Criptografia

Conceito

●

Do grego, kriptos(secreto) e graphos(escrita)

Surgiu como ciência ou arte de escrever

mensagens de forma codificada

impossibilitando a leitura a terceiros não

autorizados

●

Permanece a principal ferramenta para

garantir confidencialidade e integridade da

informação

Definições

●

Cifra

–

Conjunto de procedimentos ou técnica usada para

ocultar a mensagem

●

Cifra de substituição

–

Os caracteres da mensagem original são

Definições

●

Cifra de Transposição

–

Os caracteres da mensagem original têm sua

Definições

●

Cifras monoalfabéticas

–

Utilizam um único alfabeto para cifrar

●

Cifras polialfabéticas

–

Alfabetos da mensagem original e cifrada são

Definições

●

Chave

–

Sequencia de caracteres que funciona como

índice para a cifra determinando seu

funcionamento

–

A chave passa a ser o segredo ao invés da cifra

●

Cifras Simétricas x Assimétricas

–

Simétricos: DES, 3DES, AES, etc

Serviços criptográficos

– Garante o sigilo das informações ● Autenticação

– Prova a identidade do indivíduo ou computador na outra ponta da comunicação ● Autenticidade

– Assegura que a mensagem foi gerada por quem o indivíduo ou sistema alega ser.

Serve também para garantir a autenticidade de operações realizadas e registradas (ex: assinatura digital)

● Integridade

– Assegura que as informação não foram alteradas de sua forma original desde a sua

geração

● Não-repúdio

– Baseado na autenticidade e integridade, impede que um usuário negue ter realizado

Ameaças à Segurança na Rede

Captura de Pacotes:

– meio broadcast

– Placas de rede em modo promiscuo lêem todos os pacotes que

passam por elas

– podem ler todos os dados não criptografados (ex. senhas) – ex.: C captura os pacotes de B

A

B

C

IP Spoofing:

–

pode gerar pacotes “novos” diretamente da

aplicação, colocando qualquer valor no campo

de endereço IP de origem

–

receptor não sabe se a fonte foi falsificada

ex.: C finge ser B

A

B

C

org:B dest:A dados

Negação de Serviço (DOS - Denial of Service):

– inundação de pacotes maliciosamente gerados “afogam” o

receptor

– DOS Distribuído (DDOS): fontes múltiplas e coordenadas

inundam o receptor

– ex., C e um computador remoto atacam A com mensagens SYN

A

B

C

A linguagem da criptografia

chave simétrica de crptografia: as chaves do transmissor e do receptor são idênticas

chave pública de criptografia: critografa com chave pública, decriptografa com chave secreta

Figure 7.3 goes here

plaintext plaintext

ciphertext

K

A KB

texto aberto texto aberto

texto cifrado Algoritmo de Criptografia Algoritmo de Decriptografia canal canal

Criptografia com Chave Simétrica

código de substituição:

substituindo uma coisa por outra

texto aberto: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz texto cifrado: mnbvcxzasdfghjklpoiuytrewq

texto aberto: bob. i love you. alice texto cifrado: nkn. s gktc wky. mgsbc

Ex.:

Q:

quão difícil é quebrar este código simples?:

•força bruta (quantas tentativas?)

•outro método?

DES: criptografia com chave simétrica

DES: Data Encryption Standard

●

Padrão de criptografia dos EUA [NIST 1993]

●

chave simétrica de 56-bits, 64 bits de texto aberto na entrada

●

Quão seguro é o padrão DES?

– DES Challenge: uma frase criptografada com chave de 56 bits (“Strong

cryptography makes the world a safer place”) foi decriptografada pelo método da força bruta em 4 meses

– não há ataque mais curto conhecido

●

tornando o DES mais seguro

– use três chaves em seqüência (3-DES) sobre cada dado – use encadeamento de blocos de códigos

Criptografia de

chave simétrica:

DES

permutação inicial

16 rodadas idênticas de

função de substituição,

cada uma usando uma

diferente chave de 48

bits

permutação final

Criptografia com Chave Pública

chave simétrica

● exige que o transmissor e o receptor compartilhem a chave secreta

● Q: como combinar a chave inicialmente (especialmente no caso em que eles nunca se encontram)?

chave pública

❒ abordagem radicalmente

diferente [Diffie-Hellman76, RSA78]

❒ transmissor e receptor não compartilham uma chave secreta

❒ a chave de criptografia é

pública (conhecida por todos)

❒ chave de decriptografia é privada (conhecida somente pelo receptor)

Criptografia com chave pública

Figure 7.7 goes here

Algoritmo de Criptografia Algoritmo de Decriptografia Mensagem Mensagem aberta, m

aberta, m Mensagem Mensagem _{aberta, m aberta, m}

mensagem cifrada

mensagem cifrada

Chave de criptografia pública

Chave de criptografia pública

Chave de decriptografia privada

Algoritmos de criptografia com chave pública

necessita d ( ) e e ( ) tal que

d (e (m)) = m

B

B

.

