Εισαγωγή στην Κρυπτολογία 3. Ασφάλεια Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων Κωδικός DIΤ114 Σταύρος ΝΙΚΟΛΟΠΟΥΛΟΣ

Transcript

1 Εισαγωγή στην Κρυπτολογία 3 Ασφάλεια Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων Κωδικός DIΤ114 Σταύρος ΝΙΚΟΛΟΠΟΥΛΟΣ

2 Ακεραιότητα Μονόδρομη Κρυπτογράφηση

3 Ακεραιότητα Αυθεντικότητα μηνύματος Ακεραιότητα μηνύματος Αυθεντικότητα / Ακεραιότητα Οντότητας

4 Συναρτήσεις Κατατεμαχισμού Hash Functions Ψηφιακό Αρχείο (Αόριστου Μεγέθους) Αρχείο σταθερού μεγέθους (πχ 256 bits) Κάνουν τη συμπίεση του Προκρούστη από αυθαίρετο σε σταθερό μέγεθος.

5 Μονόδρομη Κρυπτογράφηση Hash Functions Ιδιότητες ιδανικής συνάρτησης Είναι Αιτιοκρατικές Το ίδιο ακριβώς μήνυμα παράγει ακριβώς την ίδια έξοδο. Είναι εύκολος και ταχύς ο υπολογισμός τους, ως προς την υλοποίηση Είναι πρακτικά αδύνατη η δημιουργία μηνύματος από μια έξοδο hash. Είναι πρακτικά αδύνατη η εύρεση δύο μηνυμάτων με την ίδια έξοδο hash. Μικρή αλλαγή σε ένα μήνυμα πρέπει να δημιουργεί τελείως διαφορετική έξοδο hash.

6

7

8

9

10 Εφαρμογές Συναρτήσεων κατατεμαχισμού Επαλήθευση της ακεραιότητας μηνύματος Επαλήθευση κωδικού (password) Σήμανση εργασίας Σήμανση και αναγνώριση Αρχείων Γεννήτρια ψευδοτυχαίων αριθμών Γεννήτρια κωδικών (passwords)

11 Κώδικες Αυθεντικότητας Μηνύματος Message Authentication codes (MACs)

12 Hash-based message authentication code

13 MAC / MIC etc. Ποιο πρόβλημα υπάρχει? Η ανάγκη να έχουν και ο Αποστολέας και ο Παραλήπτης την ίδια κλείδα k. Είναι το ίδιο πρόβλημα όπως με τη συμμετρική κρυπτογράφηση. Η κλείδα k μπορεί να παράγεται από έναν αλγόριθμο. Πρέπει όμως να είναι μοναδική και για τους δύο και να χρησιμοποιηθεί μόνο μια φορά. Πρέπει να εμπεριέχει την ιδέα του χρόνου.

14 Αυθεντικοποίηση Χρήστη Ασύμμετρη Κρυπτογραφία

15 Κρυπτογράφηση Δημόσιου Κλειδιού Προσθέστε την πρώτη κουκκίδα εδώ Προσθέστε τη δεύτερη κουκκίδα εδώ Προσθέστε την τρίτη κουκκίδα εδώ

16 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΑΠΟΣΤΟΛΕΑ

17 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΠΑΡΑΛΗΠΤΗ

18 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΠΑΡΑΛΗΠΤΗ - ΑΠΟΣΤΟΛΕΑ Μήνυμα Ιδιωτικό κλειδί του Αποστολέα Δημόσιο Κλειδί του Παραλήπτη Κρυπτόγρα μμα

19 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΠΑΡΑΛΗΠΤΗ - ΑΠΟΣΤΟΛΕΑ Κρυπτόγρα μμα Μήνυμα Ιδιωτικό κλειδί του Παραλήπτη Δημόσιο Κλειδί του Αποστολέα

20 Παραδείγματα: Πρωτόκολλο ανταλλαγής κλείδας Diffy-Hellman Στάνταρ ψηφιακών υπογραφών ElGamal. Τεχνικές ελλειπτικών καμπύλων Διάφορες τεχνικές συμφωνίας κλείδας συνόδου Κρυπτοσύστημα Paillier. RSA Κρυπτοσύστημα Cramer-Shoup Πρωτόκολλο συμφωνίας κλείδας συνόδου YAK

21 Προβλήματα Κρυπτογράφησης Δημόσιου Κλειδιού Ύπαρξη Τρίτης Έμπιστης Οντότητας που θα διανείμει τα ζευγάρια των κλειδών, και θα εγγυάται την εγκυρότητά τους. Certification Authority. Ύπαρξη Έμπιστου καταλόγου. Διανομή των ζευγαριών των κλειδών. Το μήνυμα πρέπει να είναι μικρότερο της κλείδας..

