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Criptografia Assinaturas Digitais Certificados Digitais

Prof essor Edgard Jamhour. Criptografia Assinaturas Digitais Certificados Digitais. Criptografia e Descriptografia. CRIPTOGRAFIA. Texto Fechado (Ciphertext). Texto Aberto (PlainText). DECRIPTOGRAFIA. N = 4. Sistema de Criptografia Simples. Caesar Cipher: usado por Julius Caesar

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  1. Professor Edgard Jamhour CriptografiaAssinaturas DigitaisCertificados Digitais

  2. Criptografia e Descriptografia CRIPTOGRAFIA Texto Fechado (Ciphertext) Texto Aberto (PlainText) DECRIPTOGRAFIA

  3. N = 4 Sistema de Criptografia Simples • Caesar Cipher: usado por Julius Caesar • Substituição de letras pelas letras deslocadas de N. 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 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 N = 3 Nada de novo no front. Qdgd gh qryr qr iurqw. Rehe hi rszs rs jvstx.

  4. Espaço das Chaves (KeySpace) • Uma chave é um valor específico do espaço de chaves (keyspace). • No exemplo anterior: • Keyspace = 25 • N = 3, é a chave específica. • Algoritmos modernos: • Chaves binárias: 128, 256, 1024, 2048 bits • Tipos de Criptografia: • Simétrico: Keyspace  2tamanho da chave • Assimétrico: Keyspace  2tamanho da chave

  5. Quebra de Criptografia • A quebra da criptografia utilizando força bruta é inviável para espaço de chaves acima de 2128 • Exemplo: • Keyspace=264 • Computador: Deep Crack • 90 bilhões de chaves por segundo • Tempo para encontrar uma chave: 4 dias e meio • Keyspace = 2128 • Computador = 1 trilhão de chaves por segundo • Tempo para testar todas as chaves: • 10 milhões de trilhões de anos.

  6. Criptografia Simétrica e Assimétrica • Dois sistemas de criptografia são usados atualmente: • sistemas de chave secreta (secret-key) • Também denominados simétricos • Trabalha com uma única chave, denominada SECRETA. • sistemas de chave pública (public-key) • Também denominado assimétrico • Trabalho com um par de chaves • CHAVE PÚBLICA • CHAVE PRIVADA

  7. Chave Secreta (Criptografia Simétrica) Algoritmo de Decriptografia Algoritmo de Criptografia Texto Simples(plaintext) Texto Codificado(ciphertext) Texto Simples (plaintext) = Chave Secreta Chave Secreta

  8. DES – Data Encryption Standard • Um dos algoritmo de chave secreta mais difundido é o DES. • Originalmente Desenvolvido pela IBM. • Este algoritmo é padronizado pela ANSI, e foi adotado como algoritmo oficial pelo governo americano. • DES criptografia blocos de 64 bits com chaves de 56 bits. • DES utiliza técnicas baseadas em permutação sucessiva de bits. • O algoritmo é considerado obsoleto: • 1998: DES-cracker da Electronic Frontier Foundation (EFF), ao custo de US$250.000, quebrou o algoritmo em 2 dias. • 2008: COPACOBANA RIVYERA (128 Spartan-3 5000's), ao custo de US$10.000, quebrou o algoritmo em menos de um dia.

  9. DES - Estrutura • Uma permutação inicial (IP) • 16 rounds de processamento (função de Feistel –F) • Uma permutação final (FP)

  10. Função de Feistel • Opera em meio bloco (32 bits) de cada vez. É composto de 4 operações: • Expansion : transforma o bloco de 32 bits em 48 duplicando alguns bits. • Key mixing — combina o resultado com uma sub-chave de 48 bits. • Substitution — divide o bloco em partes de 6-bits e aplica o (S-Boxes) substitution boxes. • Cada um dos 8 S-boxes substitui uma parte de 6 bits por outra de 4 bits através de uma operação tabelada. • Permutation — efetua uma permutação nos 32 bits para espalhar os bits de cada S-box em pelo menos 4 S-boxes differences para o próximo round.