.

necessita chaves pública e privada para d ( ) e e ( )

B B

Duas exigências correlatas:

1

2

RSA: Escolhendo as chaves

1.

Encontre dois números primos grandes

p, q.

(ex., 1024 bits cada um)

2.

Calcule

n

= pq, z = (p-1)(q-1

)

3.

Escolha

e

(com e<n)

que não tem fatores primos em

comum com z. (

e, z

são “primos entre si”).

4.

Escolha

d

tal que

ed-1

é exatamente divisível por

z

.

(em outras palavras:

ed

mod

z = 1

).

RSA: Criptografia e Decriptografia

0.

Dado (

n,e

) e (

n,d

) como calculados antes

1.

Para criptografar o padrão de bits,

m

, calcule

c = m mod ne

_{(i.e., resto quando}

m

_{é dividido por}

e

n

₎

2.

Para decriptografar o padrão de bits recebidos,

c

,

calcule

m = c mod nd

(i.e., resto quando

c

é dividido

d

n

)

Mágica acontece!

RSA exemplo:

Bob escolhe

p=5, q=7

. Então

n=35, z=24

.

e=5

(assim

e, z

são primos entre si).

d=29

(assim

ed-1

é exatamente divisível por z).

letra

m

me

l

₁₂

1524832

17

c

17

12

_letra

l

RSA: Porque:

m = (m mod n)e d mod n

(m mod n)e d mod n = m mod ned

Resultado da teoria dos Números: Se p,q são primos, n = pq, then

xy mod n = x mody mod (p-1)(q-1) n

= m mod ned mod (p-1)(q-1)

= m mod n1

= m

(usando o teorema apresentado acima)

(pois nós escolhemos ed divisível por

Autenticação

Meta:

Bob quer que Alice “prove” sua

identidade para ele

Protocolo ap1.0:

Alice diz “Eu sou Alice”

Cenário de Falha??

Autenticação: outra tentativa

Protocolo ap2.0:

Alice diz “Eu sou Alice” e envia seu

endereço IP junto como prova.

Cenário de Falha??

Eu sou Alice

Endereço IP de Alice

Autenticação: outra tentativa

Protocolo ap3.0:

Alice diz “Eu sou Alice” e envia sua senha

secreta como prova.

Cenário de Falha?

Eu sou Alice,

senha

Autenticação: mais uma tentativa

Protocolo ap3.1:

Alice diz “Eu sou Alice” e envia sua senha

secreta

criptografada

para prová-lo.

Cenário de Falha?

I am Alice

Autenticação: mais uma tentativa

Meta:

evitar ataque de reprodução (playback)

Figure 7.11 goes here

Nonce:

número (R) usado apenas uma vez na vida

ap4.0: para provar que Alice “está ao vivo”, Bob envia a Alice um

nonce, R. Alice deve devolver R, criptografado com a chave secreta comum

Eu sou Alice Eu sou Alice

Autenticação: ap5.0

ap4.0 exige chave secreta compartilhada

–

problema: como Bob e Alice combinam a chave

é possível autenticar usando técnicas de chave

pública?

ap5.0:

usar nonce, criptografia de chave pública

Envie-me sua chave pública e

Envie-me sua chave pública e_AA

Bob calcula Bob calcula e e_AA[d[d_AA[R]]=R[R]]=R autenticando autenticando

Figure 7.14 goes here

ap5.0: falha de segurança

Ataque do homem (mulher) no meio:

Trudy se passa por Alice

(para Bob) e por Bob (para Alice)

Assinaturas Digitais

Técnica criptográfica análoga

às assinaturas manuais.

● Transmissor(Bob) assina

digitalmente um documento, estabelecendo que ele é o autor/criador.

● Verificável, não-forjável:

receptor (Alice) pode verificar que Bob, e ninguém mais, assinou o documento.

Assinatura digital simples

para mensagem m:

● Bob criptografa m com sua chave privada dB, criando a

mensagem assinada dB(m).

● Bob envia m e d

B(m) para Alice.

Texto criptografado com a chave

pri-vada de Bob Mensagem pronta para transmissão Chave privada de Bob

Assinaturas Digitais (mais)

● Suponha que Alice recebe a mensagem m, e a assinatura digital dB(m)

● Alice verifica que m foi

assinada por Bob aplicando a chave pública de Bob eB a

dB(m) então verifica que

eB(dB(m) ) = m.

