บทที่ 5 การเข้ารหัสและการถอดรหัสข้อมูล พื้นฐานการเข้ารหัสข้อมูล

1. Plain Text Plain Text Cipher Text การเข้ารหัส Encryption การถอดรหัส Decryption กุญแจเข้ารหัส Encryption Key กุญแจถอดรหัส Encryption Key • บทที่ 5 การเข้ารหัสและการถอดรหัสข้อมูล • พื้นฐานการเข้ารหัสข้อมูล • Cryptography หมายถึงศาสตร์การรักษาความลับข้อของความด้วยวิธีการเข้ารหัส (Encryption) • การเข้ารหัส (Encryption)เป็นกรรมวิธีที่ใช้แปลงข้อมูลธรรมดาที่เราสามารถอ่านได้ให้อยู่ในรูปสุ่มที่ไม่สามารถอ่านได้ Computer Security

2. Plain Text : ข้อมูลที่สามารถอ่านได้เรียกอีกอย่างว่า Clear Text • Cipher Text : ข้อมูลที่ถูกเข้ารหัสเอาไว้ไม่สามารถอ่านได้ • Encryption : ขบวนการเข้ารหัสข้อมูลโดยอาศัย Encryption Key ทำให้ Plain Text เปลี่ยนเป็น Cipher Text เพื่อไม่ให้อ่านข้อมูลได้ ดังนั้นหากผู้ส่งข้อมูลทำการเข้ารหัสข้อมูลเพื่อทำให้เป็น Cipher Text แล้วถึงส่งข้อมูลไปให้ฝั่งรับ ถึงแม้มีการขโมยข้อมูล ผู้ที่ขโมยข้อมูลก็ไม่สามารถอ่านข้อมูลได้ • Decryption : ขบวนการถอดรหัสข้อมูลโดยอาศัย Decryption Key ทำการแปลง Cipher Text กลับมาเป็น Plain Text ที่สามารถอ่านได้ Computer Security

3. รูปแบบวิธีการเข้ารหัสข้อมูลรูปแบบวิธีการเข้ารหัสข้อมูล • Caesar Substitution Ciphers • Monoalphabetic Substitution Ciphers • Transposition Ciphers • Secret Key Encryption • Public Key Encryption • DES : Data Encryption Standard • RSA Computer Security

4. Caesar Substitution Ciphers • เป็นการแทนค่าแต่ละตัวอักษรด้วยสัญลักษณ์เพียงตัวเดียว เป็นวิธีทีง่ายที่สุด ใช้มาตั้งแต่สมัยจูเลียส ซีซาร์ ในการเข้ารหัสเนื้อความจดหมายส่งไปให้ทัพทหารระหว่างการรบ • ตัวอย่าง ใช้ความสัมพันธ์ของอักษรในภาษาอังกฤษ 26 ตัว โดยที่ ตัวอักษรใน Cipher Text จะได้จาก Plain Text + ไปยัง 3 ลำดับของตัวอักษรในภาษาอังกฤษ ในทางกลับกัน Plain Text จะเท่ากับ Cipher Text - ไปยัง 3 ลำดับของตัวอักษรในภาษาอังกฤษ • Plain Text : a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z • Cipher Text : d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z a b c • เช่น Love You ---> 0ryh brx Computer Security

5. วิธีนี้เมื่อมีการขโมย Cipher Text สามารถถอดได้ไม่ยากนัก เนื่องจากมีคำตอบที่เป็นไปทั้งหมด 25 คำตอบ • โดยทดสอบการแทนที่ตัวอักษรไปเรื่อยๆ ก็จะเจอข้อความที่สามารถอ่านได้ • การถอดรหัสข้อมูล0ryh brx • ลำดับตัวอักษร a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z • เลื่อนกลับ 1 ตำแหน่ง : nqxq aqw • เลื่อนกลับ 2 ตำแหน่ง : mpwf zpv • เลื่อนกลับ 3 ตำแหน่ง : love you  จะเจอคำที่สามารถอ่านได้ Computer Security

