DATOVÉ SÍTĚ 03

1. DATOVÉ SÍTĚ 03 Šifrování

2. Krypto …. • Kryptografie se zabývá konstrukcí kryptografických algoritmů, schémat a jejich vlastností • Kryptoanalýza se zabývá analýzou kryptografických algoritmů a hledá jejich zranitelnost • Útok se známou šifrou • Útok se známým původním textem • …… • Kryptologie je název zahrnující obě specializace

3. Co je to kryptografie? • Kryptografie – kryptós (skrytý) gráphein (psát) • Nauka o metodách utajování zpráv • Velmi důležitá dříve, ještě důležitější dnes

4. Šifrování • Kryptografický algoritmus • Převádí prostý text na nečitelnou podobu • Symetrická šifra • Používá k šifrování a dešifrování stejný klíč • Asymetrická šifra • Dva klíče – veřejný a soukromý • Hashovací funkce • Otisk textu – jednoznačná identifikace • Certifikáty a elektronický podpis

5. Historické metody • Steganografie • Ukrývání zprávy – neviditelný inkoust • Dnes – ukrytí textu do obrázků či hudby – maskování jako šum • Substituční šifry • Nahrazování jednoho znaku či znaků jiným • zašifrovaná zpráva: fqdta xgegt, klíč: posun o 2 • dešifrovaná zpráva: dobry vecer • Posun písmen • Vigenerova šifra – heslo se sčítá s bloky písmen • Vernamova šifra

6. Kryptologie • Kryptografie - tvorba kryptografických systémů • Kryptoanalýza - narušování kryptografických systémů Odposlech Zdroj informace Kódovací člen Vysílač Přenosovýkanál Přijímač Dekódovací člen Příjemce informace zkreslení šumy útlum

7. Kryptografické systémy • Tajný inkoust, tajný kanál, utajený přenos (Steganografie) • Transpoziční systémy (skytala, …, šifrovací mřížka) • Transkripční systémy (homofonní šifra, …, DES, AES) • S tajným klíčem • S veřejným klíčem

8. Sir Francis Bacon * 22. 1. 1561 London + 9. 4. 1626http://bacon.thefreelibrary.com/ Utajený přenos Milý příteli, doručitel tohoto dopisu je mi zvlášť milý. 11001 00000 10101 01001 01000 00111 01110 11111 11111 1 Příklad přiřazení znaků Baconovy šifry : a 00000 b 00001 c 00010 d 00011 e 00100 f 00101 g 00110 h 00111 i 01000 j 01001 k 01010 l 01011 m 01100 n 01101 o 01110 p 01111 q 10000 r 10001 s 10010 t 10011 u 10100 v 10101 w 10110 x 10111 y 11000 z 11001. Celkem takto lze vyjádřit 25 = 32 různé znaky.

9. Transpoziční systémy Scytale (Skytalé, Skytala)

10. Jednoduchá transpozice heslo Z L A T A B R A N A pořadí 10 6 1 9 2 5 8 3 7 4 otevřená zpráva K L O K A N P R I L E T I V P R O S I N C I X X X X X X X X Šifrovaná zpráva se obvykle rozděluje do pětipísmenných skupin a zní : OARLN LIPKK IPSNR TIRVE XXXXX IXXXC

11. Šifra Porta heslo Z L A T A B R A N A pořadí 10 6 1 9 2 5 8 3 7 4 otevřená zpráva K L O K A N P R I L E T I V P R O S I N C I Šifrovaný text zní : OIAPR SLNNR LTIII POKVK EC italský fyzik Gian Babtista della Porta (1563)

12. S I M A K R E N I T O F Hieronimo Cardano * 24. 9. 1501 Pavia+ 21. 9. 1576 Romehttp://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/PictDisplay/Cardan.html L A S I T V E ! Šifrovací mřížka Fleissnerova otočnámřížka mřížka 4 x 4 dává 44 = 256 možností, mřížka 6 x 6 dává 49 = 262 144 možností, mřížka 8 x 8 dává 416 = 4 294 967 296 možností, mřížka 10 x 10 dává 425 = 1 125 899 906 843 000 možností.

