Criptografia

Criptografia

&

Segurança

Segurança

• Segurança Lógica

• Privacidade– Os dados somente são acessíveis para as pessoas

autorizadas

• Autenticidade– Os dados são “assinados” (gerados pelas pessoas

autorizadas)

• Integridade– Modificações nos dados (intencionais ou não) são detectadas

• Irrefutabilidade– O autor dos dados não pode negar a autoria

Segurança em PCs

• Aspectos de segurança retirados no projeto

• Arquitetura aberta

• Sistema Operacional aberto

• Controle de acesso ineficaz

• Baixo custo

• Uso muito difundido

• Conhecimento disseminado

Segurança na Internet

• Início: ARPANET, 1969

• Interligação de universidades e agencias de pesquisa

• Uso acadêmico

• Pouca preocupação com segurança– Uso por especialistas

– Correio Eletrônico

– Troca de arquivos e documentos

– Acesso restrito

– Confiança mútua

– Poucos casos de má utilização

Situação atual da Internet

• Utilização para situações não previstas

• Acesso irrestrito

• Mecanismos fracos de identificação e autenticação

• Sociedade eletrônica– Utopia x Caos

– Fonte de conhecimento x Validade da Informação

– Autoestrada da Informação x Superoferta de Informação

– Código de ética não escrito

– Existência de vândalos, malfeitores, bandidos, terroristas

– Necessidade de mecanismos de defesa

Problemas de Segurança

• Atacante Passivo– Capaz de monitorar toda a transmissão

– Pode obter cópia da transmissão

– Pode reproduzir dados transmitidos

– Pode requerer equipamento sofisticado

– Fácil de ser realizado na Internet (hardware barato e software disponível)

• Atacante Ativo– Capaz de interceptar e alterar a transmissão

– Ataque do “homem no meio”

– Pode ser realizado por Engenharia Social

– Capaz de inserir dados falsos

Segurança em Computação

• Segurança é um atributo negativo

• Segurança diminui a facilidade de uso

• Segurança diminui a liberdade do usuário

• Problemas– Falta de normalização

– Falta de suporte nos sistemas de computação

– Problemas legais de exportação/importação

– Gerenciamento da segurança

– Falta de conscientização

– Problemas de engenharia social

Política de segurança

• Promíscuo– Tudo é permitido

• Permissivo– Tudo que não é proibido é permitido

• Prudente– Tudo o que não é permitido é proibido

• Paranóico– Tudo é proibido

Segurança por Criptografia

• Proteção de informação sensível

• Necessita de chaves e/ou identificação

• Chaves– Algo que o usuário sabe (senha)

– Algo que o usuário possui (cartão)

– Algo que o usuário é (voz, digital, íris, rosto)

• Necessário gerenciar as chaves

• Necessário distribuir as chaves

Criptografia

• Definições Básicas

• Criptografia Clássica

• Criptografia Contemporânea

Definições Básicas

• Criptografia é a arte ou ciência que trata das técnicas de tornar uma mensagem confusa, incompreensível para qualquer pessoa que não seja o destinatário da mesma

• A mensagem original é chamada texto normal, texto original, texto claro, texto aberto ou ainda texto plano

• O processo de usar uma técnica de criptografia é chamado encriptação ou mesmo criptografia

• A mensagem resultante é chamada texto encriptado ou texto criptografado

Definições Básicas

• Decriptação é o processo de obter o texto original a partir do texto encriptado, ou seja, o contrário do processo de encriptação

• Passos:

– O remetente encripta o texto original, obtendo o texto encriptado

– O remente envia o texto encriptado ao destinatário

– O destinatário recebe o texto encriptado

– O destinatário decripta o texto encriptado, obtendo o texto original

Definições Básicas

Mensagem Original

(M)

Algoritmo de Encriptação

(E)

Mensagem Encriptada

(C)

C=E(M)

Mensagem Encriptada

(C)

Algoritmo de Decriptação

(D)

Mensagem Original

(M)

M=D(C)

Definições Básicas

• Criptografia consiste basicamente em:

– Códigos: a confusão é criada no nível das palavras » Os americanos usaram a língua dos índios navajos para

trocar mensagens secretas durante a II Guerra

– Cifras: a confusão é criada em nível no nível dos caracteres

» O imperador romano Júlio César trocava letras para enviar mensagens secretas

Definições Básicas

• Codificar, codificação, texto codificado, decodificar, decodificação e texto decodificado são termos aplicados à criptografia realizada com códigos

• Cifrar, cifragem, texto cifrado, decifrar, decifragem (ou decifração) e texto decifrado são termos aplicados à criptografia realizada com cifras

Definições Básicas

• Atacante é a pessoa que não é nem remetente nem destinatário da mensagem, mas que tenta desvendá-la ou obter outras informações inerentes ao processo

• Atacantes fazem uso da criptoanálise, que é a arte ou ciência que trata de desvendar os segredos envolvidos no processo de criptografia

Definições Básicas

• A criptoanálise tenta descobrir:– o algoritmo, comparando o texto original com o

encriptado

– a senha, comparando o texto original com o encriptado e tendo conhecimento do algoritmo

– o texto original, tendo conhecimento do texto encriptado, do algoritmo e, talvez, da senha

Definições Básicas

• Criptologia é a ciência que abrange a criptografia e a criptoanálise

• Esteganografia é a arte ou ciência que trata das técnicas de ocultar a mensagem