6. Monoalphabetic Substitution Ciphers • เป็นการแทนค่าแต่ละตัวอักษรด้วยสัญลักษณ์เพียงตัวเดียวเช่นกัน แต่เป็นอย่างอิสระหรือไม่มีเหตุผลว่าทำไมต้องเป็นแบบนี้ • ตัวอย่าง มีการกำหนดตัวอักษรในการเข้ารหัสแทนที่ ตามแป้น • Plain Text : a b c d e f g h I j k L m n o p q r s t u v w x y z • Cipher Text : q w e r t y u I o p a s d f g h j k l z x c v b n m • เช่น Love You ---> sgct ngx • ในการเข้ารหัสข้อมูลและถอดรหัสข้อมูลทั้งสองฝ่ายจะต้องมี ตารางที่ใช้สำหรับการแทนที่ตัวอักษร และจะต้องเก็บตารางดังกล่าวไว้เป็นอย่างดี Computer Security

7. แบบนี้เมื่อมีการขโมย Cipher Text สามารถถอดได้ยากกว่าแบบแรก เนื่องจากแต่ละตัวมีอักษรที่จะสามารถเป็นไปได้ 26 ตัวอักษรดังนั้นคำตอบที่จะเป็นไปได้ทั้งหมดมี 26! ถ้าการถอดรหัสทำได้โดยใช้อักษรแทนลงที่ละตัวต้องใช้เวลานานมากกว่าจะถอดได้ • วิธีถอดรหัสอีกวิธีหนึ่งคืออาศัยสถิติความถี่ของตัวอักษรมาช่วย • จากสถิติตัวอักษรที่พบบ่อย เรียงจากมาก --> น้อย คือ Computer Security หากเราแทนตัวอักษรตัวที่มี จำนวนมากที่สุดด้วย e และแทน ตัวถัดไปด้วย t แล้วพบเจอรูป ประโยค tYe จะได้ Y คือ h ตัวอักษร 1 ตัว : e, t, o, a, n, I ตัวอักษร 2 ตัว : th, in, er, re, an ตัวอักษร 3 ตัว : the, ing, and, ion

8. T H I S I T S S O 1 S A M E S H A A R 2 S A G E F I M G Y 3 O R Y O U S E E O 4 I S F U 5 1 2 3 4 5 Transposition Ciphers • แบบไม่ใช้ Key: ไม่มีการสลับลำดับของหลัก • ตัวอย่างPlain Text : this is a message for you และใช้ 5 หลัก Computer Security Transposition : เปลี่ยนแถวในเป็นหลักเปลี่ยนหลักให้เป็นแถว Cipher Text : TSSOHAARIMGYSEEOISFU

9. M E G A B U C K 7 4 5 1 2 8 3 6 T H I S I S A M E S S A G E F O R Y O U A B C D Transposition Ciphers • แบบใช้ Key ช่วย :มีการจัดลำดับหลักตาม key เช่น MEGABUCK • ตัวอย่างPlain Text : this is a message for you กำหนด Key ขึ้นมาจะได้จำนวนหลักทั้งหมดและเรียงลำดับหลักตาม Key Computer Security กรณีจำนวนตัวอักษรข้อความไม่พอ ให้กำหนดเป็นa b c … แทน Cipher Text : SAUIGAAFCHSYISOMODTER

10. การถอดรหัส • Cipher Text : SAUIGAAFCHSYISOMODTER • Plain Text : คืออะไร ... ทำเป็นการบ้าน ? Computer Security • วิธีนี้เมื่อมีการขโมย Cipher Text จะถอดรหัสได้ยากเนื่องจาก ต้องทำการเดาจำนวนหลักทั้งหมดที่ใช้ และ ลำดับในการเรียงหลักดังกล่าวด้วย

11. Plain Text Plain Text Cipher Text เข้ารหัส Encryption ถอดรหัส Decryption กุญแจเข้ารหัส Encryption Key กุญแจถอดรหัส Encryption Key เทคโนโลยีการเข้ารหัส Computer Security • กรณีที่ Encryption Key = Decryption Key เราเรียกขบวนการเข้ารหัสถอดรหัสนี้ว่า Symmetric-Key Encryption เช่น การเข้ารหัสแบบ Secret Key Encryption • กรณีที่ Encryption Key ไม่เท่ากับ Decryption Key เราเรียกว่าขบวนการเข้ารหัสถอดรหัสนี้ว่า Asymmetric-Key Encryption เช่น การเข้ารหัสแบบ Public Key Encryption

