Auditoria e Segurança da Informação GSI536. Prof. Rodrigo Sanches Miani FACOM/UFU

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1 Auditoria e Segurança da Informação GSI536 Prof. Rodrigo Sanches Miani FACOM/UFU

2 Princípios de Criptografia

3 Tópicos O papel da criptografia na segurança das redes de comunicação; Criptografia de chave simétrica; Criptografia de chave pública; Segurança dos sistemas de criptografia; Autenticação; Assinatura digital e Hash criptográfico; Exemplos de aplicação Secure Socket Layer (SSL).

4 Papeldacriptografianasegurançadas redes de comunicação Dados (documentos) em forma eletrônica necessitam dos mesmos serviços associados aos seus pares em papel: Datas e assinaturas; Proteção contra destruição, modificação ou divulgação; Autenticação e registro; Gravação e licenciamento.

5 Papeldacriptografia Dificuldadescom documentos eletrônicos Peculiaridades dos documentos em forma eletrônica dificultam a implementação de serviços de segurança: Função Doc. em papel Doc. eletrônico Distinção entre originais e cópias Fácil! (Tipo de papel, cor ) Difícil! (Apenas seq. de bits) Comprovação de alteração Autenticação Fácil! (Textura, cor..) Fácil! (Formato de assinaturas e carimbos) Difícil! (Rastrear trocas de bits) Difícil! (Baseado no conteúdo do documento)

6 Papel da criptografia na segurança das redes de comunicação Pergunta principal: Como manter a troca de mensagens segura?

7 Criptografia Definições básicas Criptografia é a ciência responsável por manter trocas de mensagens seguras; Possui duas fases básicas: Cifragem (encryption) processo de disfarçar a mensagem original, também chamado de texto claro (plaintext ou cleartext); Decifragem (decryption) processo de transformar o texto cifrado (ciphertext) de volta em texto claro original. Os processos de cifragem e decifragem são realizados via uso de algoritmos com funções matemáticas.

8 Criptografia Definições básicas

9 Criptografia Definições básicas Criptografia possibilita que as seguintes propriedades para a proteção da informação sejam alcançadas: Integridade Informação só pode ser alterada por pessoas autorizadas; Autenticidade Garante a identidade da origem do documento; Não-repúdio (rejeição) remetente e destinatário não podem negar que uma mensagem foi transmitida em um certo instante; Sigilo (confidencialidade) conteúdo ou existência da informação só será conhecido por pessoas autorizadas;

10 Criptografia Breve histórico Criptografia do grego kryptós, "escondido", e gráphein, "escrita ; A cifragem era utilizada na troca de mensagens, sobretudo em assuntos relacionados à guerra, amor e diplomacia; Primeiro uso documentado de criptografia: 1900 a.c. no Egito; 600 a.c. e 500 a.c. Hebreus utilizavam cifra de substituição simples; Cifra de César técnica clássica de criptografia, consiste no deslocamento do alfabeto, avançando três casas;

11 Criptografia Breve histórico

12 Criptografia Breve histórico- Vigenère Cifra de Vigenère Múltiplas cifras de César;

13 Criptografia Breve histórico- Vigenère Exemplo: Cifrar a seguinte frase: ATACARBASESUL ("atacar base Sul"); Usar a seguinte chave: LIMAO ; ATACARBASESUL - LIMAOLIMAOLIM; Qual é o texto cifrado??? Motivou o início dos estudos relacionados à criptoanálise (criptanálise); Criptoanálise - é a arte de tentar descobrir o texto cifrado e/ou a lógica utilizada em sua cifragem;

14 Criptografia Breve histórico 1918 Arthur Scherbius desenvolve Enigma, uma máquina de criptografia, utilizada pela marinha alemã; 1938 Alan Turing inicia os estudos para quebrar as cifras geradas pela Enigma; 1948 Teoria da Informação (Claude Shannon); 1970 DES (Data Encryption Standard); 1976 Diffie-Hellman; 1978 RSA; 2002 AES (Advanced Encryption Standard). O livro dos códigos Simon Singh.

15 Criptografia Exemplos de aplicações Sites de compras Informações protegidas pelo protocolo de segurança Secure Socket Layer (SSL); Bancos usam SSL + alguma criptografia adicional; Secure Shell (SSH) implementa diversos protocolos de criptografia; Redes sem-fio usam criptografia para proteção dos acessos e sigilo das informações (WPA1, WPA2); Redes privadas virtuais (VPN s) usam o IP Security (IPSec) para a proteção da comunicação entre organizações;

16 Exercício Usando a cifra de Vigenère, decifre o texto JIJYJRRFEWWEFMD, usando a chave REDES.

17 Caracterização dos sistemas criptográficos Três dimensões independentes: 1. Tipo das operações usadas para transformar o texto claro em texto cifrado; 2. Número de chaves usada; 3. Modo como o texto é processado.

18 Caracterização dos sistemas criptográficos Tipo das operações usadas para transformar o texto claro em texto cifrado Todos os algoritmos de criptografia são baseados em dois princípios gerais: Substituição cada elemento do texto claro (bit, letra, grupo de bits ou letras) é mapeado em outro elemento; Transposição elementos no texto claro são reorganizados. Requisito fundamental é que nenhuma informação seja perdida operações reversíveis!