13. Gaius Julius Caesar * 12. 7. 100 BC ? Rome+ 15. 3. 44 BC Romehttp://en.wikipedia.org/wiki/Julius_Caesar Transkripční systémy • Cézarovské šifry • Ck: ZN → ZN, Ck(n) (n + k) mod N, • kde je n - znak původní zprávy, • Ck(n) - znak šifrované zprávy, • k - klíč šifry, posunutí v abecedě, • N - počet znaků abecedy.

14. Jeffersonův válec Monoalfabetická šifra obecná 26! = 403 291 461 126 605 635 584 000 000. D O B R Y C L V E K A F G H I J M N P Q S T U W X Z A B C D E F G .... znaky původní zprávy  ... D A S O F T B ... znaky šifrované zprávy

15. Nestejné kotouče Decius Wadsworth r. 1817 1768-1821 Charles Wheatstone, Sir 1802-1875

16. Blaise de Vigenère + 5. 4. 1523 – 1596http://fr.wikipedia.org/wiki/Blaise_de_Vigenere 1586 kniha o šifrováníAutor systému:Giovanni Battista Bellaso Vigenérovské šifry použití množiny Cézarovských šifer Např pomocí hesla: AHOJ šifrujeme text: NEMOHU PRIJIT následovně N + A mod 26 = N P + O mod 26 = D E + H mod 26 = L R + J mod 26 = A M + O mod 26 =A I + A mod 26 = I O + J mod 26 =X J + H mod 26 = Q H + A mod 26 = H I + O mod 26 = W U + H mod 26 = B T + J mod 26 = C A dostáváme šifrovanou zprávu: NLAXHB DAIQWC

17. Vigenérův čtverec

18. Alan Mathison Turing * 23. 6. 1912. London+ 7. 6. 1954 Wilmslowhttp://ei.cs.vt.edu/~history/Turing.html Šifrovací stroj ENIGMA

19. William Frederick Friedman * 24. 9. 1891 Kishinev+ 12. 12. 1969http://en.wikipedia.org/wiki/William_F._Friedman Japonský „purpurový kód“ • Uveden do provozu 1939. • Stroj nepoužívá rotory, alekrokové voliče jako automatickételefonní ústředny. • Na konci roku 1940 prolomena. • Zpráva o vypovězení smlouvy s USA byla rozluštěna jen několik hodin před útokem na Pearl Harbor.

20. Nekonečný klíč Klíčová kniha - určení slova pro heslem míchanou abecedu 1 2 0 8 9, kde je: 12 - strana v knize, 08 - řádek na stránce, 9 - pozice slova na řádku. Dokumentarfilme Krok 1: D O K U M E N T A R B C F G H I J L P Q S V W X Y Z . Krok 2: 2 7 4 0 5 3 6 9 1 8 D O K U M E N T A R B C F G H I J L P Q S V W X Y Z . Očíslování podle pořadí v abecedě

21. Nekonečný klíč- část 2 Očíslování řádků (např. ze sloupce3, 7, 9) Krok 3: 2 7 4 0 5 3 6 9 1 8 4 D O K U M E N T A R 6 B C F G H I J L P Q 1 S V W X Y Z . Krok 4: A B C D E F G H I J 14 26 76 24 34 46 06 56 36 66 K L M N O P Q R S T 44 96 54 64 74 16 86 84 21 94 U V W X Y Z . 04 71 41 01 51 31 61 Písmena zakódovánačíslem sloupce a řádku

22. Nekonečný klíč- část 3 Oznámení: "Die Leibstandarte Adolf Hitler ist in Warschau eingetroffen." ("Tělesná standarta Adolfa Hitlera dorazila do Varšavy.") Pro radiodepeši text zkrátíme a zakódujeme do čísel dle 4. Krok 5: H I T L E R S T A N D A R T E 56 36 94 96 34 84 21 94 14 64 24 14 84 94 34 I N W A R S C H A U 36 64 41 14 84 21 76 56 14 04 Získaná čísla seřadíme do pětimístných skupin. Krok 6: 56369 49634 84219 41464 24148 49434 36644 11484 21765 61404