12. Plain Text Plain Text Cipher Text การเข้ารหัส Encryption การถอดรหัส Decryption กุญแจรหัส Secret Key การเข้ารหัสแบบ Secret Key Encryption Computer Security • การเข้ารหัสแบบนี้จะอาศัยกุญแจเข้ารหัสเพียงอันเดียวในการเข้ารหัสและถอดรหัสข้อมูล ซึ่งทั้งผู้รับและผู้ส่งข้อความจะใช้คีย์เดียวกัน ดังนั้นกุญแจดังกล่าวจึงต้องเก็บเป็นความลับ • วิธีนี้มีข้อเสียที่ทั้งสองฝ่ายต้องใช้รหัสลับร่วมกัน ดังนั้นถ้ามีการติดต่อระหว่างคน n คน จะต้องใช้คีย์เดียวกันหมด ทำให้แต่ละคนสามารถอ่านข้อความของกันได้

13. Plain Text Plain Text Cipher Text การเข้ารหัส Encryption การถอดรหัส Decryption กุญแจ Public Key กุญแจSecret Key การเข้ารหัสแบบ Public Key Encryption Computer Security • กุญแจ Public Key สามารถแจกจ่ายให้ผู้อื่นที่อยู่ในระบบได้และถูกใช้ในการเข้ารหัสข้อมูล • กุญแจ Secret Key จะถูกเก็บไว้เป็นความลับเพื่อใช้ในการถอดรหัสข้อมูล

14. A B PK SK PK:B PK:C PK SK PK:A C PK SK PK:B PK:A PK:C Computer Security • การเข้ารหัสแบบนี้จะอาศัยคู่ของกุญแจPublic Key - Secret Key ใช้ในการเข้ารหัสและถอดรหัสข้อมูล ผู้ใช้แต่ละคนควรมีกุญแจ Public Key - Secret Key คนละคู่

15. A B PK SK PK:B PK SK PK:A Plain Text ที่ต้องการส่ง ให้ B PK:B การเข้ารหัส Encryption Cipher Text • ในการส่งข้อมูลจาก A ไปหา B นั้น ข้อมูลที่ต้องการส่งจะผ่านขบวนการเข้ารหัสข้อมูลโดยใช้ Public key ของB จะได้ Cipher Text ส่งไปยัง B Computer Security

16. เมื่อข้อมูล Cipher ส่งมาถึง B แล้ว จะผ่านขบวนการถอดรหัสข้อมูลโดยใช้ Secret key ของB จะได้ Plain Text ที่ A ต้องการส่งถึง B A B Computer Security PK SK PK:B PK SK PK:A Plain Text ที่ต้องการส่ง ให้ B SK:B Cipher Text การถอดรหัส Decryption

17. วิธีนี้สามารถใช้ในการยืนยันตัวบุคคล (Authentication)ได้ด้วย เป็นการตรวจสอบว่าบุคคลที่ส่งมานั้นเป็นผู้ส่งคนนั้นจริง ทำได้โดยให้ผู้ส่งส่งข้อมูลโดยใช้ Secret key ของผู้ส่งเอง ซึ่งจะมีผู้ส่งเพียงคนเดียวเท่านั้นที่ทราบ Secret key ดังกล่าว และเมื่อข้อมูลดังกล่าวส่งมาถึงผู้รับ ผู้รับจะใช้ Public key ของผู้ส่งในการถอดรหัสเพื่ออ่านข้อความ ถ้าสามารถเปิดอ่านได้แสดงว่าเป็นผู้ส่งคนนั้นจริงๆ • โดยสรุปแล้วแบบ Public Key มีประโยชน์ 2 ทางคือ • 1. เพื่อใช้ในการรักษาความลับของข้อมูล • 2. เพื่อตรวจสอบยืนยันตัวบุคคล (Authentication) Computer Security

