Criptografia
Assinaturas Digitais
Certificados Digitais
Professor
Edgard Jamhour
2013 Edgard Jamhour
Criptografia e Descriptografia
CRIPTOGRAFIA
Texto Aberto
(PlainText)
Texto Fechado
(Ciphertext)
DECRIPTOGRAFIA
2013, Edgard Jamhour
Sistema de Criptografia Simples
• Caesar Cipher: usado por Julius Caesar
– Substituição de letras pelas letras deslocadas de N.
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC
Nada de novo
no front.
N=3
Qdgd gh qryr
qr iurqw.
N=4
Rehe hi rszs rs
jvstx.
2013, Edgard Jamhour
Espaço das Chaves (KeySpace)
• Uma chave é um valor específico do espaço de chaves
(keyspace).
• No exemplo anterior:
– Keyspace = 25
– N = 3, é a chave específica.
• Algoritmos modernos:
– Chaves binárias: 128, 256, 1024, 2048 bits
• Tipos de Criptografia:
– Simétrico: Keyspace  2tamanho da chave
– Assimétrico: Keyspace  2tamanho da chave
2013, Edgard Jamhour
Quebra de Criptografia
• A quebra da criptografia utilizando força bruta é
inviável para espaço de chaves acima de 2128
• Exemplo:
– Keyspace=264
• Computador: Deep Crack
• 90 bilhões de chaves por segundo
• Tempo para encontrar uma chave: 4 dias e meio
– Keyspace = 2128
• Computador = 1 trilhão de chaves por segundo
• Tempo para testar todas as chaves:
– 10 milhões de trilhões de anos.
2013, Edgard Jamhour
Criptografia Simétrica e Assimétrica
• Dois sistemas de criptografia são usados
atualmente:
– sistemas de chave secreta (secret-key)
• Também denominados simétricos
• Trabalha com uma única chave, denominada SECRETA.
– sistemas de chave pública (public-key)
• Também denominado assimétrico
• Trabalho com um par de chaves
– CHAVE PÚBLICA
– CHAVE PRIVADA
2013, Edgard Jamhour
Chave Secreta (Criptografia Simétrica)
Algoritmo de
Decriptografia
Algoritmo de
Criptografia
Texto
Simples
(plaintext)
Texto
Codificado
(ciphertext)
Chave Secreta
=
Texto
Simples
(plaintext)
Chave Secreta
2013, Edgard Jamhour
DES – Data Encryption Standard
• Um dos algoritmo de chave secreta mais difundido é o
DES.
– Originalmente Desenvolvido pela IBM.
– Este algoritmo é padronizado pela ANSI, e foi adotado como
algoritmo oficial pelo governo americano.
• DES criptografia blocos de 64 bits com chaves de 56 bits.
– DES utiliza técnicas baseadas em permutação sucessiva de bits.
• O algoritmo é considerado obsoleto:
– 1998: DES-cracker da Electronic Frontier Foundation (EFF), ao
custo de US$250.000, quebrou o algoritmo em 2 dias.
– 2008: COPACOBANA RIVYERA (128 Spartan-3 5000's), ao custo
de US$10.000, quebrou o algoritmo em menos de um dia.
2013, Edgard Jamhour
DES - Estrutura
• Uma permutação inicial (IP)
• 16 rounds de processamento
(função de Feistel –F)
• Uma permutação final (FP)
2013, Edgard Jamhour
Função de Feistel
• Opera em meio bloco (32 bits) de cada vez. É
composto de 4 operações:
– Expansion : transforma o bloco de 32 bits em 48
duplicando alguns bits.
– Key mixing — combina o resultado com uma sub-chave
de 48 bits.
– Substitution — divide o bloco em partes de 6-bits e
aplica o (S-Boxes) substitution boxes.
• Cada um dos 8 S-boxes substitui uma parte de 6 bits por outra
de 4 bits através de uma operação tabelada.
– Permutation — efetua uma permutação nos 32 bits para
espalhar os bits de cada S-box em pelo menos 4 Sboxes differences para o próximo round.
2013, Edgard Jamhour
Modos de Operação
• O DES possui vários modos de operação,
dependendo da maneira como os blocos de
64 bits de uma mesma mensagem são
criptografados.
• Alguns exemplos são:
– ECB: Electronic Codebook Mode
– CBC: Cipher Block Chaining
2013, Edgard Jamhour
MODO ECB
• O Modo ECB divide a mensagem em blocos de 64
bits, e criptografa cada bloco de maneira
independente.