19 Caracterização dos sistemas criptográficos Número de chaves usada Se tanto o emissor quanto o receptor utilizarem a mesma chave, o sistema é considerado como criptografia simétrica (chave única, secreta ou convencional). Se emissor e receptor usarem chaves diferentes, o sistema é considerado de criptografia assimétrica.

20 Caracterização dos sistemas criptográficos O modo como o texto claro é processado Uma cifra de bloco processa a entrada de um bloco de elementos de cada vez, produzindo um bloco de saída para cada bloco de entrada. Um cifra de fluxo processa os elementos da entrada continuamente, produzindo a saída de um elemento de cada vez, enquanto prossegue (bit ou byte de cada vez).

21 Criptografia- Classificação Criptografia de chave privada ou simétrica; Criptografia de chave pública ou assimétrica; Modelo híbrido.

22 Criptografia de chave privada/ simétrica Utiliza a mesma chave secreta para a codificação e decodificação;

23 Criptografia de chave privada/ simétrica Algoritmos de chave simétrica são extremamente rápidos em sua execução; São utilizados para prover o sigilo das informações; Exemplos: DES (Data Encryption Standard), 3DES, IDEA (International Data Encryption Algorithm), RC6 (Ron Rivest), AES (Advanced Encryption Standard); AES Escolhido pelo NIST em 2001 para ser o algoritmo simétrico padrão nas comunicações seguras do governo americano;

24 Criptografia de chave privada/ simétrica- Problemas Necessidade de distribuição de chaves secretas a serem utilizadas pelos usuários; Como enviar a chave para o outro usuário? O canal de informações ainda não é seguro! Outro problema é o uso de chaves secretas diferentes para cada tipo de comunicação e também para cada mensagem; Gerenciamento de chaves é muito complexo!

25 Criptografia de chave privada/ simétrica- Problemas

26 Criptografia de chave pública ou assimétrica Teoria proposta por Diffie-Hellman em 1976, somente para a troca de chaves; A motivação para o surgimento da criptografia de chave pública foi o problema da troca de chaves; Algoritmos de chave pública possibilitam, além do sigilo, integridade, não-repúdio e autenticidade; Algoritmo mais famoso e utilizado é o RSA (Ron-Shamir- Adleman), três professores do MIT;

27 Criptografia de chave pública ou assimétrica Comunicações são realizadas por meio de dois pares de chaves diferentes, uma privada e uma pública para cada entidade envolvida;

28 Criptografia de chave pública ou assimétrica A criptografia assimétrica minimiza o problema de troca de chaves, pois não é necessário um canal seguro para tal; Problema: algoritmos assimétricos, por serem baseados em problemas matemáticos de difícil solução computacional, são em geral cerca de 60 e 70 vezes mais lentos que os algoritmos simétricos!

29 Criptografia Modelo híbrido Criptografia simétrica: Vantagem: boa performance computacional; Desvantagem: troca de chaves; Criptografia assimétrica: Vantagem: permite a troca segura de chaves; Desvantagem: desempenho computacional ruim; Porque não unir os dois modelos?

30 Criptografia Modelo híbrido Aplicação mais comum em criptografia: 1) Geração da chave secreta com o algoritmo simétrico; 2) A chave secreta é enviada utilizando um algoritmo assimétrico; 3) Envio seguro e eficiente de mensagens, utilizando o algoritmo simétrico. Pontos fracos de ambos são reduzidos! SSL funciona exatamente dessa maneira RSA formando o canal seguro e RC4 usado para o sigilo das informações;

31 Criptografia Modelo híbrido Vamos supor que Alice quer trocas mensagens cifradas com Bob, utilizando o modelo híbrido de criptografia; Descrição dos passos: 1) Alice gera uma chave K, que será utilizada para cifrar todo o tráfego de mensagens entre eles, por meio de criptografia simétrica; 2) Alice obtêm a chave pública do destinatário, no caso Bob (Pub_Bob); 3) Utilizando a chave pública de Bob, Alice envia a chave K, criptografia assimétrica; 4) Do outro lado, Bob recebe a mensagem cifrada e utiliza a sua chave privada para decifrar a mensagem enviada por Alice. A mensagem contém a chave de suas trocas de mensagens, K ; 5) Alice utiliza um algoritmo simétrico, com a chave K, e inicia a troca de mensagens com Bob.

32 Segurança dos sistemas criptográficos O tamanho da chave é um dos fatores para medir a segurança de um algoritmo criptográfico; É preciso conhecer também o algoritmo e a matemática envolvida no processo de cifragem/decifragem dos dados; Um algoritmo proprietário que utilize chave de 256 bits não significa que será mais seguro que o DES que utiliza 56 bits, se existirem falhas em tal algoritmo;

33 A segurança pelo tamanho das chaves (Recomendação Ecrypt/2011)

34 Maiores falhas nos sistemas criptográficos Reutilização de parâmetros aleatórios; Alguns sistemas não destroem a mensagem em texto claro, depois de ser feita a cifragem; Gravação das chaves no disco rígido; Geração de números não suficientemente aleatórios;

35 Criptografia simétrica x assimétrica

36

37 Leitura recomendada William Stallings Criptografia e segurança de redes Princípios e Práticas, 4ª Edição, Pearson, 2010; Capítulo 2 2.1, 2.2, 2.3 Capítulo Emilio Tissato Nakamura, Paulo Lício de Geus Segurança de Redes em Ambientes Cooperativos, Editora Novatec; Capítulo 9 Criptografia e a PKI Capítulo 9.1 Capítulo 9.2 Capítulo 9.3

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