  11. Modos de Operação • O DES possui vários modos de operação, dependendo da maneira como os blocos de 64 bits de uma mesma mensagem são criptografados. • Alguns exemplos são: • ECB: Electronic Codebook Mode • CBC: Cipher Block Chaining

  12. MODO ECB • O Modo ECB divide a mensagem em blocos de 64 bits, e criptografa cada bloco de maneira independente. DADOS BLOCO 64 bits BLOCO 64 bits BLOCO 64 bits CRIPTOGRAFIA CRIPTOGRAFIA CRIPTOGRAFIA BLOCO 64 bits (cipher text) BLOCO 64 bits (cipher text) BLOCO 64 bits (cipher text)

  13. MODO CBC • O Metodo CBC torna a criptografia de um bloco dependente do bloco anterior. DADOS BLOCO 64 bits BLOCO 64 bits BLOCO 64 bits XOR XOR CRIPTOGRAFIA BLOCO 64 bits (cipher text) CRIPTOGRAFIA CRIPTOGRAFIA BLOCO 64 bits (cipher text) BLOCO 64 bits (cipher text)

  14. Chave Pública = CRIPTOGRAFIA ASSIMÉTRICA • Sistema de Criptografia Assimétrico • Utiliza um par de chaves. • Uma chave publica para criptografar a mensagem. • Uma chave privada para decriptografar a mensagem. • A chave pública não é secreta. • A chave privada é secreta. • A chave pública deve ser distribuída para os usuário que desejarem enviar uma mensagem com segurança.

  15. Chave Pública (Criptografia Assimétrica) Algoritmo de Criptografia Algoritmo de Descriptografia Texto Simples(plaintext) Texto Codificado(ciphertext) Texto Simples (plaintext)  Chave Pública Chave Privada

  16. RSA (Rivest, Shamir, Adleman) • Sejam p, qe e números primos (> 512 bits). Calcula-se: • n = p.q e ed = 1 mod (p-1)(q-1) • As chaves são definidas da seguinte maneira: • Chave pública: (n,e) e Chave privada: d • Para criptografar uma mensagem “m” efetua-se a operação: • s = me mod n • Para decriptografar, efetua-se a operação: • m = sd mod n

  17. RSA Algorithm Example • Escolher p = 3 e q = 11 • Calcular n = p * q = 3 * 11 = 33 • Calcular φ(n) = (p - 1) * (q - 1) = 2 * 10 = 20 • Escolher e tal que 1 < e < φ(n) e e e n são coprimos. Seja e = 7 • Calcular o valor de d tal que (d * e) % φ(n) = 1. Uma solução possível é d = 3 [(3 * 7) % 20 = 1] • A chave pública é (e, n) => (7, 33) • A chave privada é (d, n) => (3, 33) • A criptografia de m = 2 é c = 27 % 33 = 29 • A descriptografia de c = 29 é m = 293 % 33 = 2

  18. RSA • O algoritmo RSA é muito mais lento que o DES, pois os cálculos efetuados são complexos. • Por utilizar números primos, o RSA precisa de chaves muito grandes para reproduzir o mesmo grau de segurança do DES. • As chaves em RSA são em geral da ordem de 1024 bits.

  19. Assinatura Digital com Chave Pública • Permite ao receptor verificar a integridade da mensagem: • O conteúdo não foi alterado durante a transmissão. • O transmissor é quem ele diz ser. Algoritmo de assinatura digital Mensagem isto é segredo Assinatura digital Chave privada

  20. Algoritmo de Hashing Algoritmo de Cripografia ASSINATURA DIGITAL DIGEST F18901B MENSAGEM ASSINATURA Mensagem com Assinatura Digital ABFC01FE012A02C897CD012DF41 aberta criptografada Implementação da Assinatura Digital ABFC01FE012A02C897CD012DF41

  21. xxxx yyyy zzzz Algoritmo de Hashing Algoritmo de Hashing COMPARAÇÃO Assinatura Digital DIGEST 1B2A37... Criptografia com chave privada Descriptografia com chave pública Geração e Validação das Assinaturas RECEPTOR TRANSMISSOR xxxx yyyy zzzz DIGEST Rede Assinatura Digital DIGEST

  22. MENSAGEM ASSINATURA DIGITAL CHAVE PÚBLICA DE A Verificação da Integridade da Mensagem Transmissor (A) Receptor (B) CHAVE PRIVADA DE A O receptor precisa ter a chave pública do transmissor para verificar a assinatura.