● Se e

B(dB(m) ) = m, quem quer

que tenha assinado m deve posuir a chave privada de Bob.

Alice verifica então que:

– Bob assinou m.

– Ninguém mais assinou m. – Bob assinou m e não m’.

Não-repúdio:

– Alice pode levar m, e a

assinatura dB(m) a um tribunal

Resumos de Mensagens

Computacionalmente caro

criptografar com chave pública mensagens longas

Meta: assinaturas digitais de comprimento fixo, facilmente computáveis, “impressão digital” ● aplicar função hash H a m, para

obter um resumo de tamanho fixo, H(m).

Propriedades das funções de Hash:

● Muitas-para-1

● Produz um resumo da mensagem

de tamanho fixo (impressão digital)

● Dado um resumo da mensagem x,

é computacionalmente impraticável encontrar m tal que x = H(m)

● computacionalmente impraticável

encontrar duas mensagens m e m’

mensagem mensagem longa longa mensagem mensagem longa longa função de hash função de hash muitas-para-um muitas-para-um resumo da resumo da mensagem, mensagem, tam. fixo tam. fixo

Assinatura digital = resumo assinado de mensagem

Bob envia mensagem digitalmente

assinada: Alice verifica a asinatura e a _{integridade da mensagem} digitalmente assinada:

Algoritmos de Funções de Hash

● A soma verificadora da Internet

resulta num resumo de mensagem pobre.

– Muito fácil encontrar duas

mensagens com a mesma soma verificadora.

● O algoritmo MD5 é a função de hash

mais usada.

– Calcula resumo de 128-bits da

mensagem num processo de 4 etapas.

– uma cadeia arbitrária X` cujo hash

de 128 bits obtido pelo MD5 é igual ao hash de um cadeia X parece difícil de construir.

● SHA-1 também é usado.

– padrão do EUA

– resumo de mensagem com

Intermediários Confiáveis

Problema:

– Como duas entidades

estabelecem uma chave compartilhada secreta sobre uma rede?

Solução: – centro de distribuição de chaves confiável (KDC) atuando como intermediário entre as entidades Problema:

– Quando Alice obtém a chave

pública de Bob (de um web site, e-mail, ou diskette), como ela sabe que é a

chave pública de Bob e não de Trudy?

Solução

– autoridade certificadora

Centro de Distribuição de Chaves (KDC)

● Alice e Bob necessitam de um chave simétrica compartilhada. ● KDC: servidor compartilha

diferentes chaves secretas com cada usuário registrado.

● Alice e Bob conhecem as

próprias chaves simétricas, K A-KDC KB-KDC , para comunicação

com o KDC.

❒ Alice se comunica com o KDC, obtém

a chave de sessão R1, e KB-KDC(A,R1)

❒ Alice envia a Bob

KB-KDC(A,R1), Bob extraí R1

❒ Alice e Bob agora compartilham a

chave simétrica R1.

Alice conhece

R1

Bob conhece R1

Autoridades Certificadoras

● Autoridades certificadoras (CA)

associam chaves públicas a uma particular entidade.

● Entidade (pessoa, roteador,

etc.) pode registrar sua chave pública com a CA.

– Entidade fornece “prova de

identidade” à CA.

– CA cria certificado ligando a

entidade à chave pública.

– Certificado é digitalmente

assinado pela CA. ● Quando Alice quer a chave pública de

Bob:

● obtém o certificado de Bob (com Bob ou

em outro local).

● Aplica a chave pública da CA ao

informação de identidade de Bob certificado criptografado de Bob chave pública de Bob Autoridade Certificadora Chave privada da autoridade certificadora

Exemplo: E-mail seguro

• gera chave simétrica aleatória, KS.

• criptografa mensagem com KS

• também criptografa KS com a chave pública de Bob.

• envia KS(m) e eB(KS) para Bob.

• Alice quer enviar uma mensagem de e-mail secreta, m, para Bob.

Alice envia mensagem de e-mail m

Bob recebe mensagem de e-mail m

Exemplo: E-mail seguro (continuação)

• Alice quer prover autenticação do transmissor e integridade da mensagem.

• Alice assina digitalmente a mensagem.

• envia a mensagem (em texto aberto) e a assinatura digital.

Alice envia mensagem de e-mail m

Bob recebe mensagem de e-mail m

Exemplo: E-mail seguro (continuação)

transmissor e integridade da mensagem.

Pretty good privacy (PGP)

● Esquema de criptografia de e-mail da Internet, um padrão de fato.

