Úvod do kryptologie. Ing. Jan Přichystal, Ph.D. 12. listopadu PEF MZLU v Brně

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Úvod do kryptologie. Ing. Jan Přichystal, Ph.D. 12. listopadu 2008. PEF MZLU v Brně"

Josef Bárta
před 9 lety
Počet zobrazení:

1 PEF MZLU v Brně 12. listopadu 2008

2 Úvod Od nepaměti lidé řeší problém: Jak předat zprávu tak, aby nikdo nežádoucí nezjistil její obsah? Dvě možnosti: ukrytí existence zprávy ukrytí smyslu zprávy S tím také souvisí otázka: Jak zajistit, aby zpráva nebyla cestou změněna? Odhalení nebo neodhalení zprávy často rozhodovalo o životě a smrti.

Dvě možnosti: ukrytí existence zprávy ukrytí smyslu zprávy S tím také

3 Kryptologie Věda, která se zabývá studiem šifer se nazývá kryptologie. Kryptologie zkoumá jak zprávy ukrývat tak, aby je nebylo možné nalézt nebo přečíst. Kryptografie šifrování, způsob znemožnění přečtení zprávy, neutajujeme existenci zprávy, ale její smysl. kryptos = skrytý, graphein = psát Steganografie ukrývání samotné existence zprávy steganos = schovaný, graphein = psát

Kryptografie šifrování, způsob znemožnění přečtení zprávy, neutajujeme existenci zprávy, ale

4 Steganografie Bitva u Salamíny (480 př.n.l.) Řek Damaratus ukryl zprávu pod voskem na prázdných psacích destičkách. Hérodotos Oholit posla, napsat zprávu a počkat, až mu vlasy opět narostou. Staří Číňané zpráva na kusu hedvábí, zmačkané, zalité voskem posel kuličku polknul. Giovanni Porta (16. stol.) speciální inkoust, napíše zprávu na vejce, uvaří jej na tvrdo, zpráva pronikne skořápkou na bílek. Mikrotečky

Staří Číňané zpráva na kusu hedvábí, zmačkané, zalité voskem posel kuličku polknul. Giovanni Porta (16.

5 Transpozice Uspořádání písmen zprávy jiným způsobem. Byl pozdni vecer prvni Maj, vecerni Maj byl lasky cas. Řešení B L O D I E E P V I A V C R I A B L A K C S Y P Z N V C R R N M J E E N M J Y L S Y A BLODIEEPVIAVCRIABLAKCSYPZNVCRRNMJEENMJYLSYA Historicky první vojenské šifrování Skytale (Sparta). Pruh kůže navinutý na tyč dané tloušťky.

Řešení B L O D I E E P V I A V C R I A B L A K C S Y P Z N V C R R N M J E E N M J Y

6 Substituce Princip spočívá v nahrazení každého znaku otevřené abecedy jedním znakem šifrové abecedy. Možných variant je 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 C G F T K M Q I J A U Y O H P R W S L N V X D B Z E Příklad: mundus vult decipi OVHTVL XVYN TKFJRJ

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 C G F T K M Q I J

7 Obecný šifrovací postup 1 Odesilatel aplikuje na otevřený text šifrovací algoritmus s využitím klíče. 2 Získá šifrový text, pošle jej příjemci. 3 Příjemce aplikuje na šifrový text dešifrovací algoritmus s využitím klíče. 4 Získá zpět otevřený text.

2 Získá šifrový text, pošle jej příjemci.

8 Kerckhoffův princip Základní princip kryptografie Nizozemský lingvista Auguste Kerckhoffs von Nieuwenhoff (1883) Bezpečnost šifrovacího systému nesmí záviset na utajení algoritmu, ale pouze na utajení klíče.

Nieuwenhoff (1883) Bezpečnost šifrovacího systému

9 Caesarova šifra Přibližně 2000 let starý a pravděpodobně nejznámější šifrovací systém. Autorství je připisováno Juliu Caesarovi, který ji používal jako jednu z mnoha šifer. Princip spočívá v posunutí šifrovaného písmene o tři místa dále v abecedě. 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 Příklad: veni vidi vici YHQL YLGL YLFL

Princip spočívá v posunutí šifrovaného písmene o tři místa dále v abecedě.

10 Vylepšení substitučních šifer použití speciálních symbolů pro nahrazení některých slov nomenklátory znaky s klamajícím významem nulový znak, smaž předchozí znak... zkomolení zprávy na základě zvukomalebnosti frikvence slof

s klamajícím významem nulový znak, smaž předchozí znak.

11 Vigenèrova šifra Blaise de Vigenère, Polyalfabetická substituční šifra. Šifrování pomocí opakujícího se klíče délky > 1. Šifrování: Otevřený text: Klíčové slovo: Šifrový text: diverttroopstoeastridge WHITEWHITEWHITEWHITEWHI ZPDXVPAZHSLZBHIWZBKMZNM Složité na použití, náchylné k chybám. Nerozlomena po 300 let.

Šifrování: Otevřený text: Klíčové slovo: Šifrový text: diverttroopstoeastridge

12 Homofonní šifra Používala se jako vhodný kompromis mezi rychlostí šifrování a dešifrování a poskytovaným bezpečím. Odstraňuje hlavní problém monoalfabetických šifer frekvenční charakter. Každé písmeno se zde nahrazuje řadou reprezentací, přičemž jejich počet je úměrný frekvenci písmene. A B C D E Y Z 02 Příklad: a b e c e d a

Každé písmeno se zde nahrazuje řadou reprezentací, přičemž jejich počet je úměrný frekvenci písmene.