  23. Chave pública (e.g., Banco do Brasil) www.bancodobrasil.com.br Banco do Brasil S.A. Brasilia, DF, Brasil www.verisign.com Verisign, Inc. Autoridade Certificadora Autoridade Certificadora (Verisign, Certisign, Etc.) C.A. (Certification Authority) CHAVE PRIVADA Certificado X509 Assinatura Digital I.D. do Proprietário I.D. da CA

  24. Nomenclatura X509 • Um certificado X509 é emitido para um distinguished name.

  25. VERISIGN: www.verisign.com I.D. da Autoridade Certificadora Assinatura Eletrônica I.D. do Proprietário Off-line On-line Estratégias de Certificação • O software que recebe o certificado (por exemplo, o browser) deve possuir a chave pública da autoridade certificadora. Base de chaves www.bancodobrasil.com.br

  26. PKI (Public Key Infrastructure) • O termo PKI (Infraestrutura de chave pública) é utilizado para descrever o conjunto de elementos necessários para implementar um mecanismo de certificação por chave pública. CA (Autoridade Certificadora) certificados certificados EMPRESA B EMPRESA A

  27. Como a criptografia pode ser implementada? Aplicações Seqüência de empacotamento Protolco de Aplicação FTP, SMTP, HTTP, Telnet, SNM, etc. aplicação TCP, UDP transporte IP rede Data Link Ethernet, Token Ring, FDDI, etc enlace Tecnologia heterogênea Física física

  28. SSL • SSL: Secure Sockets Layer HTTP POP TELNET HTTPs POPs TELNETs 80 110 23 443 995 992 Sockets SSL TCP/IP

  29. Exemplo: HTTPS SERVIDOR CLIENTE SOCKS SOCKS HTTP >1023 80 SSL SSL HTTPS >1023 443 X Recurso Protegido Recurso Não Protegido

  30. Chave pública {PubS} Chave privada {PriS} SSL - Visão Simplificada Servidor (Subjet) Autoridade Certificadora CSR [PubS] CSR [PubS] 2 O servidor envia um CSR , contendo sua chave pública para a CA Chave privada {PriCA} Certificado [PubS][AssCA] 3 O servidor gera um par de chaves assimétricas (pública e privada) 1 A CA envia o certificado X509 para o servidor 4 Certificado [PubS][AssCA]

  31. SSL - Visão Simplificada Servidor (Subject) Cliente (Subjet) Requisição TCP para um recurso protegido 5 O servidor envia o seu certificado para o cliente 4 O cliente valida o certificado usando a chave pública da CA e extrai a chave pública do servidor Certificado [PubS][AssCA] 6 Chave pública {PubS} Certificado [PubS][AssCA] Chave pública {PubCA} Chave privada {PriS} Chave pública {PubS}

  32. SSL - Visão Simplificada Cliente (Subjet) O cliente gera um chave secreta (simétrica) aleatória = chave de sessão e a criptografa com a chave pública do servidor Servidor (Subject) 7 Chave pública {PubS} Chave secreta {SecC} Chave privada {PriS} Chave pública {PubS} {{SecC}PubS} {{SecC}PubS} O cliente envia sua chave secreta, criptografada, para o servidor 8

  33. SSL - Visão Simplificada Cliente (Subjet) Servidor (Subject) Chave pública {PubS} Chave secreta {SecC} Chave privada {PriS} {{SecC}PubS} Chave pública {PubS} 9 O servidor descriptografa a chave secreta do cliente, utilizando sua chave privada Chave secreta {SecC} {(Dados)SecC} A troca bi-direcional de dados é protegida com a chave secreta gerada pelo cliente 10

  34. SSL e TLS • SSL: Secure Socket Layer • Definido pela Netscape • Versão atual: 3.0 • TLS: Transport Layer Security • Definido pelo IETF • Versão atual: 1.0 • RFC 2246 (Janeiro de 1999) • O TLS 1.0 é baseado no SSL 3.0, mas eles possuem diferenças que os tornam incompatíveis.