– Mensagens subliminares

– Tinta invisível

• A criptologia não engloba a esteganografia

Modelo (primitivo) de criptografia

E DM C M

Cifragem Decifragem

Atacante pode capturar CProteção está no segredo dos algoritmos E e D

Atacante

Modelo (atual) de criptografia

E DM C M

Cifragem Decifragem

Proteção está no segredo das chaves

Ke Kd

Atacante conhece C, E e DAtacante deve obter M (ou Kd)

Atacante

Ataque ao texto normal

E DM C M

Cifragem Decifragem

Atacante conhece E, D, no mínimo um par (M, C)Atacante deve obter Kd

Ke Kd

Atacante

Ataque adaptativo ao texto normal

E DM C M

Cifragem Decifragem

Atacante conhece E e D Pode fornecer vários pares (M,C), interativamenteDeve obter Kd ou Ke

Ke Kd

Atacante

Segurança computacional

E DM C M

Cifragem Decifragem

Premissa de Kerchoff: atacante conhece tudo,somente não conhece Ke e KdSó deve obter Ke ou Kd por força bruta

Ke Kd

Segurança por criptografia

• Não existe sistema absolutamente seguro (*)

• Toda criptografia pode ser “quebrada”

• Complexidade temporal

• Complexidade econômica

• Segurança computacional

(*) Exceto “one time pad”: C = M exor K

One Time Pad

• C = M exor K

• K tem o mesmo tamanho de M

• K nunca é reutilizada (“one time”)

• Praticamente impossível de gerenciar chaves

• Ataque do texto normal: K = C exor M

Criptografia tradicional

• Substituição de símbolos

• Permutação de símbolos

• Estenografia

• Livro de códigos

• Máquina de cifragem

Criptografia contemporânea

• Criptografia de chave única (ou simétrica)

• Criptografia de chave pública (ou assimétrica)

• Funções de hash seguras (ou funções de verificação de integridade)

Criptografia de chave única

• Única chave para cifragem e decifragem

• Substituição, permutação, operações algébricas

• Alta velocidade

• Problemas na distribuição de chaves

• Exemplos– DES (Data Encryption Standard) - 1977 - 56 bits

– DES40 - versão de 40 bits

– 3DES - DES triplo - 112 bits

– RC4_40 - 40 bits

– RC4_128 - 128 bits

– RC2_CBC_40 - 40 bits

– IDEA - 128 bits

Criptografia de chave única

• AES - Advanced Encryption System

• Finalistas– MARS (IBM)

– RC6 (RSA)

– Rijndael (Joan Daemen, Vincent Rijmen - Bélgica)

– Serpent (Ross Anderson, Eli Biham, Lars Knudsen - USA)

– Twofish (Bruce Schneier et all - USA)

– Chaves de 128, 192 e 256 bits

– Escolha final: Rijndael (2 de outubro de 2000)

Criptografia de chave única

• Alteração de um bit na entrada altera 50% dos bits de saída

• Alteração de um bit na chave altera 50% dos bits de saída

• Ataque da força bruta - tentar todas as chaves possíveis

• Tempo cresce exponencialmente com o número de bits da chave

• Poder de processamento também cresce

Segurança por Criptografia

Atacante Orçamento 40 bits 56 bits Segurança

Hacker $2.000 1 semana 38 anos 46 bits

EmpresaPequena

$20.000 5 horas 556 dias 56 bits

EmpresaMédia

$300.000 12 min 19 dias 62 bits

EmpresaGrande

$10 M 24 seg 13 horas 75 bits

Governo $300 M 0,7 seg 6 minutos 80 bits

Criptografia de chave única

• Chaves de 128 bits (mínimo)

• Um “DES-cracker”, que encontra uma chave DES em 1 segundo (realiza 256 tentativas por segundo) levaria 149 trilhões de anos para quebrar uma chave de 128 bits (idade atual do universo: 20 bilhões de anos)

• Um array de 1024 destes computadores quebraria a chave em um dia, mas não existem átomos de silício suficientes no universo conhecido para construir este array

• Tempo cresce exponencialmente com o número de bits da chave

Criptografia de chave pública

• Duas chaves: uma pública e outra secreta

• Cifragem com uma chave somente é decifrada com a outra chave

• Privacidade: cifrar com chave pública; somente chave secreta pode decifrar

• Assinatura: cifrar com chave secreta; chave pública decifra e identifica usuário

• Operação: funções aritméticas complexas

• Baixa velocidade

• Fácil distribuição de chaves

Criptografia de chave pública

• Exemplos– RSA (Rivest, Shamir, Adelman): cifragem e assinatura

– DH (Diffie& Hellman): troca de chaves

– DSS (Digital Signature Standard)

– El Gamal: cifragem e assinatura

• Tamanho da chave– Chaves fracas: menos de 768 bits

– Mais de 200 dígitos decimais (1024 bits)

– Proteção contra hacker: 1024 bits

– Proteção contra empresas: 1536 bits

– Proteção contra governo: 2048 bits

Funções de verificação de integridade

• Funções de hash unidirecionais

• Equivalente criptográfico do CRC e checksum

• Detectar alterações intencionais

• Calcula uma “impressão digital” (ou resumo) de um documento

• Tamanho típico do resumo: 128 bits

• Exemplos– MD5 (Message Digest 5)

– SHA (Secure Hash Algorithm)