23. Nekonečný klíč- část 4 Krok 7: A B C D E F G H I J 1 2 7 2 3 4 0 5 3 6 K L M N O P Q R S T 4 9 5 6 7 1 8 8 2 9 U V W X Y Z . 0 7 4 0 5 3 6 Písmena převedemena čísla (sloupců) Zakódujeme klíčový text Krok 8: D O K U M E N T A R F I L M E 2 7 4 0 5 3 6 9 1 8 4 3 9 5 3 S I N D B E L E G T W E R D E N 2 3 6 2 2 3 9 3 0 9 4 3 8 2 3 6 A B E R R A S C H W I E D E R F R E I 1 2 3 8 8 1 2 7 5 4 3 3 2 3 8 4 8 3 3

24. Nekonečný klíč- část 5 Sečteme (modulo 10) zprávu a pomocný text zpráva z kroku 6: 56369 49634 84219 41464 24148 zpráva z kroku 8: 27405 36918 43953 23622 39309 znění telegramu 73764 75542 27162 64086 53447 zpráva z kroku 6: 49434 36644 11484 21765 61404 zpráva z kroku 8: 43823 61238 81275 43323 84833 znění telegramu 82257 97872 92659 64088 45237 Na dohodnuté místo vložíme skupinu označující heslo 12089

25. Proudová šifra Mezinárodní telegrafní abeceda CCITT-2

26. dálnopis zpráva XOR XOR klíč klíč Náhodná posloupnost bitů dálnopis zpráva Vernamův systém Gilbert Sandford Vernam 1890-1960 • Prokazatelně nerozluštitelný systém Děrná páska

27. Vernanova šifra • Dokázáno, že za určitých podmínek je nerozluštitelná • Každé písmeno posunuto o jiný počet pozic • Vysoce specializované účely, vysoce náročná na výpočet • Nasazena mezi Moskvou a Washingtonem • Dnes v kombinaci s kvantovou kryptografií

28. t o t o j e t e x t p s a n y d o t a b u l k y Transpoziční šifry • Text se přepíše do tabulky • Zápis po řádcích • Čtení po sloupcích • toto je text psany do tabulky • tepduotsolteatkoxnayjtyb

29. SHRNUTÍ • Uvedené algoritmy je snadné prolomit kryptoanalýzou • Vernamova šifra – nelze prolomit při zajištění dostatečné délky klíče (klíč bude náhodná posloupnost) • Běžně se používají algoritmy AES (Advanced encryption standard), DES (Data encryption standard), Blowfish • Výpočet je rychlý, slabé místo je v předávání tajnýchklíčů

30. Digitální šifrování • DES – data encryption standard • Triple DES • AES – advanced encryption standard • Rijndael • Blowfish • FISH • ...

31. DES • Šifruje data po 64bitech – 64bitový klíč • Algoritmus permutace a nahrazování • Algoritmus proběhne 16x – exponenciálně náročné prolomení • Dnes již překonaný • Nástupce Triple DES • Tři 64 bitové podklíče • Trojnásobné opakování oproti DES

32. DES

33. Asymetrická kryptografie • Používají se dva klíče, jeden soukromý, druhý veřejný • Soukromý klíč má každý pod svou výhradní kontrolou • Veřejný klíč mohou znát všichni – jak ale zajistit důvěryhodnost předávání těchto klíčů? • Vznik PKI – infrastruktura veřejných klíčů • V PKI existuje prvek důvěryhodné třetí strany, která vydává certifikáty s veřejnými klíči a ručí za jejich pravost

34. Asymetrická kryptografie • Klíčů pak může být méně než při symetrickém šifrování (každý má jeden soukromý a klíčenku s veřejnými klíči) a není problém s jejich předáváním • Tento způsob šifrování je pomalejší, proto se používá k předávání tajných klíčů pro symetrické šifrování • Příkladem je RSA (Rivest, Shamir, Adelman), DSA (Digital signature algorithm), eliptické křivky