  35. TLS • O TLS define dois sub-protocolos: • TLS Record Protocol • Utilizado para encapsular os protocolos das camadas superiores. • TLS Handshake Protocol • Utilizado para negociar o algorítmo e as chaves de criptografia antes que o primeiro byte da comunicação segura seja transmitido.

  36. SSL/TLS

  37. SSL Record Protocol

  38. TLS • Os objetivos do TLS são: • Segurança criptográfica entre dois pontos. • Interoperabilidade: programadores independentes devem ser capazes de desenvolver capazes de se comunicar, sem que um conheça o código do outro. • Extensibilidade: novos algorítmos de criptografia podem ser incorporados quando necessário. • Eficiência: reduzir o uso de CPU e o tráfego de rede a níveis aceitáveis.

  39. Secure Socket Layer (SSL) e Transport Layer Security (TLS) • O SSL/TLS permite executar duas funções básicas: • autenticação entre o cliente e o servidor. • criptografia na troca de mensagens. O servidor se autentica para o cliente (obrigatório) SSL/TLS O cliente se autentica para o servidor (opctional)

  40. Autenticação do Servidor • SSL/TLS permite ao usuário confirmar a identidade do servidor. SSL Identificação do CA Assinatura Digital de uma CA Identificação do Servidor Chave pública do servidor

  41. Certificados de Servidor

  42. Autenticação do Cliente • SSL permite ao servidor identificar a identidade do cliente. SSL Identificação do CA Assinatura Digital de uma CA Identificação do Cliente Chave pública do Cliente

  43. Certificados de Cliente

  44. (chave secreta aleatória) (chave secreta aleatória) info info Criptografia da Comunicação • Após a certificação, o SSL/TLS cria uma chave de sessão que garante: • Confidencialidade e Proteção contra Tampering (alteração dos dados em transito).

  45. TLS Handshake

  46. Exemplos de Cipher Suites • TLS_RSA_EXPORT_WITH_RC4_40_MD5 EXP-RC4-MD5 • TLS_RSA_WITH_RC4_128_MD5 RC4-MD5 • TLS_RSA_WITH_RC4_128_SHA RC4-SHA • TLS_RSA_EXPORT_WITH_RC2_CBC_40_MD5 EXP-RC2-CBC-MD5 • TLS_RSA_WITH_IDEA_CBC_SHA IDEA-CBC-SHA • TLS_RSA_WITH_DES_CBC_SHA DES-CBC-SHA • TLS_RSA_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA DES-CBC3-SHA • TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA AES128-SHA • TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA AES256-SHA

  47. API SSL Carrega bibliotecas Define versão do SSL Carrega certificado do cliente Carrega certificados da CA Cria contexto API: SSL_CTX_new (SSL_CTX *) Cria um socket TCP (socket) Associa o socket ao contexto API: SSL_set_bio (SSL *ssl) Efetua a conexão SSL SSL_connect( SSL *ssl) (chave secreta associada ao socket SSL) Certificado do Servidor [Requisição do certificado cliente] > 1023 > 80 segredos Verifica o certificado do servidor SSL_get_verify_result(SSL * ssl) Dados criptografados com a chave secreta Envia dados criptografados SSL_write(SLL *ssl, ...) Dados criptografados com a chave secreta Recebe dados já descriptografados SSL_read(SSL * ssl, ...) Encerra conexão e libera recursos SSL_shutdown(ssl) SSL_free(ssl)

  48. Conclusão • Criptografia Simétrica • Chaves de pelo menos 128 bits • Rápido • Usado para proteção de dados • Criptografia Assimétrica • Chaves de pelo menos 1024 bits • Lento • Usado no processo de negociação de chaves

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