, Huffman, Lzw … Phân tích hướng nghiên cứu phối hợp các phương pháp nén và mã hoá thông tin. Giải pháp thực hiện và đánh giá mô hình nghiên cứu. Ngoài ra còn trình bày về quá trình cài đặt chương trình thử nghiệm mô hình phối hợp bằng ngôn ngữ lập trình C#.Net
MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC BẢNG......................................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................................................... 5
LỜI MỞ ĐẦU 6
Chương 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN................................................................................... 8
1.1 CÁC ĐỊNH LÝ QUAN TRỌNG ................................................................................... 8
1.1.1 Định lý Euler..................................................................................................................... 8
1.1.2 Định lý Fermat (hệ quả của định lý Euler)....................................................................... 8
1.1.3 Định lý đồng dƣ Trung Quốc........................................................................................... 8
1.1.4 Định lý Bezout.................................................................................................................. 9
1.2 MỘT SỐ THUẬT TOÁN............................................................................................... 9
1.2.1 Thuật toán Euclidean........................................................................................................ 9
1.2.2 Thuật toán Euclidean mở rộng.......................................................................................10
1.2.3 Thuật toán bình phƣơng và nhân....................................................................................11
1.2.4 Thuật toán xác suất kiểm tra số nguyên tố.....................................................................12
1/. Thuật toán Miller – Rabin...............................................................................................12
1.3 KHÁI NIỆM ENTROPY..............................................................................................13
1.3.1 Định nghĩa Entropy.........................................................................................................13
1.3.2 Tính chất của Entropy.....................................................................................................14
Chương 2: PHƢƠNG PHÁP MÃ HOÁ .........................................................................................15
2.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ........................................................................................15
2.1.1 Hệ mã hoá khoá đối xứng...............................................................................................16
2.1.2 Hệ mã hoá khoá phi đối xứng.........................................................................................16
2.1.3 Hệ mã hoá RSA..............................................................................................................17
2.1.3.1 Lịch sử hình thành hệ mã hoá RSA................................................................................17
2.1.3.2 Hệ mã hoá RSA đầu tiên.................................................................................................17
2.1.3.3 Định nghĩa hệ mã hoá RSA............................................................................................18
2.2 CÁC CHUẨN KỸ THUẬT TRONG PKCS...............................................................19
2.2.1 Tổng quan về PKCS và PKCS#1 v2.1 ..........................................................................19
2.2.1.1 PKCS...............................................................................................................................19
2.2.1.2 PKCS#1 v2.1...................................................................................................................19
2.2.2 Các ký hiệu trong PKCS#1 v2.1....................................................................................20
2.2.3 Các kiểu khóa..................................................................................................................21
2.2.3.1 Khóa công khai RSA.......................................................................................................22
2.2.3.2 Khóa bí mật RSA.............................................................................................................22
2.2.4 Cơ sở chuyển đổi dữ liệu I2OSP và OS2IP...................................................................23
2.2.4.1 Chuyển đổi dữ liệu I2OSP..............................................................................................24
2.2.4.2 Chuyển đổi dữ liệu OS2IP..............................................................................................24
2.2.5 Cơ sở của hệ mật mã.......................................................................................................25
2.2.5.1 Cơ sở hệ mã hóa RSAEP................................................................................................25
2.2.5.2 Cơ sở hệ mã hóa – RSADP ............................................................................................26
2.2.6 Lƣợc đô mã hóa..............................................................................................................28