18. มาตรฐานการเข้ารหัสข้อมูล DES • DES : Data Encryption Standard คือ อัลกอริทึมของการเข้ารหัสข้อมูลแบบ Private key ที่นำมาใช้เป็นมาตรฐานในการป้องกันข้อมูลที่สำคัญ นิยมใช้ในวงการค้าและข้อมูลการเงิน • คุณสมบัติโดยทั่วไปคือ • 1. ใช้คีย์ 56 บิต • 2. เป็นการเข้ารหัสแบบSymmetric Key • 3. ถูกออกแบบให้ทำงานบนฮาร์ดแวร์ • 4. ใช้จัดการกับ Plain Text 64 bit ---> Cipher Text 64 bit Computer Security

19. DES : Data Encryption Standard Key 56 bit Plain text 64 bit Transposition : Plain text 64 bit เข้ารหัส Fiestel Cipher 16 รอบ แปลงเป็น 48 bit Computer Security สลับ 32 bit ทางซ้าย ให้เป็นทางขวา สลับ 32 bit ทางขวา ให้เป็นทางซ้าย Inverse Transposition 64 bit Cipher text 64 bit

20. การแปลง Key 56 bit --> 48 bit • Transposition 56 bit เพื่อเป็น Key • แบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนละ 28 bit • ทำการ Rotate ทางซ้าย ตามครั้งที่ Iteration (1,2,..16) • Transposition • ทำการเลือก 48 บิตขึ้นมาเป็น Key จาก 56 บิต Computer Security

21. การเข้ารหัส Fiestel Cipher 32 bit ทางซ้าย Key 48 bit 32 bit ทางขวา Function Computer Security XOR Output 32 bit ทางซ้าย Output 32 bit ทางขวา

22. Function มี 4 step • หา E 48 bit โดยใช้ทำ Transposition 32 bit ของกลุ่มทางขวาและ Duplication rule เพื่อให้มีขนาด 48 bit • นำ E มา Xor กับ Key 48 bit • แบ่งเป็น 6 bit จำนวน 8 กลุ่ม • นำ 6 bit ผ่าน S box ได้ 4 บิต รวมเป็น 32 บิต Computer Security

23. P1 P2 Pk Encrypt Encrypt Encrypt C1 C2 Ck • การนำ DES ไปใช้งาน มีมาตรฐานที่นิยมใช้กับอยู่ 3 ลักษณะ • 1. ECB Mode : Electronic Code Book • เนื่องจาก DES ใช้กับPlain Text 64 bit ---> Cipher Text 64 bit หากมีข้อมูลที่ต้องการเข้ารหัสเกินกว่า 64 บิต จะต้องทำการแบ่งเป็นส่วนๆ ส่วนละ 64 บิต แล้วทำการเข้ารหัส Computer Security

24. C1 C2 Ck Decrypt Decrypt Decrypt P1 P2 Pk • ในการถอดรหัสข้อมูลก็ต้องทำการถอดรหัสที่ละ 64 บิตเช่นกัน นั้นคือ เอา Cipher Text 64 bit ของแต่ละกลุ่ม มาผ่านการ Decryption จะได้เป็น Plain Text 64 bit ของแต่ละกลุ่ม Computer Security

25. P1 P2 P3 Encrypt Encrypt Encrypt Random Key 64 bit C1 C2 C3 • 2. CBC Mode : Cipher Block Chaining • จะต้องทำการแบ่งข้อมูลที่ต้องการเข้ารหัส เป็นส่วนๆ ส่วนละ 64 บิต ในครั้งแรกจะมีการ Random Key 64 bit เพื่อนำมาใช้ในการ XOR กับ Plain Text 64 bit กลุ่มแรก แล้วถึงผ่านขบวนการเข้ารหัสข้อมูล จะได้ Cipher Text 64 bit ในชุดแรกออกมา • และเอา Cipher Text 64 bit ที่ได้ในชุดแรก มาเป็น Key ในกลุ่มถัดไป Computer Security

26. C1 C2 C3 Decrypt Decrypt Decrypt Random Key 64 bit P1 P2 P3 • ในการถอดรหัสจะนำ Cipher Text 64 bit มาผ่านขบวนการถอดรหัส และผลลัพธ์ที่ได้จะนำมา XOR กับ Key 64 bit จะได้เป็น Plain Text 64 bit ออกมา • ในการถอดรหัสจะใช้ Cipher Text ของชุดที่แล้วมาเป็น Key ยกเว้นในรอบแรก จะใช้ Random Key Computer Security