DADOS
BLOCO 64 bits
BLOCO 64 bits
BLOCO 64 bits
CRIPTOGRAFIA
CRIPTOGRAFIA
CRIPTOGRAFIA
BLOCO 64 bits
(cipher text)
BLOCO 64 bits
(cipher text)
BLOCO 64 bits
(cipher text)
2013, Edgard Jamhour
MODO CBC
• O Metodo CBC torna a criptografia de um bloco
dependente do bloco anterior.
DADOS
BLOCO 64 bits
CRIPTOGRAFIA
BLOCO 64 bits
(cipher text)
BLOCO 64 bits
XOR
BLOCO 64 bits
XOR
CRIPTOGRAFIA
CRIPTOGRAFIA
BLOCO 64 bits
(cipher text)
BLOCO 64 bits
(cipher text)
2013, Edgard Jamhour
Chave Pública = CRIPTOGRAFIA ASSIMÉTRICA
• Sistema de Criptografia Assimétrico
– Utiliza um par de chaves.
– Uma chave publica para criptografar a mensagem.
– Uma chave privada para decriptografar a mensagem.
• A chave pública não é secreta.
• A chave privada é secreta.
• A chave pública deve ser distribuída para os
usuário que desejarem enviar uma mensagem
com segurança.
2013, Edgard Jamhour
Chave Pública (Criptografia Assimétrica)
Algoritmo de
Criptografia
Texto
Simples
(plaintext)
Algoritmo de
Descriptografia
Texto
Codificado
(ciphertext)
Chave Pública

Texto
Simples
(plaintext)
Chave Privada
2013, Edgard Jamhour
RSA (Rivest, Shamir, Adleman)
• Sejam p, q e e números primos (> 512 bits). Calcula-se:
– n = p.q e ed = 1 mod (p-1)(q-1)
• As chaves são definidas da seguinte maneira:
– Chave pública: (n,e) e Chave privada: d
• Para criptografar uma mensagem “m” efetua-se a
operação:
– s = me mod n
• Para decriptografar, efetua-se a operação:
– m = sd mod n
2013, Edgard Jamhour
RSA Algorithm Example
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Escolher p = 3 e q = 11
Calcular n = p * q = 3 * 11 = 33
Calcular φ(n) = (p - 1) * (q - 1) = 2 * 10 = 20
Escolher e tal que 1 < e < φ(n) e e e n são coprimos.
Seja e = 7
Calcular o valor de d tal que (d * e) % φ(n) = 1.
Uma solução possível é d = 3 [(3 * 7) % 20 = 1]
A chave pública é (e, n) => (7, 33)
A chave privada é (d, n) => (3, 33)
A criptografia de m = 2 é c = 27 % 33 = 29
A descriptografia de c = 29 é m = 293 % 33 = 2
2013, Edgard Jamhour
RSA
• O algoritmo RSA é muito mais lento que o DES,
pois os cálculos efetuados são complexos.
• Por utilizar números primos, o RSA precisa de
chaves muito grandes para reproduzir o mesmo
grau de segurança do DES.
• As chaves em RSA são em geral da ordem de
1024 bits.
2013, Edgard Jamhour
Assinatura Digital com Chave Pública
Mensagem
Algoritmo
de assinatura
digital
Assinatura
digital
isto é
segredo
Chave privada
• Permite ao receptor verificar a integridade da
mensagem:
– O conteúdo não foi alterado durante a transmissão.
– O transmissor é quem ele diz ser.
2013, Edgard Jamhour
Implementação da Assinatura Digital
ABFC01
FE012A0
2C897C
D012DF
41
ABFC01
FE012A0
2C897C
D012DF
41
Algoritmo
de
Hashing
DIGEST
Algoritmo de
Cripografia
ASSINATURA
DIGITAL
F18901B
Mensagem
com
Assinatura
Digital
MENSAGEM
aberta
ASSINATURA
criptografada
2013, Edgard Jamhour
Geração e Validação das Assinaturas
RECEPTOR
TRANSMISSOR
xxxx
yyyy
zzzz
xxxx
yyyy
zzzz
Algoritmo
de
Hashing
Algoritmo
de
Hashing
DIGEST
1B2A37...
DIGEST
Rede
Assinatura
Digital
Criptografia com
chave privada
COMPARAÇÃO
Assinatura
Digital
DIGEST
Descriptografia
com chave
pública
2013, Edgard Jamhour
Verificação da Integridade da Mensagem
Transmissor
(A)
Receptor
(B)
MENSAGEM
CHAVE PRIVADA DE A
ASSINATURA
DIGITAL
CHAVE PÚBLICA DE A
O receptor precisa ter a chave
pública do transmissor para verificar
a assinatura.
2013, Edgard Jamhour
Autoridade Certificadora
Autoridade
Certificadora
(Verisign,
Certisign,
Etc.)
C.A.