2.2.6.1 Tổng quan về lược đồ mã hóa........................................................................................28
2.2.6.2 Các kỹ thuật hỗ trợ..........................................................................................................28
2.2.6.3 Lược đồ RSAES – OAEP...............................................................................................29
2.2.7 Ý nghĩa của việc áp dụng EME - OAEP trƣớc khi mã hóa RSA.................................34
2.2.8 Vấn đề sinh khóa RSA ...................................................................................................35
2.3 CHUẨN MÃ HÓA DỮ LIỆU TIÊN TIẾN – AES.....................................................37
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi3
2.3.1 Mục đích nghiên cứu chuẩn AES ..................................................................................37
2.3.2 Tổng quan........................................................................................................................38
2.3.3 Các khái niệm cơ sở........................................................................................................38
2.3.3.1 Input, Output, Key...........................................................................................................38
2.3.3.2 Byte..................................................................................................................................38
2.3.3.3 Ma trận trạng thái (State Matrix)...................................................................................39
2.3.3.4 Hộp thay thế S – Box và InvS – Box...............................................................................40
2.3.4 Đặc tả thuật toán..............................................................................................................41
2.3.4.1 Sinh khóa con..................................................................................................................41
2.3.4.2 Hoạt động mã hóa ..........................................................................................................42
2.3.4.3 Hoạt động giải mã..........................................................................................................43
Chương 3: PHƢƠNG PHÁP NÉN DỮ LIỆU................................................................................44
3.1 TỔNG QUAN VỀ NÉN DỮ LIỆU..............................................................................44
3.1.1 Mã nén dữ liệu ................................................................................................................44
3.1.1.1 Nén dữ liệu, bít trung bình..............................................................................................44
3.1.1.2 Mã tổng và mã phân tách................................................................................................46
3.1.2 Định lý Shannon .............................................................................................................47
3.2 MÔ HÌNH THỐNG KÊ ................................................................................................51
3.2.1 Mô hình thống kê tĩnh.....................................................................................................51
3.2.2 Mô hình thống kê động...................................................................................................51
3.2.3 Một số mã nén cơ bản.....................................................................................................52
3.2.3.2 Mã Huffman....................................................................................................................57
3.2.3.3 Lưu đồ giải mã Fanon, Shannon, Huffman ...................................................................60
3.3 MÔ HÌNH TỪ ĐIỂN.....................................................................................................62
3.3.1 Giới thiệu.........................................................................................................................62
3.3.2 Kỹ thuật từ điển...............................................................................................................62
3.3.2.1 Nguyên lý LZ...................................................................................................................62
3.3.2.2 Các thuật toán nén LZ ....................................................................................................66
Chương 4: PHỐI HỢP HAI PHƢƠNG PHÁP NÉN VÀ MÃ HOÁ THÔNG TIN....................80
4.1 MÔ HÌNH PHỐI HỢP HAI PHƢƠNG PHÁP NÉN VÀ MÃ HOÁ THÔNG TIN 80
4.1.1 Về không gian lƣu trữ.....................................................................................................80
4.1.2 Vấn đề an ninh ................................................................................................................81
4.1.3 Vấn đề thời gian xử lý dữ liệu ........................................................................................82
4.2 Mô hình phối hợp hai phƣơng pháp nén và mã hoá dữ liệu..........................................82
4.3 CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM............................................................................86