35. Asymetrická šifrování

36. Porovnání přístupů • Symetrické • Bezpečné tak, jak je bezpečný klíč • Problém předání klíče • Neumí zaručit odesílatele a nezměněnost zprávy • Asymetrické • Náročné výpočtově • Elektronický podpis • Převážně pro výměnu symetrických klíčů

37. HASH funkce • Zjednodušení souborů či zpráv • Jednocestná funkce – v jednom směru snadné, inverze velmi obtížná • Tvoří jejich otisk – jedinečný – bez kolizí • Výstup – řetězec pevně definované délky • Princip elektronického podpisu – nešifrujeme celou zprávu ale jenom otisk • Kontrola původnosti zprávy • Například SHA-1 (secure hash algorithm- version 1) nebo překonané MD5

38. HASH funkce

39. Kvantová kryptografie • Řeší distribucí klíčů a spolehlivou detekci odposlechu • Dle přírodní zákonů • Odposlech komunikace – změna signálu • Polarizace fotonů • Vysoce bezpečné, vysoce náročné • Teprve v rozvoji

40. Elektronický podpis • Elektronický podpis je kryptografická metoda • Zajišťuje podobnou ověřovací sílu, jako běžný podpis papírového dokumentu • Přínosy elektronického podpisu • Integrita dokumentu • Autentizace • Nepopiratelnost

41. Elektronický podpis • Jak podepsat elektronickou zprávu? • Jak ověřit 1 a 0? • Jak zajistit bezpečnost komunikace a šifrování zpráv?

42. El. podpis je: • elektronickým podpisem je určité dost dlouhé číslo, připojené k podepisovanému dokumentu, • které obsahuje identitu podepisující osoby a obsah podepsaného dokumentu.

43. EL. podpis splňuje požadavky: • je jednoznačně spojen s podepisující osobou, • umožňuje identifikaci podepisující osoby ve vztahu k datové zprávě, • byl vytvořen a připojen k datové zprávě pomocí prostředků, které podepisující osoba může udržet pod svou výhradní kontrolou, • je k datové zprávě, ke které se vztahuje, připojen takovým způsobem, že je možno zjistit jakoukoliv následnou změnu dat.

44. El. podpis (zaručený): • identifikuje původce podpisu (zejména autora elektronické zprávy), • zaručuje integritu zprávy (upozorní na jakoukoliv změnu) a • zaručuje nepopiratelnost (nelze popírat, že podepsaná osoba obsah dokumentu nezná). • Využít ho lze všude tam, kde je dnes běžný podpis vlastnoruční, • el. podpisem lze podepsat i to, co ručně podepsat jen velmi těžko či vůbec – libovolný soubor dat jako například obsah diskety, fotografii, faktury, plán, prostě vše, co existuje v elektronické podobě.

45. El. Podpis není: • rukou napsaný podpis, který je naskenovaný a připojený k dokumentu v elektronické podobě, • ani podpis, který je napsán na monitoru.

46. Schéma el. podpisu Soukromý klíč Elektronický podpis Hashovací funkce Šifrovací funkce Krátký otisk původní zprávy Certifikát s veřejným klíčem

47. Použití el. podpisu • Zprávu podepisujeme soukromým klíčem • Je žádoucí, aby mohl být podpis ověřen • Vytvoří se otisk zprávy – HASH funkce • Ten je zašifrován a připojen jako příloha ke zprávě • Příjemce použije veřejn klíč odesílatele • Rozšifruje otisk, vytvoří kontrolní otisk a porovná je • Pokud se otisky shodují, potom je zpráva ověřená

48. Příjem el. podpisu Podepsaná data Nový otisk Porovnání obou otisků Hashovací funkce Elektronický podpis Původní otisk Certifikát s veřejným klíčem Veřejný klíč

49. Řetězec důvěry • Uživatel • Počítač • Certifikační autorita • Internet • E-aplikace • Data

50. Komunikační řetezec Certifikační autorita Žádost o certifikát Platnost certifikátu Uživatel Certifikát Zabezpečená komunikace Internet Bezpečná aplikace