(Certification Authority)
CHAVE
PRIVADA
Certificado X509
I.D. do Proprietário
Chave pública
(e.g., Banco do Brasil)
I.D. da CA
Assinatura Digital
www.verisign.com
Verisign, Inc.
www.bancodobrasil.com.br
Banco do Brasil S.A.
Brasilia, DF, Brasil
2013, Edgard Jamhour
Nomenclatura X509
• Um certificado X509 é emitido para um
distinguished name.
DN Field
Abbrev.
Description
Example
Common Name
CN
Name being certified
CN=Joe Average
Organization or
Company
O
Name is associated with this
organization
O=Snake Oil, Ltd.
Organizational Unit
OU
Name is associated with this
organization unit, such as a department
OU=Research
Institute
City/Locality
L
Name is located in this City
L=Snake City
State/Province
ST
Name is located in this State/Province
ST=Desert
Country
C
Name is located in this Country (ISO
code)
C=XZ
2013, Edgard Jamhour
Estratégias de Certificação
VERISIGN: www.verisign.com
I.D. do
Proprietário
Off-line
I.D. da
Autoridade
Certificadora
Assinatura
Eletrônica
On-line
Base
de
chaves
www.bancodobrasil.com.br
• O software que recebe o certificado (por exemplo, o
browser) deve possuir a chave pública da autoridade
certificadora.
2013, Edgard Jamhour
PKI (Public Key Infrastructure)
• O termo PKI (Infraestrutura de chave pública) é utilizado para
descrever o conjunto de elementos necessários para implementar um
mecanismo de certificação por chave pública.
certificados
EMPRESA
A
CA
(Autoridade
Certificadora)
certificados
EMPRESA
B
2013, Edgard Jamhour
Como a criptografia pode ser
implementada?
Aplicações
Protolco de
Aplicação
FTP, SMTP, HTTP,
Telnet, SNM, etc.
Seqüência de
empacotamento
aplicação
TCP, UDP
transporte
rede
IP
Tecnologia
heterogênea
Data Link
Ethernet, Token
Ring, FDDI, etc
Física
enlace
física
2013, Edgard Jamhour
SSL
• SSL: Secure Sockets Layer
HTTP
POP
TELNET
HTTPs
POPs
TELNETs
80
110
23
443
995
992
Sockets
SSL
TCP/IP
2013, Edgard Jamhour
Exemplo: HTTPS
HTTP
SOCKS
>1023
80
SOCKS
SERVIDOR
CLIENTE
HTTPS
SSL
>1023
443
SSL
X
Recurso
Protegido
Recurso
Não
Protegido
2013, Edgard Jamhour
SSL - Visão Simplificada
Servidor
(Subjet)
Autoridade
Certificadora
CSR
[PubS]
3
Certificado
[PubS][AssCA]
CSR
[PubS]
O servidor envia um CSR ,
contendo sua chave pública para a CA
Chave privada
{PriCA}
1
4
2
A CA envia o certificado X509 para o
servidor
Certificado
[PubS][AssCA]
O servidor gera um par de chaves
assimétricas (pública e privada)
Chave pública
{PubS}
Chave privada
{PriS}
2013, Edgard Jamhour
SSL - Visão Simplificada
Servidor
(Subject)
Requisição TCP para um
recurso protegido
4
O servidor envia o seu
certificado para o cliente
Certificado
[PubS][AssCA]
Chave pública
{PubS}
Chave privada
{PriS}
6
5
Cliente
(Subjet)
O cliente valida o
certificado usando a chave
pública da CA e extrai a
chave pública do servidor
Chave pública
{PubCA}
Certificado
[PubS][AssCA]
Chave pública
{PubS}
2013, Edgard Jamhour
SSL - Visão Simplificada
Servidor
(Subject)
7
Cliente
(Subjet)
O cliente gera um chave secreta
(simétrica) aleatória = chave de
sessão e a criptografa com a
chave pública do servidor
Chave pública
{PubS}
Chave privada
{PriS}
Chave secreta
{SecC}
Chave pública
{PubS}
{{SecC}PubS}
8
{{SecC}PubS}
O cliente envia sua chave
secreta, criptografada, para
o servidor
2013, Edgard Jamhour
SSL - Visão Simplificada
Servidor
(Subject)
Cliente
(Subjet)
Chave pública
{PubS}
Chave privada
{PriS}
Chave secreta
{SecC}
{{SecC}PubS}
Chave pública
{PubS}
9
O servidor descriptografa
a chave secreta do
cliente, utilizando sua
chave privada
Chave secreta
{SecC}
{(Dados)SecC}
10
A troca bi-direcional de
dados é protegida com a
chave secreta gerada
pelo cliente
2013, Edgard Jamhour
SSL e TLS
• SSL: Secure Socket Layer
– Definido pela Netscape
– Versão atual: 3.0
• TLS: Transport Layer Security
– Definido pelo IETF
– Versão atual: 1.0
– RFC 2246 (Janeiro de 1999)
• O TLS 1.0 é baseado no SSL 3.0, mas eles
possuem diferenças que os tornam incompatíveis.