4.3.1 Mô tả chung ....................................................................................................................86
4.3.2 Ý tƣởng cài đặt................................................................................................................86
4.3.2.1 Ngôn ngữ lập trình..........................................................................................................86
4.3.2.2 Cấu trúc chƣơng trình.....................................................................................................87
4.3.3 Thực hiện.........................................................................................................................92
4.3.4 Đánh giá ..........................................................................................................................94
KẾT LUẬN .........................................................................................................................................98
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................994
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT Tên bảng Trang
1. Bảng 2.1: Thay thế dãy 4 bit sang cơ số 16 40
2. Bảng 2.2: Ma trận trạng thái khởi đầu 40
3. Bảng 3.1: Ví dụ về mã nén Shannon 57
4. Bảng 3.2: Mã hoá các kí tự trong xâu “go go gophers” theo mã
Huffman 60
5. Bảng 3.3: Giải mã bản mã “00111010000” theo lƣu đồ giải mã Hình
3.8 62
6. Bảng 3.4: Quá trình nén xâu “bcabbcbccbababc” theo thuật toán LZ77 68
7. Bảng 3.5: Quá trình giải nén theo thuật toán LZ77bản mã
bca[3,1,b][4,1,b][2,1,c][3,1a][2,2,b][5,1,””] 68
8. Bảng 3.6:
Quá trình nén xâu “ aaabbabaabaaabab” bằng thuật toán LZ78 72
9. Bảng 3.7: Quá trình nén bằng thuật toán LZ78 bản mã
“(0,a)(1,a)(0,b)(3,a)(4,a)(5,a)(4,b)” 73
10. Bảng 3.8: Quá trình nén xâu “aabababaaababb” bằng thuật toán LZW 79
11. Bảng 3.9: Quá trình giải nén bản mã “001352411” theo thuật toán
LZW 80
12. Bảng 4.2: Bảng kết quả thử nghiệm đánh giá về mặt hiệu quả nén 96
13. Bảng 4.2: Bảng kết quả thử nghiệm đánh giá về mặt thời gian 97
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT Tên bảng Trang
1. Hình 2.1: Nguy cơ bị tấn công khi truyền thông tin trên mạng máy tính 16
2. Hình 2.2: Mô hình truyền thông sử dụng hệ mã hoá khoá đối xứng [12] 17
3. Hình 2.3: Mô hình truyền thông sử dụng hệ mã hoá khoá công khai
[12]
18
4. Hình 2.4: Sơ đồ mã hoá EME – OAEP [13] 32
5. Hình 2.5: Tóm lƣợc quy trình xử lý RSAES – OAEP - ENCRYPT 33
6. Hình 2.6: Tóm lƣợc quy trình xử lý RSAES – OAEP – DECRYPT 35
7. Hình 2.7: Sơ đồ kết hợp RSA và AES 38
8. Hình 2.8: Hộp S –Box sử dụng trong quá trình mã hoá AES [14] 41
9. Hình 2.9: Hộp InvS –Box sử dụng trong quá trình mã hoá AES [14] 41
10. Hình 3.1: Quá trình nén dữ liệu 45
11. Hình 3.2: Văn bản tổng 47
12. Hình 3.3: Mã tổng 47
13. Hình 3.4: Mã hoá theo mô hình thống kê động 52
14. Hình 3.5: Giải mã hoá theo mô hình thống kê động 53
15. Hình 3.6: Quá trình tạo mã Fanno 5
16. Hình 3.7: Xây dựng mã Huffman 59
17. Hình 3.8: Lƣu đồ giải mã Fanon, Shanon, Huffman 61
18. Hình 3.9: Lƣợng tin 64
19. Hình 3.10: Quá trình thực hiện nén bằn mã LZ 66
20. Hình 3.11: Sơ đồ nén LZ78 70
21. Hình 3.12: Sơ đồ giải nén thuật toán LZ78 71
22. Hình 3.13: Sơ đồ nén dữ liệu thuật toán LZW 75
23. Hình 3.14: Sơ đồ giải nén dữ liệu thuật toán LZW 78
24. Hình 4.1: Luồng xử lý nén và mã hoá 82
25. Hình 4.2: Mô hình phối hợp hai phƣơng pháp nén và mã hoá thông tin 83
26. Hình 4.3: Nội dung tệp bản rõ 84
27. Hình 4.4: Nén tệp bằng phƣơng pháp LZW 84
28. Hình 4.5: Mã hoá tệp đã nén bằng LZW 85
29. Hình 4.6: Mã hoá tệp bản rõ bằng AES 85
30. HHình 4.7: Nén tệp tin sau khi mã hoá bằng AES 866
LỜI MỞ ĐẦU
Quá trình lƣu trữ và truyền tải thông tin luôn luôn có 2 yếu tổ đƣợc quan tâm
hàng đầu là: tính an toàn bảo mật và kích thƣớc của tệp tin.
Đã có rất nhiều các phần mềm, các chƣơng trình đƣợc viết để giải quyết hai vấn
đề đƣợc đặt ra. Tuy nhiên các phần mềm phần lớn chỉ quan tâm tới một trong hai yếu
tố chỉ nén dữ liệu Winzar, Winzip, 7Zip… hay chỉ mã hoá nhƣ: Enterprise,
TrueCrypt… tuy nhiên nếu chỉ nén dữ liệu kích thƣớc tệp tin đƣợc giảm nhƣng lại
không bảo đảm tính an toàn thông tin. Ngƣợc lại nếu chỉ mã hoá chỉ đảm bảo tính an
toàn nhƣng không giải quyết đƣợc vấn đề giảm dung lƣợng lƣu trữ hơn thế mã hoá tệp
tin lớn tốn nhiều thời gian và băng thông để truyền tải cũng tăng theo.
Trong khi đó nếu phối hợp cả hai quá trình trên sẽ đem lại rất nhiều lợi ích:
giảm dung lƣợng lƣu trữ, giảm băng thông truyền tải, giảm thời gian mã hoá, tăng tính
bảo mật cho tệp tin so với tệp tin chỉ mã hoá đơn thuần.
Từ ý nghĩa thực tiễn quan trọng nêu trên là động lực để tui nghiên cứu đề tài:
“Nghiên cứu phối hợp hai phƣơng pháp nén và mã hoá thông tin”.
Trong luận văn sẽ đề xuất mô hình và giải pháp phối hợp hai phƣơng pháp nén
và mã hoá thông tin: sử dụng các thuật toán nén để nén dữ liệu sau đó dùng phƣơng
pháp mã hoá đối xứng để mã hoá tệp tin sau, cuối cùng là dùng mã khoá khoá bất đối
xứng RSA để mã hoá khoá chung của AES.
Luận văn đƣợc trình bày theo cấu trúc sau:
- Chƣơng 1: trình bày cơ sở toán học đƣợc sử dụng trong quá trình nén và mã
hoá thông tin gồm: các khái niệm, các định lý, định nghĩa và một số thuật
toán cơ bản
- Chƣơng 2: trình bày về các thuật toán mã hoá: AES, RSA và các kỹ thuật
có liên quan đƣợc sử dụng trong quá trình mã hoá.