13 Šifrovací stroj ENIGMA Autorem byl německý vynálezce Arthur Scherbius, Vývoj od r Používala se v době před a během 2. sv. války německou armádou. Považována za zcela bezpečnou. Dešifrování zahájili Poláci, později své znalosti předali Spojencům, kteří ji dokázali částečně dešifrovat.

války německou armádou. Považována za zcela bezpečnou.

14 Metody kryptoanalýzy Při luštění šifer se používají nejrůznější techniky z různých oborů lidského vědění (lingvistika, statistika, matematika, informatika... ) Velmi důležitá je znalost jazyka otevřeného textu a jeho charakteristik. Základní představu o monoalfabetických šifrách získáme pomocí frekvenční analýzy, neaplikujeme ji však slepě. Pokoušíme se odhalit samohlásky (40 % textu) obvykle ve slově alespoň jedna, rozvrstveny relativně pravidelně, zřídka vedle sebe. Hledáme častá slova, typické digramy, trigramy. Zkoušíme delfskou metodu hádat celá slova, odhadnout obsah zprávy. Velmi zajímavý popis kryptoanalýzy podává v povídce Zlatý skarabeus E. A. Poe. La Disparition (Georges Perec) povídka o 20 stranách, ve které se nevyskytuje ani jedno písmeno e.

Pokoušíme se odhalit samohlásky (40 % textu) obvykle ve slově alespoň jedna, rozvrstveny relativně pravidelně, zřídka vedle sebe. Hledáme častá slova, typické digramy, trigramy.

15 Frekvence písmen Pro každý jazyk je specifická frekvence jednotlivých písmen. S touto znalostí jazyka lze rozpoznávat konkrétní znaky na základě jejich četnosti i po zašifrování.

16 Další charakteristiky Nejčastější digramy st, ne, se, na, ni, po, pr, ov, ro, je, te, le, ko, od, ra Nejčastější trigramy pro, ost, sta, pri, pre, ter, eni, ova, kte, pra Nejčastější slova a, v, se, na, je, ze, s, o, z, i, do, to, pro, ve, k Nejčastější zač. slov p, s, v, z, n, o Nejčastější kon. slov e, i, a, o, u, y

ova, kte, pra Nejčastější slova a, v, se, na, je, ze, s, o, z, i, do, to, pro,

17 Další charakteristiky Začátek Konec Samostatné Vazby na Vazby na slova slova slovo souhlásky samohlásky e el, em, en, ne, se, ta, je, le a ak, al, na, ra, ta, la au o ov, po, to ou i li, ni, ic, il u ku ou, au y by, vy

18 Nepřímé útoky I. Pro kryptoanalýzu jsou důležité nejen exaktní metody, ale i intuice, štěstí a rafinovanost. Uhodnutí obsahu vojenská korespondence typická oslovení, tituly, místa, pevná struktura zprávy... obchodní korespondence odhadnutí předmětu dopisování (zboží, města, jména obchodních partnerů) osobní korespondence forma oslovení, jméno odesílatele a příjemce

Uhodnutí obsahu vojenská korespondence typická oslovení, tituly, místa, pevná struktura

19 Nepřímé útoky II. Chyby šifrantů Slabým místem šifrovacích systémů je lidský faktor. Typickým příkladem je zaslání stejného obsahu zašifrovaného pomocí různých klíčů. Intriky Omylem vyzrazené komunikační klíče; Předstírání, že neumím číst cizí šifru, ale přitom ji už dávno čtu; Použití šifry v šifře; Uloupení klíčů;

Typickým příkladem je zaslání stejného obsahu zašifrovaného pomocí různých

20 Problémy dneška Satelitní telefonní hovory kdokoliv je může odposlouchávat Placená televize ochrana proti neautorizovaným uživatelům Placení přes internet zajištění autentičnosti příkazce operace Víceuživatelské OS...

neautorizovaným uživatelům Placení přes internet

21 Moderní šifrovací metody V dnešní době se pro šifrování využívá symetrických a asymetrických algoritmů. Symetrické metody: DES, 3DES, AES... Asymetrické metody: RSA, ElGamal...

22 Moderní steganografie Digitální steganografie Ukrývání zprávy do zdánlivého šumu. Obrázky, zvuk, video... Nešifrovanou zprávu lze snadno odhalit. Zásadní nevýhoda steganografie při odhalení zpráva padne útočníkovi ihned celá do rukou.

23 Kvantová kryptografie Využívá poznatků kvantové teorie, přenášenou informaci kóduje jako stavy částic. Umožňuje nejen přenést tajnou informaci, ale i odhalit potencionální odposlech. V dnešní době stále ještě velmi mladá a prakticky nepoužitelná technologie. Oproti jiným šifrám je její bezpečnost fundamentální a není založena na složitosti dešifrování.

24 Doporučená literatura Garfinkel, S., Spafford, G.: Bezpečnost v Unixu a internetu v praxi. Computer press, 1998 Garfinkel, S.: PGP Pretty Good Privacy. Computer press, 1998 Menezes, A. J., Oorschot, P. V., Scott A. Handbook of applied cryptography. Boca Raton: CRC Press, 1997 Schneier, B. Applied cryptography: protocols, algorithms, and source code in C. New York: John Wiley & Sons, 1996 Singh, S.: Kniha kódů a šifer. Praha: Dokořán, Argo, Orig. The Code Book, 1999.

25 Závěr Děkuji za pozornost Dotazy?

Podobné dokumenty

Monoalfabetické substituční šifry

Monoalfabetické substituční šifry PEF MZLU v Brně 21. října 2010 Úvod Jeden z prvních popisů substituční šifry se objevuje v Kámasútře z 4. stol, vychází však z rukopisů o 800 let starších. Princip substitučních šifer spočívá v nahrazení