22 ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΑΥΘΕΝΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΚΕΡΑΙΟΤΗΤΑΣ - ΕΜΠΙΣΤΕΥΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Μήνυμα MAC Hash μηνύματος A S Κρυπτόγραμμα Hash Μηνύματος SYM Κρυπτόγραμμα Μηνύματος Ιδιωτικό κλειδί του Αποστολέα Κλείδα συνόδου A S Κρυπτόγραμμα Κλείδας Συνόδου Δημόσιο Κλειδί του Παραλήπτη PGP με ακεραιότητα

23 ΠΛΕΥΡΑ ΤΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΕΑ Δημόσιο Κλειδί του Παραλήπτη Ιδιωτικό κλειδί του Αποστολέα Κλείδα συνόδου Μήνυμα

24 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΥΠΟΓΡΑΦΗΣ ΑΠΟΣΤΟΛΕΑ Μήνυμα MAC Hash μηνύματος A S Κρυπτόγραμμα Hash Μηνύματος Ιδιωτικό κλειδί του Αποστολέα

25 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΚΛΕΙΔΑΣ ΣΥΝΟΔΟΥ Γεννήτρια τυχαίων Αριθμών Χρόνος Αλγόριθμος Δημιουργίας Κλείδας συνόδου Κλείδα συνόδου Hash μηνύματος

26 ΣΥΜΜΕΤΡΙΚΗ ΚΡΥΠΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΜΗΝΥΜΑΤΟΣ Μήνυμα SYM Κρυπτόγραμμα Μηνύματος Κλείδα συνόδου

27 ΑΣΥΜΜΕΤΡΗ ΚΡΥΠΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΚΛΕΙΔΑΣ ΣΥΝΟΔΟΥ Κλείδα συνόδου A S Κρυπτόγραμμα Κλείδας Συνόδου Δημόσιο Κλειδί του Παραλήπτη

28 ΣΥΝΕΝΩΣΗ ΤΩΝ ΚΡΥΠΤΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ Κρυπτόγραμμα Hash Μηνύματος Κρυπτόγραμμα Κλείδας Συνόδου Τελικό Κρυπτόγραμμα Κρυπτόγραμμα Μηνύματος ΠΡΟΣΟΧΗ: η σειρά ένωσης παίζει ρόλο

29 ΠΛΕΥΡΑ ΤΟΥ ΠΑΡΑΛΗΠΤΗ ΕΞΑΓΩΓΗ ΚΛΕΙΔΩΝ Κρυπτόγραμμα Hash Μηνύματος Τελικό Κρυπτόγραμμα Κρυπτόγραμμα Κλείδας Συνόδου Κρυπτόγραμμα Μηνύματος Δημόσιο Κλειδί του Αποστολέα Ιδιωτικό κλειδί του Παραλήπτη

30 ΕΞΑΓΩΓΗ HASH MHNYMATOS Κρυπτόγραμμα Hash Μηνύματος A S Hash μηνύματος Α Δημόσιο Κλειδί του Αποστολέα

31 ΕΞΑΓΩΓΗ ΚΛΕΙΔΑΣ ΣΥΝΟΔΟΥ Κρυπτόγραμμα Κλείδας Συνόδου A S Κλείδα συνόδου Ιδιωτικό κλειδί του Παραλήπτη

32 ΑΠΟΚΡΥΠΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΜΗΝΥΜΑΤΟΣ Κρυπτόγραμμα Μηνύματος SYM Μήνυμα Κλείδα συνόδου

33 ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΜΗΝΥΜΑΤΟΣ Μήνυμα MAC Hash μηνύματος Β ZERO? Hash μηνύματος Α

34 Κρυπτογραφικά πρωτόκολλα Ένα κρυπτογραφικό πρωτόκολλο καλείται να εγκαθιδρύσει μια ασφαλή επικοινωνία μεταξύ δύο πλευρών (συνδρομητών). Μια ασφαλής επικοινωνία, όπως γνωρίζουμε εμπεριέχει: Εμπιστευτικότητα (Confidentiality) Ακεραιότητα (Integrity) Διαθεσιμότητα (Availability) Αυθεντικοποίηση (Aythentication) Μη απoποίηση (Non Repudiation)

35 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Εγκαθίδρυσης Κλείδας Συνόδου Alice Alice Δημόσια κλείδα Αίτημα για επικοινωνία Λεξάριθμο 1 Κρυπτογραφημένο Με τη δημόσια κλείδα της Alice Bob Alice Απάντηση στο αίτημα Κρυπτογραφημένη με τη δημόσια κλείδα Της Alice Λεξάριθμο 2 κρυπτογραφημένο με τη δημόσια κλείδα του Bob Bob Bob Δημόσια κλείδα