- Chƣơng 3: trình bày về các phƣơng pháp nén: Fanno, Shanon, Huffman,
Lzw…
- Chƣơng 4: trình bày về hƣớng nghiên cứu phối hợp các phƣơng pháp nén và
mã hoá thông tin. Giải pháp thực hiện và đánh giá mô hình nghiên cứu.
Ngoài ra còn trình bày về quá trình cài đặt chƣơng trình thử nghiệm mô hình
phối hợp bằng ngôn ngữ lập trình C#.Net.
Học viên: Nguyễn Quý Hào
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi7
LỜI CẢM ƠN
tui xin chân thành Thank PGS.TS Trịnh Nhật Tiến, thầy đã trực tiếp hƣớng
dẫn, giúp đỡ tui từ lúc nhận đề tài đến lúc hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
tui xin chân thành Thank tất cả các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ thông
tin - Trƣờng ĐH Công Nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội, những ngƣời đã nhiệt tình giảng
dạy, truyền đạt những kiến thức trong suốt thời gian tui học tập tại trƣờng cũng nhƣ
đóng góp những ý kiến quý báu, những định hƣớng chuẩn mực giúp tui hoàn thành
luận văn này.
Cuối cùng tui xin Thank tất cả các bạn trong lớp đã góp ý, trao đổi hỗ trợ ch
4.3 CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM
4.3.1 Mô tả chung
Theo Hình 4.2 để gửi đi file đã nén và mã hoá ngƣời dùng cần gửi kèm
theo file bản mã của khoá AES đã đƣợc sử dụng để mã hoá tệp tin nén. Khi ngƣời
nhận tệp tin nén cần:
- Dùng khoá bí mật RSA của mình để giải mã khoá AES nhận đƣợc
- Dùng khoá AES để giải mã tệp tin nén
- Giải nén tệp tin
- Ý tƣởng cài đặt chƣơng trình cho qui trình trên nhƣ sau:
Khi mã hoá, chƣơng trình chỉ nhận file bản rõ, khoá AES và khoá RSA là
tham số đầu vào, khoá AES sau khi đƣợc mã hoá bằng thuật toán RSA sẽ đƣợc lƣu ra
một tệp, tệp tin nén sau khi mã hoá sẽ đƣợc lƣu trên một tệp (tệp cuối).
Giải mã, chƣơng trình nhận bản mã của khoá AES, khoá bí mật RSA và tệp
nén làm tham số đầu vào, chƣơng trình sẽ đọc bản mã của khoá AES giải mã để lấy
khoá, sau đó khoá đƣợc sử dụng để giải mã tệp cuối. Tệp sau giải mã đƣợc giải nén để
có tệp tin ban đầu
4.3.2 Ý tƣởng cài đặt
4.3.2.1 Ngôn ngữ lập trình
Ngôn ngữ lập trình C# là một trong những ngôn ngữ lập trình hƣớng đối tƣợng
hiện đại, mạnh mẽ và mềm dẻo. Là ngôn ngữ lập trình đƣợc Microsoft phát triển trên
nền tảng của hai ngôn ngữ lập trình C và C++ do vậy mà nó mang sức mạnh của C++
nhƣng lại đƣợc cho rằng dễ dàng sử dụng nhƣ Visual Basic.
C# cũng là ngô ngữ hƣớng Module. Mã nguồn C# có thể đƣợc viết trong
những phần đƣợc gọi là những lớp, những lớp này chứa các phƣơng thức thành viên
của nó. Những lớp và những phƣơng thức có thể đƣợc sử dụng lại trong ứng dụng hay
các chƣơng trình khác. Bằng cách truyền các mẫu thông tin đếnnhững lớp hay phƣơng
thức chúng ta có thể tạo ra những mã nguồn dùng lại có hiệu quả.
Cũng nhƣ các ngôn ngữ khác trong hệ thống Visual Studio.Net. C#.Net đƣợc
hỗ trợ mạnh bởi hệ thống thƣ viện đồ sộ NetFrameWork của Microsoft.
