Κρυπτογραφία και Ασφάλεια Δικτύων

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Κρυπτογραφία και Ασφάλεια Δικτύων"

Θέκλα Λόντος
4 χρόνια πριν
Προβολές:

Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του υποέργου 2 με τίτλο «Ανάπτυξη έντυπου εκπαιδευτικού υλικού για τα νέα Προγράμματα Σπουδών» της Πράξης «Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο», η οποία έχει ενταχθεί στο

1 Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του υποέργου 2 με τίτλο «Ανάπτυξη έντυπου εκπαιδευτικού υλικού για τα νέα Προγράμματα Σπουδών» της Πράξης «Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο», η οποία έχει ενταχθεί στο Επιχειρησιακό Πρόγραμμα «Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση» (ΕΠΕΔΒΜ) του ΕΣΠΑ ( ), Άξονας Προτεραιότητας 7: «Ενίσχυση της Διά Βίου Εκπαίδευσης Ενηλίκων στις 8 Περιφέρειες Σύγκλισης» με κωδικό MIS και η οποία συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους, μέσω του Προγράμματος Δημοσίων Επενδύσεων (ΠΔΕ) του Υ.ΠΑΙ.Θ. Κρυπτογραφία και Ασφάλεια Δικτύων Σημείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιμέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειμένων σύμφωνα με τη Μεθοδολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστημονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραμμάτων την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδη μα ϊ κοί υπεύθυνοι που ανέλαβαν το έργο αυτό.

2 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Πρόγραμμα Σπουδών ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΣΗ ΣΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ ΣΥΣΤΉΜΑΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Θεματική Ενότητα ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Τόμος Γ Κρυπτογραφία και Ασφάλεια Δικτύων Συγγραφή ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ ΜΑΓΚΟΣ Επίκουρος Καθηγητής Ιονίου Πανεπιστημίου Κριτική Ανάγνωση ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΝΑΣΤΟΥ Επίκουρος Καθηγητής Πανεπιστημίου Αιγαίου Ακαδημαϊκός Υπεύθυνος για την ανάπτυξη του έντυπου διδακτικού υλικού του Π.Σ. ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΒΕΡΥΚΙΟΣ Καθηγητής Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου Συντονιστής για την ανάπτυξη του έντυπου διδακτικού υλικού της Θ.Ε. ΕΥΣΤΑΘΙΟΣ ΧΑΤΖΗΕΥΘΥΜΙΑΔΗΣ Αναπληρωτής Καθηγητής Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών Ειδικός στη Μεθοδολογία της Ανοικτής και εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης ΑΔΑΜΑΝΤΙΑ ΣΠΑΝΑΚΑ Γλωσσική Επιμέλεια ΦΩΤΕΙΝΗ ΣΟΥΛΙΩΤΗ Τεχνική Επιμέλεια Καλλιτεχνική Επιμέλεια Σελιδοποίηση ΙΩΑΝΝΗΣ ΚΑΛΕΜΗΣ ISBN: Κωδικός Έκδοσης: ΠΛΣ 62/Γ Copyright 2016 για την Ελλάδα και όλο τον κόσμο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Πάροδος Αριστοτέλους 18, Περιβόλα Πατρών Τηλ.: , Φαξ: To παρόν έργο πνευματικής ιδιοκτησίας προστατεύεται κατά τις διατάξεις του Ελληνικού Νόμου (Ν. 2121/1993 όπως έχει τροποποιηθεί και ισχύει σήμερα) και τις διεθνείς συμβάσεις περί πνευματικής ιδιοκτησίας. Απαγορεύεται απολύτως η άνευ γραπτής αδείας του εκδότη, κατά οποιονδήποτε τρόπο ή μέσο, αντιγραφή, φωτοανατύπωση και εν γένει αναπαραγωγή, εκμίσθωση ή δανεισμός, μετάφραση, διασκευή, αναμετάδοση στο κοινό σε οποιαδήποτε μορφή (ηλεκτρονική, μηχανική κ.λπ.) και η εν γένει εκμετάλλευση του συνόλου ή μέρους του έργου.

3 Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Πρόγραμμα Σπουδών ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΣΗ ΣΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Θεματική Ενότητα ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΣΕΙΣ ΔΙΚΤΥΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Τόμος Γ Κρυπτογραφία και Ασφάλεια Δικτύων ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ ΜΑΓΚΟΣ Επίκουρος Καθηγητής Ιονίου Πανεπιστημίου ΠΑΤΡΑ 2016

4 Βιογραφικό Ο Εμμανουήλ Μάγκος είναι Επίκουρος Καθηγητής στο Τμήμα Πληροφορικής του Ιονίου Πανεπιστημίου, στο γνωστικό αντικείμενο «Κρυπτογραφία και Ασφάλεια Υπολογιστικών Συστημάτων». Είναι κάτοχος πτυχίου Πληροφορικής από το Τμήμα Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Πειραιώς (1997), καθώς και κάτοχος διδακτορικού διπλώματος (2003) από το ίδιο τμήμα. Από το 2001 έως το 2007 διετέλεσε καθηγητής πληροφορικής στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση. Από το 2003 έως το 2007 δίδαξε στο Τμήμα Αρχειονομίας Βιβλιοθηκονομίας του Ιονίου Πανεπιστημίου, ενώ από το 2005 διδάσκει στο Τμήμα Πληροφορικής του Ιονίου Πανεπιστημίου. Τα τρέχοντα ερευνητικά του ενδιαφέροντα επικεντρώνονται στη χρήση κρυπτογραφικών τεχνικών για την ασφάλεια Η/Υ και δικτύων, καθώς και για την ασφάλεια και ιδιωτικότητα στο Διαδίκτυο.

5 Περιεχόμενα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή και κλασικά κρυπτοσυστήματα Εισαγωγικές Παρατηρήσεις Ασφάλεια πληροφοριών και δικτύων Υπηρεσίες και στόχοι ασφάλειας Κρυπτοσύστημα: μια «κλασική» θεώρηση Κλασική κρυπτογραφία Μονοαλφαβητικοί Αλγόριθμοι Αντικατάστασης Ο Αλγόριθμος Ολίσθησης Ο Γενικευμένος Αλγόριθμος Αντικατάστασης Ο Αλγόριθμος Affine Πολυαλφαβητικοί Αλγόριθμοι Αντικατάστασης Ο Αλγόριθμος Vigenere Ο Αλγόριθμος Hill Αλγόριθμοι Αναδιάταξης Ο Αλγόριθμος Μετάθεσης...58 Σύνοψη...62 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...63 Ευρετήριο Όρων...64 Βιβλιογραφία...66 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...68 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...72 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...78 Κατάλογος σχημάτων...82 Κατάλογος πινάκων...83

6 8 ΚΡΥΠΤΟΓΡΑΦΙ Α ΚΑΙ ΑΣΦΑ ΛΕΙΑ ΔΙΚΤΥ ΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Απόλυτη και πρακτική ασφάλεια Εισαγωγικές Παρατηρήσεις Απόλυτη ασφάλεια κρυπτοσυστήματος Ορισμοί απόλυτης ασφάλειας Ο Αλγόριθμος «Σημειωματάριο Μιας Χρήσης» (One-Time Pad) Το Θεώρημα Shannon Προβλήματα στην εφαρμογή της απόλυτης ασφάλειας Υπολογιστική ασφάλεια Πολυωνυμικοί εχθροί Υπολογιστική ασφάλεια: παραδοχές και ελάχιστες απαιτήσεις Υπολογιστική ασφάλεια: δύσκολα προβλήματα Εντροπία και ασφάλεια κρυπτοσυστήματος Η εντροπία ως ποσότητα πληροφορίας και αβεβαιότητας Εντροπία κρυπτοσυστήματος Πλεονασμός φυσικής γλώσσας και απόσταση μοναδικότητας Σύνοψη Λίστα Ελέγχου Γνώσεων Ευρετήριο Όρων Βιβλιογραφία Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης Απαντήσεις Δραστηριοτήτων Κατάλογος σχημάτων...126

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Μαθηματικά προαπαιτούμενα Εισαγωγικές Παρατηρήσεις Διαιρετότητα Πρώτοι και σύνθετοι αριθμοί Μέγιστος Κοινός Διαιρέτης Αλγόριθμος Ευκλείδη Επεκταμένος Αλγόριθμος Ευκλείδη Αριθμητική ακεραίων Modulo Εισαγωγικά Ισότιμοι αριθμοί και κλάσεις ισοτιμίας Εύρεση πολλαπλασιαστικού αντιστρόφου στο Z n Υπολογισμός δυνάμεων ακεραίων στο Z n Τα σύνολα Z * και n Z* p Κινεζικό Θεώρημα Υπολοίπων Τετραγωνικά υπόλοιπα modulo Αφηρημένες αλγεβρικές δομές Σύνοψη Λίστα Ελέγχου Γνώσεων Ευρετήριο Όρων Βιβλιογραφία Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης Απαντήσεις Δραστηριοτήτων Κατάλογος σχημάτων...209

8 10 ΚΡΥΠΤΟΓΡΑΦΙ Α ΚΑΙ ΑΣΦΑ ΛΕΙΑ ΔΙΚΤΥ ΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Συμμετρικά κρυπτοσυστήματα Εισαγωγικές Παρατηρήσεις Συμμετρικά κρυπτογραφικά συστήματα Ορισμός και μοντέλο επικοινωνίας Υπολογιστική ασφάλεια συμμετρικών κρυπτογραφικών αλγορίθμων Συμμετρικοί Αλγόριθμοι Κρυπτογράφησης Αλγόριθμοι τμήματος και αλγόριθμοι ροής Ο Αλγόριθμος DES Ασφάλεια του DES Ο Αλγόριθμος S-DES Ο Aλγόριθμος Triple-DES Τρόποι λειτουργίας συμμετρικών Αλγορίθμων Κρυπτογράφησης ECB (Electronic CodeBook) CBC (Cipher Block Chaining) OFB (Output Feedback) CFB (Counter Feedback) CTR (Counter) Συμμετρικοί Αλγόριθμοι Προστασίας Ακεραιότητας Κρυπτογραφικές συναρτήσεις Hash Κατασκευή συναρτήσεων Ηash Ασφάλεια συναρτήσεων Hash Ακεραιότητα μηνύματος με συναρτήσεις Hash Άλλες εφαρμογές των συναρτήσεων Hash Συμμετρικοί Αλγόριθμοι Προστασίας Αυθεντικότητας...265

9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Συναρτήσεις MAC (Message Authentication Code) Κατασκευή συναρτήσεων MAC Ασφάλεια συναρτήσεων MAC Αυθεντικοποίηση μηνύματος με συναρτήσεις MAC Αυθεντικότητα μηνύματος και οντότητας Συνδυασμός υπηρεσιών εμπιστευτικότητας/αυθεντικότητας To πρόβλημα της διαχείρισης κλειδιού Σύνοψη Λίστα Ελέγχου Γνώσεων Ευρετήριο Όρων Βιβλιογραφία Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης Απαντήσεις Δραστηριοτήτων Κατάλογος σχημάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Κρυπτοσυστήματα Δημόσιου Κλειδιού Εισαγωγικές Παρατηρήσεις Κρυπτοσυστήματα Δημόσιου Κλειδιού Ορισμός και μοντέλο επικοινωνίας Ασφάλεια κρυπτογραφικών συστημάτων ΔΚ Υπολογιστική ασφάλεια αλγορίθμων κρυπτογράφησης Υπολογιστική ασφάλεια αλγορίθμων ψηφιακής υπογραφής Ντετερμινιστικά συστήματα κρυπτογράφησης ΔΚ...320

10 12 ΚΡΥΠΤΟΓΡΑΦΙ Α ΚΑΙ ΑΣΦΑ ΛΕΙΑ ΔΙΚΤΥ ΩΝ O Αλγόριθμος κρυπτογράφησης RSA Ο Αλγόριθμος κρυπτογράφησης Rabin Πιθανοτικά συστήματα κρυπτογράφησης ΔΚ O Αλγόριθμος κρυπτογράφησης ElGamal O Αλγόριθμος κρυπτογράφησης Goldwasser-Micali (GM) Συστήματα ψηφιακής υπογραφής O Αλγόριθμος ψηφιακής υπογραφής RSA Εμπιστευτικότητα και αυθεντικότητα με συστήματα ΔΚ Συνδυασμός υπηρεσιών με κρυπτοσυστήματα ΔΚ Διαχείριση Δημόσιου Κλειδιού Πιστοποιητικά Δημόσιου Κλειδιού Πολλαπλοί τομείς ασφάλειας Το μοντέλο εμπιστοσύνης PGP Σύνοψη Λίστα Ελέγχου Γνώσεων Ευρετήριο Όρων Βιβλιογραφία Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης Απαντήσεις Δραστηριοτήτων Κατάλογος σχημάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ταυτοποίηση απομακρυσμένης οντότητας Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...397

11 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Μοντέλο συστήματος και απειλών Ταυτοποίηση και αυθεντικότητα Ταυτοποίηση απομακρυσμένου χρήστη Ταυτοποίηση χρήστη vs συσκευής Ταυτοποίηση με κωδικούς πρόσβασης Κρυπτογραφική ταυτοποίηση οντότητας Ταυτοποίηση με πρόκληση-απάντηση Ταυτοποίηση με χρονοσφραγίδες Αποδείξεις Μηδενικής Γνώσης Γιατί η ταυτοποίηση οντότητας δεν είναι αρκετή Σύνοψη Λίστα Ελέγχου Γνώσεων Ευρετήριο Όρων Βιβλιογραφία Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης Απαντήσεις Δραστηριοτήτων Κατάλογος σχημάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Αυθεντικοποιημένη εδραίωση κλειδιού Εισαγωγικές Παρατηρήσεις Μοντέλο συστήματος και απειλών Πρωτόκολλα Διανομής Κλειδιού Πρωτόκολλα Μεταφοράς Κλειδιού Συμμετρικά πρωτόκολλα μεταφοράς...479

12 14 ΚΡΥΠΤΟΓΡΑΦΙ Α ΚΑΙ ΑΣΦΑ ΛΕΙΑ ΔΙΚΤΥ ΩΝ Πρωτόκολλα μεταφοράς με Δημόσιο Κλειδί Πρωτόκολλα συμφωνίας κλειδιού Συμμετρικά πρωτόκολλα συμφωνίας κλειδιού Πρωτόκολλα συμφωνίας κλειδιού με Δημόσιο Κλειδί Σύνοψη Λίστα Ελέγχου Γνώσεων Ευρετήριο Όρων Βιβλιογραφία Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης Απαντήσεις Δραστηριοτήτων Κατάλογος σχημάτων...521

Σχετικά έγγραφα

Διαχείριση Δεδομένων

Διαχείριση Δεδομένων Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του υποέργου 2 με τίτλο «Ανάπτυξη έντυπου εκπαιδευτικού υλικού για τα νέα Προγράμματα Σπουδών» της Πράξης «Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο» η οποία έχει ενταχθεί στο Επιχειρησιακό