2013, Edgard Jamhour
TLS
• O TLS define dois sub-protocolos:
– TLS Record Protocol
• Utilizado para encapsular os protocolos das camadas
superiores.
– TLS Handshake Protocol
• Utilizado para negociar o algorítmo e as chaves de criptografia
antes que o primeiro byte da comunicação segura seja
transmitido.
2013, Edgard Jamhour
SSL/TLS
2013, Edgard Jamhour
SSL Record Protocol
2013, Edgard Jamhour
TLS
• Os objetivos do TLS são:
– Segurança criptográfica entre dois pontos.
– Interoperabilidade: programadores
independentes devem ser capazes de
desenvolver capazes de se comunicar, sem
que um conheça o código do outro.
– Extensibilidade: novos algorítmos de
criptografia podem ser incorporados quando
necessário.
– Eficiência: reduzir o uso de CPU e o tráfego de
rede a níveis aceitáveis.
2013, Edgard Jamhour
Secure Socket Layer (SSL) e
Transport Layer Security (TLS)
• O SSL/TLS permite executar duas funções
básicas:
– autenticação entre o cliente e o servidor.
– criptografia na troca de mensagens.
O servidor se autentica para o cliente (obrigatório)
SSL/TLS
O cliente se autentica para o servidor (opctional)
2013, Edgard Jamhour
Autenticação do Servidor
• SSL/TLS permite ao usuário confirmar a
identidade do servidor.
SSL
Chave pública
do servidor
Identificação do
Servidor
Identificação
do CA
Assinatura Digital
de uma CA
2013, Edgard Jamhour
Certificados de Servidor
2013, Edgard Jamhour
Autenticação do Cliente
• SSL permite ao servidor identificar a
identidade do cliente.
SSL
Chave pública
do Cliente
Identificação do
Cliente
Identificação
do CA
Assinatura Digital
de uma CA
2013, Edgard Jamhour
Certificados de Cliente
2013, Edgard Jamhour
Criptografia da Comunicação
• Após a certificação, o SSL/TLS cria uma chave de sessão
que garante:
– Confidencialidade e Proteção contra Tampering
(alteração dos dados em transito).
(chave secreta
aleatória)
info
(chave secreta
aleatória)
info
2013, Edgard Jamhour
TLS Handshake
2013, Edgard Jamhour
Exemplos de Cipher Suites
•
•
•
•
•
•
TLS_RSA_EXPORT_WITH_RC4_40_MD5 EXP-RC4-MD5
TLS_RSA_WITH_RC4_128_MD5 RC4-MD5
TLS_RSA_WITH_RC4_128_SHA RC4-SHA
TLS_RSA_EXPORT_WITH_RC2_CBC_40_MD5 EXP-RC2-CBC-MD5
TLS_RSA_WITH_IDEA_CBC_SHA IDEA-CBC-SHA
TLS_RSA_WITH_DES_CBC_SHA DES-CBC-SHA
•
TLS_RSA_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA DES-CBC3-SHA
•
•
TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA AES128-SHA
TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA AES256-SHA
2013, Edgard Jamhour
API SSL
Cria contexto
API: SSL_CTX_new
(SSL_CTX *)
Carrega bibliotecas
Define versão do SSL
Carrega certificado do cliente
Carrega certificados da CA
Cria um socket TCP (socket)
Associa o socket ao contexto
API: SSL_set_bio
(SSL *ssl)
> 1023
Efetua a conexão SSL
SSL_connect( SSL *ssl)
(chave secreta associada ao socket SSL)
Certificado do Servidor
[Requisição do certificado cliente]
> 80
segredos
Verifica o certificado do servidor
SSL_get_verify_result(SSL * ssl)
Envia dados criptografados
SSL_write(SLL *ssl, ...)
Recebe dados já descriptografados
SSL_read(SSL * ssl, ...)
Dados criptografados com a chave
secreta
Dados criptografados com a chave
secreta
Encerra conexão e libera recursos
SSL_shutdown(ssl)
SSL_free(ssl)
2013, Edgard Jamhour
Conclusão
• Criptografia Simétrica
– Chaves de pelo menos 128 bits
– Rápido
– Usado para proteção de dados
• Criptografia Assimétrica
– Chaves de pelo menos 1024 bits
– Lento
– Usado no processo de negociação de chaves
2013, Edgard Jamhour