Đây là lý do tại sao C# đƣợc lựa chọn để cài đặt chƣơng trình Demo cho luận
văn này.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Nhà xuất bản: ĐHCN
Ngày: 2012
Chủ đề: Nén thông tin
Mã hóa thông tin
Kỹ thuật giấu tin
Miêu tả: 100 tr. + CD-ROM + Tóm tắt
Luận văn ThS. Truyền số liệu và Mạng máy tính -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2012
Trình bày cơ sở toán học được sử dụng trong quá trình nén và mã hoá thông tin gồm: các khái niệm, các định lý, định nghĩa và một số thuật toán cơ bản. Tìm hiểu các thuật toán mã hoá: AES, RSA và các kỹ thuật có liên quan được sử dụng trong quá trình mã hoá. Nghiên cứu các phương pháp nén: Fanno, Shanon, Huffman, Lzw … Phân tích hướng nghiên cứu phối hợp các phương pháp nén và mã hoá thông tin. Giải pháp thực hiện và đánh giá mô hình nghiên cứu. Ngoài ra còn trình bày về quá trình cài đặt chương trình thử nghiệm mô hình phối hợp bằng ngôn ngữ lập trình C#.Net
MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC BẢNG......................................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................................................... 5
LỜI MỞ ĐẦU 6
Chương 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN................................................................................... 8
1.1 CÁC ĐỊNH LÝ QUAN TRỌNG ................................................................................... 8
1.1.1 Định lý Euler..................................................................................................................... 8
1.1.2 Định lý Fermat (hệ quả của định lý Euler)....................................................................... 8
1.1.3 Định lý đồng dƣ Trung Quốc........................................................................................... 8
1.1.4 Định lý Bezout.................................................................................................................. 9
1.2 MỘT SỐ THUẬT TOÁN............................................................................................... 9
1.2.1 Thuật toán Euclidean........................................................................................................ 9
1.2.2 Thuật toán Euclidean mở rộng.......................................................................................10
1.2.3 Thuật toán bình phƣơng và nhân....................................................................................11
1.2.4 Thuật toán xác suất kiểm tra số nguyên tố.....................................................................12
1/. Thuật toán Miller – Rabin...............................................................................................12
1.3 KHÁI NIỆM ENTROPY..............................................................................................13
1.3.1 Định nghĩa Entropy.........................................................................................................13
1.3.2 Tính chất của Entropy.....................................................................................................14
Chương 2: PHƢƠNG PHÁP MÃ HOÁ .........................................................................................15
2.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ........................................................................................15
2.1.1 Hệ mã hoá khoá đối xứng...............................................................................................16
2.1.2 Hệ mã hoá khoá phi đối xứng.........................................................................................16
2.1.3 Hệ mã hoá RSA..............................................................................................................17
2.1.3.1 Lịch sử hình thành hệ mã hoá RSA................................................................................17
2.1.3.2 Hệ mã hoá RSA đầu tiên.................................................................................................17
2.1.3.3 Định nghĩa hệ mã hoá RSA............................................................................................18
2.2 CÁC CHUẨN KỸ THUẬT TRONG PKCS...............................................................19
2.2.1 Tổng quan về PKCS và PKCS#1 v2.1 ..........................................................................19
2.2.1.1 PKCS...............................................................................................................................19
2.2.1.2 PKCS#1 v2.1...................................................................................................................19
2.2.2 Các ký hiệu trong PKCS#1 v2.1....................................................................................20
2.2.3 Các kiểu khóa..................................................................................................................21
2.2.3.1 Khóa công khai RSA.......................................................................................................22
2.2.3.2 Khóa bí mật RSA.............................................................................................................22
2.2.4 Cơ sở chuyển đổi dữ liệu I2OSP và OS2IP...................................................................23
2.2.4.1 Chuyển đổi dữ liệu I2OSP..............................................................................................24