● Usa criptografia de chave

simétrica, criptografia de chave pública, função de hash e

assinatura digital, como descrito.

● Oferece privacidade,

autenticação do transmissor e integridade.

● O inventor, Phil Zimmerman, foi alvo de uma investigação

federal durante três anos.

---BEGIN PGP SIGNED MESSAGE---Hash: SHA1

Bob:My husband is out of town

tonight.Passionately yours, Alice ---BEGIN PGP SIGNATURE---Version: PGP 5.0 Charset: noconv yhHJRHhGJGhgg/12EpJ+lo8gE4vB3mqJhFEv ZP9t6n7G6m5Gw2 ---END PGP

Secure sockets layer (SSL)

● PGP oferece segurança para uma

aplicação de rede específica.

● SSL opera na camada de

transporte. Fornece segurança para qualquer aplicação baseada no TCP que usa os serviços da SSL.

● SSL: usada entre clientes WWW e

servidores de comércio eletrônico (shttp).

● Serviços de segurança da SSL: – autenticação do servidor

– criptografia dos dados

– autenticação do cliente (opcional)

● Autenticação do Servidor: – clientes com SSL habilitado

incluem chaves públicas para CA’s confiáveis.

– Cliente solicita o certificado do

servidor, originado pela entidade certificadora confiável.

– Cliente usa a chave pública da CA

para extrair a chave pública do servidor do certificado.

● Visite o menu de segurança do seu

browser para examinar suas

SSL (continuação)

Sessão SSL criptografada:

● Cliente gera uma chave de sessão

simétrica e a criptografa com a chave pública do servidor, envia a chave simétrica criptografada ao servidor.

● Usando sua chave privada, o

servidor decriptografa a chave.

● Cliente e o servidor negociam que

as futuras mensagens serão criptografadas.

● Todos os dados enviados na porta

TCP (pelo cliente ou pelo servidor) são criptografados com a chave de sessão.

● SSL: base do mecanismo

Transport Layer Security (TLS) do IETF.

● SSL pode ser usado por aplicações que não usam a Web, por exemplo, IMAP.

● Autenticação do cliente pode ser feita com certificados do cliente.

Secure electronic transactions (SET)

● projetado pra transações de

pagamento de cartões de crédito sobre a Internet.

● oferece serviços de segurança

envolvendo três partes:

– cliente

– comerciante

– banco do vendedor

Todos devem ter certificados.

● SET especifica o valor legal dos

certificados.

– divisão das responsabilidades

pelas transações

● Número do cartão do cliente é

enviado ao banco do vendedor sem que o vendedor veja o número

aberto em nenhum momento.

– Previne que os vededores

possam furtar e repassar

números de cartões de crédito.

● Três componentes de software:

– Carteira do browser

– Servidor do comerciante – Gateway do adquirente

● Veja o texto do livro para a descrição

Ipsec: Segurança na Camada de Rede

● Segurança na Camada de Rede:

– o host transmissor criptografa os

dados no datagrama IP

– Segmentos TCP e UDP; ICMP e

mensagens SNMP.

● Autenticação na Camada de Rede

– host destino pode autenticar o

endereço IP da origem

● Dois protocolos principais:

– protocolo de autenticação de

cabeçalho (AH - Authentication Header)

– protocolo de encapsulamento

seguro de dados (ESP -

Encapsulation Secure Payload)

● Tanto para o AH como para o ESP,

exige negociação entre a fonte e o destino:

– cria canal lógico de camada de

rede chamado de “acordo de serviço” (SA)

● Cada SA é unidirecional.

● Unicamente determinado por:

– protocolo de segurança (AH ou

ESP)

– endereço IP da origem

Protocolo ESP

● Oferece privacidade, autenticação de host e integridade dos dados.

● Dados e trailer ESP são criptografados.

● Campo de próximo cabeçalho está no trailer ESP.

● campo de autenticação do ESP é similar ao campo de

autenticação do AH. ● Protocolo = 50.

Autenticado

Protocolo de Autenticação de Cabeçalho (AH)

● Oferece autenticação do host

originador, integridade de dados, mas não privacidade dos dados.

● Cabeçalho AH é inserido entre o

cabeçalho IP e o campo de dados do IP.

● Campo de Protocolo = 51. ● Roteadores intermediários

processam o datagrama na forma usual.

cabeçalho AH inclui:

● identificador de conexão

● dados de autenticação: mensagem

assinada e resumo da mensagem são calculados sobre o datagrama IP

original, provendo autenticação da fonte e integridade dos dados.

● Campo próximo cabeçalho: especifica