Tìm hiểu về mã hóa – P1

Mình đã đọc và tham khảo khá là nhiều bài về mã hóa, nhưng mà đa số đều viết khá hàn lâm và rất khó hiểu. Hiểu đơn giản thì mã hóa là kỹ thuật nhằm bảo mật dữ liệu, chỉ ai có chìa khóa thì mới đọc được nội dung.

Gián điệp, tình báo sử dụng mã hóa để gửi thông tin bí mật, các tướng lĩnh chỉ huy quân đội gửi nội dung mã hóa để hợp đồng tác chiến giữa các đơn vị quân, thông tin chuyển đến cần phải chính xác, nhanh nhất nhưng vẫn phải đảm bảo an toàn đến chiến trường.

Các hệ thống mã hóa cũng xuất hiện trong mọi hầu hết các lĩnh vực liên quan đến công nghệ và ngay cả trong cuộc sống. Ví dụ như khi bạn đang muốn tỏ tình với một cô bạn đồng nghiệp trong công ty, có một cơ số người nhiều chuyện có thể nhìn thấy bức thư đó trước cả cô gái bạn thích. Điều trớ trêu là ngay cả khi bạn gửi bức thư thành công cho cô gái, nhưng nếu nội dung đó ai cũng có thể đọc được thì “lời muốn nói” đó vẫn có khả năng sẽ bị những người khác bới móc lại mà đọc, và ĐÙNG ! hôm sau bạn sẽ trở nên NỔI TIẾNG. Chính vì thế, để việc tỏ tình diễn ra an toàn và bí mật, bạn mã hóa bức thư tỏ tình theo cách mà chỉ có bạn và cô gái kia hiểu, những người khác nhìn vào chỉ thấy một đống kí tự loằng ngoằng rối rắm.

Mã hóa đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống, tuy nhiên phải đến chiến tranh Thế Giới lần thứ 2 thì tính phức tạp của công nghệ mã hóa và tầm quan trọng của mật mã mới được thể hiện một cách rõ nét, nhiều hệ thống mã hóa của 2 bên phe Đồng Minh và phe Phát Xít đã được hình thành và phát triển trong giai đoạn này. Về cơ bản các hệ thống mã hóa trong giai đoạn này đều tuân theo mã hóa đối xứng, nghĩa là cơ chế mã hóa và giải mã đều dùng chung một chìa khóa “key”.

Cơ chế hoạt động chung của mã hóa dạng đối xứng sẽ diễn ra như bên dưới:

Mã hóa đối xứng

Phe đồng minh có hệ thống mã hóa SIGSALY một hệ thống có thể trộn lẫn lung tung giọng nói theo thời gian thực. Khóa của hệ thống là các bản ghi giống hệt nhau (tiếng ồn) và được trộn cùng với đoạn hội thoại gốc trước khi được gửi đi. Tín hiệu âm thanh này sẽ gửi đến trạm SIGSALY là nơi sẽ giải mã đoạn âm thanh này và làm các quy trình ngược lại như trên để bóc tách ra được đoạn âm thanh gốc. Sau mỗi cuộc hội thoại các bản ghi này sẽ tự động hủy và mỗi đoạn hội thoại trước khi truyền đi đều có một bộ khóa khác nhau (random các giá trị từ 0 đến 5) nên khiến đối phương rất khó giải mã ngay được.

Hệ thống mã hóa giọng nói

Phe Phát Xít có hệ thống mã hóa ENIGMA : Tương tự với hệ thống mã hóa của phe Đồng Minh, phe Phát Xít cũng có hệ thống mã hóa của riêng mình, thay vì mã hóa âm thanh như của phe Đồng Minh, hệ thống Enigma của phe Phát Xít có nhiệm vụ mã hóa các đoạn văn bản trước khi được truyền đi.

Enigma được coi là thứ vũ khí tối thượng của quân Phát xít Đức trong thế chiến thứ 2. Tất cả các tin điện báo trong chiến tranh đều có thể bị nghe lén bằng một thiết bị thu sóng đơn giản, và tất cả bí mật quân sự có thể bị lộ ra ngoài. Tuy nhiên với cỗ máy Enigma, mặc dù quân Đồng Minh lấy cắp được các thông tin liên lạc nhưng tất cả đều vô nghĩa vì chúng đã được mã hóa trước khi gửi đi. Chỉ khi đưa những câu vô nghĩa này vào một cỗ máy Enigma khác thì mới ra một văn bản hoàn chỉnh.

Enigma có một bàn phím cứng, các loại cáp kết nối và bảng cắm tương tự như bảng chuyển mạch của điện thoại, các bánh xoay và một bảng mạch xuất. Khi nhấn vào một phím, hệ thống này sẽ khởi động một cơ chế và sinh ra các ký tự khác nhau lần lượt xuất hiện trên bảng mạch. Ví dụ bạn nhấn phím C, hệ thống sẽ sinh ra ký tự D, tuy nhiên bạn ấn phím C lần nữa máy sẽ hiển thị ra ký tự khác, ví dụ ký tự F chứ không ra ký tự D như ban đầu.

Đó không phải cỗ máy mã hóa đầu tiên trên thế giới, nhưng là cỗ máy hoàn thiện nhất thế giới. Nó có khả năng tạo ra 159 triệu triệu triệu khả năng khác nhau. Mà nếu có một đội giải mã 10 người làm việc theo cách truyền thống tức là thử từng khả năng một 24/7, thì phải mất 20 triệu năm để thử hết các khả năng đó. Chưa kể cứ sau nửa đêm, tất cả các cỗ máy Enigma được thông báo thay đổi cấu trúc và tạo thành 159 triệu triệu triệu khả năng hoàn toàn khác.

Enigma là một cỗ máy vô địch, người Đức tự tin như vậy. Nhưng Turing – nhà bác học người Anh là người đã giải mã được cỗ máy vô địch đó vơi triết lý “Chỉ có một cỗ máy mới có thể đánh bại một cỗ máy khác”. Ông tạo ra một cỗ máy khác để có thể đánh bại Enigma.

Hệ thống giải mã của Alan Turing

Cỗ máy của Turing hoàn thiện hơn nhờ vào việc không sử dụng những từ khóa nhất định, mà dựa theo thói quen và cách dùng từ của người Đức. Ông phát hiện ra rằng từ khóa thường lặp lại trong một điện tín dự báo thời tiết buổi sáng của Đức, đó chính là từ “Hitler” và cỗ máy Turing đã đánh bại Enigma chính nhờ thuật toán hợp lý của ông. Tuy nhiên hệ thống giải mã của Alan Turing vẫn không thể giải được 3 bức điện mật được gửi từ hồi năm 1942 và đã bó tay từ đó cho đến… hết năm 2005 mới giải được mật mã này với sự hỗ trợ của siêu máy tính có tên gọi M4.

Link tham khảo về bài báo: http://news.bbc.co.uk/2/hi/technology/4808882.stm

Tham khảo SIGSALY: http://www.jproc.ca/crypto/sigsaly1.html

ENIGMA: https://vi.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1y_Enigma

Movies The Imitation Gamehttp://www.imdb.com/title/tt2084970/