2.2.4.2 Chuyển đổi dữ liệu OS2IP..............................................................................................24
2.2.5 Cơ sở của hệ mật mã.......................................................................................................25
2.2.5.1 Cơ sở hệ mã hóa RSAEP................................................................................................25
2.2.5.2 Cơ sở hệ mã hóa – RSADP ............................................................................................26
2.2.6 Lƣợc đô mã hóa..............................................................................................................28
2.2.6.1 Tổng quan về lược đồ mã hóa........................................................................................28
2.2.6.2 Các kỹ thuật hỗ trợ..........................................................................................................28
2.2.6.3 Lược đồ RSAES – OAEP...............................................................................................29
2.2.7 Ý nghĩa của việc áp dụng EME - OAEP trƣớc khi mã hóa RSA.................................34
2.2.8 Vấn đề sinh khóa RSA ...................................................................................................35
2.3 CHUẨN MÃ HÓA DỮ LIỆU TIÊN TIẾN – AES.....................................................37
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi3
2.3.1 Mục đích nghiên cứu chuẩn AES ..................................................................................37
2.3.2 Tổng quan........................................................................................................................38
2.3.3 Các khái niệm cơ sở........................................................................................................38
2.3.3.1 Input, Output, Key...........................................................................................................38
2.3.3.2 Byte..................................................................................................................................38
2.3.3.3 Ma trận trạng thái (State Matrix)...................................................................................39
2.3.3.4 Hộp thay thế S – Box và InvS – Box...............................................................................40
2.3.4 Đặc tả thuật toán..............................................................................................................41
2.3.4.1 Sinh khóa con..................................................................................................................41
2.3.4.2 Hoạt động mã hóa ..........................................................................................................42
2.3.4.3 Hoạt động giải mã..........................................................................................................43
Chương 3: PHƢƠNG PHÁP NÉN DỮ LIỆU................................................................................44
3.1 TỔNG QUAN VỀ NÉN DỮ LIỆU..............................................................................44
3.1.1 Mã nén dữ liệu ................................................................................................................44
3.1.1.1 Nén dữ liệu, bít trung bình..............................................................................................44
3.1.1.2 Mã tổng và mã phân tách................................................................................................46
3.1.2 Định lý Shannon .............................................................................................................47
3.2 MÔ HÌNH THỐNG KÊ ................................................................................................51
3.2.1 Mô hình thống kê tĩnh.....................................................................................................51
3.2.2 Mô hình thống kê động...................................................................................................51
3.2.3 Một số mã nén cơ bản.....................................................................................................52
3.2.3.2 Mã Huffman....................................................................................................................57
3.2.3.3 Lưu đồ giải mã Fanon, Shannon, Huffman ...................................................................60
3.3 MÔ HÌNH TỪ ĐIỂN.....................................................................................................62
3.3.1 Giới thiệu.........................................................................................................................62
3.3.2 Kỹ thuật từ điển...............................................................................................................62
3.3.2.1 Nguyên lý LZ...................................................................................................................62
3.3.2.2 Các thuật toán nén LZ ....................................................................................................66
Chương 4: PHỐI HỢP HAI PHƢƠNG PHÁP NÉN VÀ MÃ HOÁ THÔNG TIN....................80
4.1 MÔ HÌNH PHỐI HỢP HAI PHƢƠNG PHÁP NÉN VÀ MÃ HOÁ THÔNG TIN 80
4.1.1 Về không gian lƣu trữ.....................................................................................................80
4.1.2 Vấn đề an ninh ................................................................................................................81