36 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ασφαλούς επικοινωνίας Alice Bob Κωδ. Λεξάριθμο 2 Κρυπτογραφημένο Με την ιδιωτική κλείδα της Alice Alice Bob Κωδ. Λεξάριθμο1 κρυπτογραφημένο με την ιδιωτική κλείδα του Bob

37 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ασφαλούς επικοινωνίας Alice Bob Κλείδα Συνόδου κρυπτογραφημένη με τη δημόσια κλείδα του Bob Alice Bob Αποδοχή της συνόδου κρυπτογραφημένη με τη δημόσια κλείδα της Alice

38 Ασφαλής επικοινωνία Alice Bob Επαλήθευση της δυνατότητας συνόδου, με ανταλλαγή μηνυμάτων κρυπτογραφημένων με την κλείδα συνόδου

39 Κρυπτογραφικό πρωτόκολλο Ένα κρυπτογραφικό πρωτόκολλο συνήθως υλοποιεί κάποιες από τις παρακάτω λειτουργίες: Συμφωνία ή εγκαθίδρυση κλείδας συνόδου Αυθεντικοποίηση ταυτότητας. Συμμετρική κρυπτογράφηση και υλοποίηση ακεραιότητας μηνύματος Ασφαλή διαβίβαση των δεδομένων, ανάλογα με το επίπεδο επικοινωνίας Μεθόδους μη αποποίησης Μεθόδους ανταλλαγής εμπιστευτικών δεδομένων Ασφαλή επικοινωνία ομάδας

40 Κρυπτογραφικά πρωτόκολλα Internet Key Exchange Ipsec Kerberos Off the record messaging Point 2 Point Protocol Signal Protocol Transport Layer Security (TLS) composed of Z and Real-time Transport Protocol (ZRTP)

41 Alice Bob Δημόσιο Δίκτυο

42 Πρωτόκολλο εγκαθίδρυσης κι ανταλλαγής κλείδας Diffie-Hellman Alice p, q Bob a A q a mod p B q b mod p b S B a mod p S B a mod p R A b mod p R A b mod p

43 Πρωτόκολλο εγκαθίδρυσης κι ανταλλαγής κλείδας Diffie-Hellman

44 Πρωτόκολλο εγκαθίδρυσης κι ανταλλαγής κλείδας Diffie-Hellman Το πρωτόκολλο Diffie-Hellman είναι το πρώτο παράδειγμα πρωτοκόλλου εγκαθίδρυσης κι ανταλλαγής κλείδας. Προσοχή, δεν παρέχει αυθεντικοποίηση Ούτε η Alice ούτε ο Bob γνωρίζουν επακριβώς με ποιόν αντάλλαξαν κλείδες. Επομένως χωρίς αυθεντικοποίηση, δεν μπορεί ούτε η εμπιστευτικότητα να πιστοποιηθεί Εντούτοις μαζί με αυθεντικοποίηση έχει πολλά πλεονεκτήματα καθώς εμπεριέχει την ιδιότητα της PFS (Perfect Forward Secrecy). Μια αποκάλυψη μελλοντικής κλείδας δεν αποκαλύπτει προηγούμενες επικοινωνίες.

45 K A, TTP Πρωτόκολλο εγκαθίδρυσης κι ανταλλαγής κλείδας Needham - Schroeder Trusted Third Party TTP K B, TTP Alice r A { A, B, r } A Bob { K A, B, A} K B, TTP Κλείδα συνόδου K A, {, r, B, K,{ K, A} } A A, B A B K B, TTP K A, TTP {, K, A} A B K B, TTP

46 Πρωτόκολλο εγκαθίδρυσης κι ανταλλαγής κλείδας Needham Schroeder (συνέχεια) Trusted Third Party TTP K A, K B, TTP Alice r Bob {r 1}, { K A, B, A} K B, TTP {r },

47 K A, TTP Πρωτόκολλο εγκαθίδρυσης κι ανταλλαγής κλείδας Otway-Rees Trusted Third Party TTP K B, TTP Alice r A Bob ( ia, A, B,{ ra, ia, A, B,} K,TTP ) { K A, B, A} K B, TTP ( ia, A, B,{ ra, ia, A, B,} K,{ r,,,,} A TTP B ia A B K B,, TTP ) K A,

48 Πρωτόκολλο εγκαθίδρυσης κι ανταλλαγής κλείδας Otway-Rees (συνέχεια) Alice Trusted Third Party TTP K A, Bob ( ia,{ ra, } K,{ r, } A, TTP B, K B,, TTP { K A, B, A} K B, TTP ) ( ia,{ r A, } K A,, TTP )

49 Kerberos

50

51

52