4.1.3 Vấn đề thời gian xử lý dữ liệu ........................................................................................82
4.2 Mô hình phối hợp hai phƣơng pháp nén và mã hoá dữ liệu..........................................82
4.3 CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM............................................................................86
4.3.1 Mô tả chung ....................................................................................................................86
4.3.2 Ý tƣởng cài đặt................................................................................................................86
4.3.2.1 Ngôn ngữ lập trình..........................................................................................................86
4.3.2.2 Cấu trúc chƣơng trình.....................................................................................................87
4.3.3 Thực hiện.........................................................................................................................92
4.3.4 Đánh giá ..........................................................................................................................94
KẾT LUẬN .........................................................................................................................................98
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................994
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT Tên bảng Trang
1. Bảng 2.1: Thay thế dãy 4 bit sang cơ số 16 40
2. Bảng 2.2: Ma trận trạng thái khởi đầu 40
3. Bảng 3.1: Ví dụ về mã nén Shannon 57
4. Bảng 3.2: Mã hoá các kí tự trong xâu “go go gophers” theo mã
Huffman 60
5. Bảng 3.3: Giải mã bản mã “00111010000” theo lƣu đồ giải mã Hình
3.8 62
6. Bảng 3.4: Quá trình nén xâu “bcabbcbccbababc” theo thuật toán LZ77 68
7. Bảng 3.5: Quá trình giải nén theo thuật toán LZ77bản mã
bca[3,1,b][4,1,b][2,1,c][3,1a][2,2,b][5,1,””] 68
8. Bảng 3.6:
Quá trình nén xâu “ aaabbabaabaaabab” bằng thuật toán LZ78 72
9. Bảng 3.7: Quá trình nén bằng thuật toán LZ78 bản mã
“(0,a)(1,a)(0,b)(3,a)(4,a)(5,a)(4,b)” 73
10. Bảng 3.8: Quá trình nén xâu “aabababaaababb” bằng thuật toán LZW 79
11. Bảng 3.9: Quá trình giải nén bản mã “001352411” theo thuật toán
LZW 80
12. Bảng 4.2: Bảng kết quả thử nghiệm đánh giá về mặt hiệu quả nén 96
13. Bảng 4.2: Bảng kết quả thử nghiệm đánh giá về mặt thời gian 97
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT Tên bảng Trang
1. Hình 2.1: Nguy cơ bị tấn công khi truyền thông tin trên mạng máy tính 16
2. Hình 2.2: Mô hình truyền thông sử dụng hệ mã hoá khoá đối xứng [12] 17
3. Hình 2.3: Mô hình truyền thông sử dụng hệ mã hoá khoá công khai
[12]
18
4. Hình 2.4: Sơ đồ mã hoá EME – OAEP [13] 32
5. Hình 2.5: Tóm lƣợc quy trình xử lý RSAES – OAEP - ENCRYPT 33
6. Hình 2.6: Tóm lƣợc quy trình xử lý RSAES – OAEP – DECRYPT 35
7. Hình 2.7: Sơ đồ kết hợp RSA và AES 38
8. Hình 2.8: Hộp S –Box sử dụng trong quá trình mã hoá AES [14] 41
9. Hình 2.9: Hộp InvS –Box sử dụng trong quá trình mã hoá AES [14] 41
10. Hình 3.1: Quá trình nén dữ liệu 45
11. Hình 3.2: Văn bản tổng 47
12. Hình 3.3: Mã tổng 47
13. Hình 3.4: Mã hoá theo mô hình thống kê động 52
14. Hình 3.5: Giải mã hoá theo mô hình thống kê động 53
15. Hình 3.6: Quá trình tạo mã Fanno 5
16. Hình 3.7: Xây dựng mã Huffman 59
17. Hình 3.8: Lƣu đồ giải mã Fanon, Shanon, Huffman 61
18. Hình 3.9: Lƣợng tin 64
19. Hình 3.10: Quá trình thực hiện nén bằn mã LZ 66
20. Hình 3.11: Sơ đồ nén LZ78 70
21. Hình 3.12: Sơ đồ giải nén thuật toán LZ78 71
22. Hình 3.13: Sơ đồ nén dữ liệu thuật toán LZW 75
23. Hình 3.14: Sơ đồ giải nén dữ liệu thuật toán LZW 78
24. Hình 4.1: Luồng xử lý nén và mã hoá 82
25. Hình 4.2: Mô hình phối hợp hai phƣơng pháp nén và mã hoá thông tin 83
26. Hình 4.3: Nội dung tệp bản rõ 84
27. Hình 4.4: Nén tệp bằng phƣơng pháp LZW 84
28. Hình 4.5: Mã hoá tệp đã nén bằng LZW 85
29. Hình 4.6: Mã hoá tệp bản rõ bằng AES 85
30. HHình 4.7: Nén tệp tin sau khi mã hoá bằng AES 866
LỜI MỞ ĐẦU
Quá trình lƣu trữ và truyền tải thông tin luôn luôn có 2 yếu tổ đƣợc quan tâm
hàng đầu là: tính an toàn bảo mật và kích thƣớc của tệp tin.
Đã có rất nhiều các phần mềm, các chƣơng trình đƣợc viết để giải quyết hai vấn
đề đƣợc đặt ra. Tuy nhiên các phần mềm phần lớn chỉ quan tâm tới một trong hai yếu
tố chỉ nén dữ liệu Winzar, Winzip, 7Zip… hay chỉ mã hoá nhƣ: Enterprise,
TrueCrypt… tuy nhiên nếu chỉ nén dữ liệu kích thƣớc tệp tin đƣợc giảm nhƣng lại
không bảo đảm tính an toàn thông tin. Ngƣợc lại nếu chỉ mã hoá chỉ đảm bảo tính an
toàn nhƣng không giải quyết đƣợc vấn đề giảm dung lƣợng lƣu trữ hơn thế mã hoá tệp
tin lớn tốn nhiều thời gian và băng thông để truyền tải cũng tăng theo.
Trong khi đó nếu phối hợp cả hai quá trình trên sẽ đem lại rất nhiều lợi ích:
giảm dung lƣợng lƣu trữ, giảm băng thông truyền tải, giảm thời gian mã hoá, tăng tính
bảo mật cho tệp tin so với tệp tin chỉ mã hoá đơn thuần.
Từ ý nghĩa thực tiễn quan trọng nêu trên là động lực để tui nghiên cứu đề tài:
“Nghiên cứu phối hợp hai phƣơng pháp nén và mã hoá thông tin”.
Trong luận văn sẽ đề xuất mô hình và giải pháp phối hợp hai phƣơng pháp nén
và mã hoá thông tin: sử dụng các thuật toán nén để nén dữ liệu sau đó dùng phƣơng
pháp mã hoá đối xứng để mã hoá tệp tin sau, cuối cùng là dùng mã khoá khoá bất đối
xứng RSA để mã hoá khoá chung của AES.
Luận văn đƣợc trình bày theo cấu trúc sau:
- Chƣơng 1: trình bày cơ sở toán học đƣợc sử dụng trong quá trình nén và mã
hoá thông tin gồm: các khái niệm, các định lý, định nghĩa và một số thuật
toán cơ bản
- Chƣơng 2: trình bày về các thuật toán mã hoá: AES, RSA và các kỹ thuật
có liên quan đƣợc sử dụng trong quá trình mã hoá.
- Chƣơng 3: trình bày về các phƣơng pháp nén: Fanno, Shanon, Huffman,
Lzw…
- Chƣơng 4: trình bày về hƣớng nghiên cứu phối hợp các phƣơng pháp nén và
mã hoá thông tin. Giải pháp thực hiện và đánh giá mô hình nghiên cứu.
Ngoài ra còn trình bày về quá trình cài đặt chƣơng trình thử nghiệm mô hình
phối hợp bằng ngôn ngữ lập trình C#.Net.
Học viên: Nguyễn Quý Hào
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi7
LỜI CẢM ƠN
tui xin chân thành Thank PGS.TS Trịnh Nhật Tiến, thầy đã trực tiếp hƣớng
dẫn, giúp đỡ tui từ lúc nhận đề tài đến lúc hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
tui xin chân thành Thank tất cả các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ thông
tin - Trƣờng ĐH Công Nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội, những ngƣời đã nhiệt tình giảng
dạy, truyền đạt những kiến thức trong suốt thời gian tui học tập tại trƣờng cũng nhƣ
đóng góp những ý kiến quý báu, những định hƣớng chuẩn mực giúp tui hoàn thành
luận văn này.
Cuối cùng tui xin Thank tất cả các bạn trong lớp đã góp ý, trao đổi hỗ trợ ch
4.3 CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM
4.3.1 Mô tả chung
Theo Hình 4.2 để gửi đi file đã nén và mã hoá ngƣời dùng cần gửi kèm
theo file bản mã của khoá AES đã đƣợc sử dụng để mã hoá tệp tin nén. Khi ngƣời
nhận tệp tin nén cần:
- Dùng khoá bí mật RSA của mình để giải mã khoá AES nhận đƣợc
- Dùng khoá AES để giải mã tệp tin nén
- Giải nén tệp tin
- Ý tƣởng cài đặt chƣơng trình cho qui trình trên nhƣ sau:
Khi mã hoá, chƣơng trình chỉ nhận file bản rõ, khoá AES và khoá RSA là
tham số đầu vào, khoá AES sau khi đƣợc mã hoá bằng thuật toán RSA sẽ đƣợc lƣu ra
một tệp, tệp tin nén sau khi mã hoá sẽ đƣợc lƣu trên một tệp (tệp cuối).
Giải mã, chƣơng trình nhận bản mã của khoá AES, khoá bí mật RSA và tệp
nén làm tham số đầu vào, chƣơng trình sẽ đọc bản mã của khoá AES giải mã để lấy
khoá, sau đó khoá đƣợc sử dụng để giải mã tệp cuối. Tệp sau giải mã đƣợc giải nén để
có tệp tin ban đầu
4.3.2 Ý tƣởng cài đặt
4.3.2.1 Ngôn ngữ lập trình
Ngôn ngữ lập trình C# là một trong những ngôn ngữ lập trình hƣớng đối tƣợng
hiện đại, mạnh mẽ và mềm dẻo. Là ngôn ngữ lập trình đƣợc Microsoft phát triển trên
nền tảng của hai ngôn ngữ lập trình C và C++ do vậy mà nó mang sức mạnh của C++
nhƣng lại đƣợc cho rằng dễ dàng sử dụng nhƣ Visual Basic.
C# cũng là ngô ngữ hƣớng Module. Mã nguồn C# có thể đƣợc viết trong
những phần đƣợc gọi là những lớp, những lớp này chứa các phƣơng thức thành viên
của nó. Những lớp và những phƣơng thức có thể đƣợc sử dụng lại trong ứng dụng hay
các chƣơng trình khác. Bằng cách truyền các mẫu thông tin đếnnhững lớp hay phƣơng
thức chúng ta có thể tạo ra những mã nguồn dùng lại có hiệu quả.
Cũng nhƣ các ngôn ngữ khác trong hệ thống Visual Studio.Net. C#.Net đƣợc
hỗ trợ mạnh bởi hệ thống thƣ viện đồ sộ NetFrameWork của Microsoft.
Đây là lý do tại sao C# đƣợc lựa chọn để cài đặt chƣơng trình Demo cho luận
văn này.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Tags: hệ mã rsa.DOC, lập trình LZW code
Last edited by a moderator: