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2 UFF - Universidade Federal Fluminense Unidade: PURO - Pólo Universitário de Rio das Ostras Centro Tecnológico Instituto de Computação Departamento de Ciência da Computação Disciplina: Informática I Turma: 1º período Alunas: Fernanda Brandão Sousa Gisele da Costa Zardo Rafaelli de Carvalho Coutinho Rio das Ostras, 23 de maio de 2005

3 Criptografia 1. Introdução O homem sempre teve a necessidade de guardar segredos. Então, assim que a escrita foi adotada, ocorreu uma preocupação em enviar informações em segredo. Com isso, surgiu a ciência de escrever em códigos secretos: a criptografia, e com esta, formas de desvendá-la: a criptoanálise. Daí em diante, foram travados vários desentendimentos entre os que querem guardar segredos e os que desejam desvendá-los. Com o avanço das Redes de Computadores, muitas transações cociais passaram a ser feitas através destas redes, mas toda essa facilidade de intercambiar informações entre todos os continentes trouxe a preocupação de que dados confidenciais estejam sendo expostos a intrusos e atacantes de redes. Visando esta preocupação, governos e pessoas físicas passaram a se protegerem cada vez mais. Daí a necessidade de se estudar a Criptografia, para poder dar maior segurança às informações digitais. Portanto, este trabalho visa dar um conhecimento panorâmico sobre os assuntos que envolvem esta ciência. 2. Conceitos Vejamos dois conceitos importantes: Criptografia 1 (kriptós = escondido, oculto; grápho = grafia): é a arte ou ciência de escrever em cifra ou em códigos, de forma a permitir que somente o destinatário a decifre e a compreenda, ou seja, transforma textos em claro (inteligíveis) em um texto cifrados (inteligíveis). Criptoanálise 2 (kriptós = escondido, oculto; análysis = decomposição) É a arte ou ciência de determinar a chave ou decifrar mensagens sem conhecer a chave.

4 3. Objetivos A criptografia tem quatro objetivos principais: Confidencialidade da mensagem: só o destinatário autorizado deve ser capaz de extrair o conteúdo da mensagem da sua forma encriptada; Integridade: garantia oferecida ao usuário de que a informação correta, original, não foi alterada, nem intencionalmente, nem acidentalmente; Autenticação do remetente: : é o processo que permite a um usuário certificar-se que a mensagem recebida foi de fato enviada pelo remetente; Não-repúdio: não deverá ser possível ao remetente negar o envio da mensagem. 4. Evolução 4.1. Criptografia Manual Entre 2000 a.c e fins do século XVII, a criptografia era feita manualmente através de algum processo predeterminado. Como exemplos temos: A cítara espartana: Em Esparta, no século IV a.c., o bastão de Licurgo era usado pelos generais dos exércitos em campanha para se comunicar com os éforos, os magistrados espartanos. O sistema baseava-se em dois bastões, de igual diâmetro, que ficavam um com o remetente, outro com o destinatário. Quando era enrolado no tal bastão de diâmetro idêntico, um novo texto aparecia no sentido perpendicular ao bastão. A cifra de Vigenère 3 : A cifração de mensagens baseia-se em dois princípios: transposição (baralhamento de letras) e substituição (a troca de cada letra do alfabeto por outra). Este último sistema de codificação, também é conhecido como cifra de Vigenère, não substitui obviamente cada letra particular da mensagem original pelo mesmo substituto. O problema é a ocorrência não aleatória de letras e palavras em qualquer língua. Em 1586, o diplomata francês Blaise de Vigenère publicou várias propostas próprias no livro Le traoté dês secrètes manières d'écrite (Tratado das maneiras secretas de escrever). Esta proposta ficou conhecida como cifra de Vigenère e demorou quase três séculos para ser decifrada, e por isso ele é considerado o pai da criptologia francesa. Sua cifra se baseia em um sistema de substituição que usa vários alfabetos, dispostos em um quadro de substituições, e o uso de uma palavra-chave, que serve de guia tanto para codificar como para decodificar o texto.

5 4.2. Criptografia por máquinas Na criptografia por máquinas, uma tabela predeterminada era usada em conjunto com uma máquina, onde o operador desta, usando a tabela e manipulando a máquina podia enviar uma mensagem criptografada. Como exemplos temos: Código Morse 4 : Foi criado por Samuel Morse e representa os caracteres através de "pontos" e "traços" correspondendo estes a impulsos elétricos e resultando daí sinais acústicos ou luminosos de uma certa duração. E colocando o ponto como unidade, ele tem a duração de cerca de 1/25 seg. O espaço dos sinais da mesma letra é de um ponto e entre duas letras o espaço é de três. Porém, com o progresso tecnológico, o código Morse está caindo em desuso. Enigma: Na Segunda Guerra Mundial, os alemães inventaram uma máquina capaz de cifrar em alta velocidade, a Enigma. Funcionava como uma máquina de escrever, com mecanismos rotatórios que trocavam as letras escritas por alfabeto codificado. Os nazistas mudavam a combinação todos dias, levando a uma gama de combinações enorme que levaria muito tempo para ser cifrada. Durante a guerra, os ingleses ficaram conhecidos por seus esforços para decifração de códigos e estudando os hábitos nazistas e pesquisando por palavras prováveis, fizeram o caminho inverso da Enigma e desvendaram suas mensagens. Na verdade, esse trabalho criptográfico formou a base para a ciência da computação moderna Criptografia por redes Na criptografia em rede, a mensagem é criptografada usando-se algoritmos, por este motivo, temos diversos códigos que são executados pela criptografia Criptografia simétrica A criptografia simétrica é a criptografia tradicional, onde a mesma chave utilizada na codificação deve ser utilizada da decodificação. E também é bastante eficiente em conexões seguras na Internet, onde processos computacionais trocam senhas temporárias para algumas transmissões críticas. O algoritmo mais conhecido desta criptografia surgiu em 1976, que é: DES 5 (Data Encryption Standard): Foi desenvolvido nos anos setenta e utiliza uma chave de 56 bits que é aplicada a blocos de dados com 64 bits, o objetivo deste algoritmo é que seja muito difícil calcular a chave, mesmo conhecendo o algoritmo DES, a mensagem cifrada e a mensagem original.

6 Inicialmente a chave de 64 bits sofre uma divisão, onde os bits múltiplos de 8 são desprezados reduzindo-a a 56bits. Em seguida, a chave é quebrada em duas partes de 28 bits. Embora seja difícil de implementar em "software" de uma forma eficaz, foi desenvolvido "hardware" capaz de implementar este algoritmo de maneira eficiente. O DES possui quatro formas de operações: o ECB (Electronic Code Book): A técnica consiste em dividir a mensagem em blocos de tamanho adequado, cifrar os blocos em separado e concatenar os blocos cifrados na mesma ordem. O grande inconveniente desta técnica é que blocos de mensagem original idênticos vão produzir blocos cifrados idênticos, isso o pode não ser desejável. CBC (Cipher Block Chaining): esta técnica evita este inconveniente, realiza a operação xor (é um operador binário que compara dois bits, e então retorna 1 se os dois bits forem diferentes, ou 0 se eles forem iguais) entre o bloco a cifrar e o bloco anteriormente cifrado, só depois aplica o algoritmo de cifragem. Esta técnica é pouco favorável sob o ponto de vista da propagação de erros, uma vez que ocorra um erro na transmissão de um bloco cifrado vai inutilizar tanto um bloco quanto o seguinte. o CFB (Cipher FeedBack) e OFB (Output FeedBack): nestas técnicas, a mensagem não é diretamente cifrada, existe um vetor de inicial ao qual é aplicado o algoritmo de cifragem, aplica-se então a operação xor entre o vetor cifrado e a mensagem. Passados 20 anos, quando os computadores, mais rápidos, eram capazes de decodificar os cifradores da década de 1970 em três dias, apareceu o sucessor desta tecnologia, que é o: AES 7 (Advanced Encryption Standard): É um cifrador por blocos, criado por Joan Daemon e Vincent Rijmen, pelo qual o comprimento do bloco e da chave podem variar independentemente entre 128 bits e 256 bits, e possui uma característica que é a existência de um state, que é na verdade um resultado intermediário, onde são realizadas as transformações. A entrada deste algoritmo é feita em bytes, e deve ser mapeada como o state, assim como os bytes da chave. A saída do algoritmo deve ser obtida pelos bytes do state na mesma ordem em que os bytes de entrada foram mapeados.

7 Criptografia assimétrica (Chave Pública e Chave Privada) Os algoritmos de chave pública e privada, também chamados de algoritmos de chave assimétrica, utilizam duas chaves: uma pública que pode ser divulgada e outra secreta conhecida somente por pessoas autorizadas. Em um sistema de chave pública, cada pessoa tem duas chaves: uma chave pública e uma chave privada. As mensagens criptografadas com uma das chaves do par só podem se decriptografadas com a outra chave correspondente; portanto, qualquer mensagem criptografada com a chave privada só pode ser decriptografada com a chave pública e vice-versa. Como o nome sugere, normalmente a chave pública é mantida universalmente disponível. A outra chave, a chave privada, é mantida em segredo. O algoritmo mais conhecido desta criptografia surgia depois de dois anos do algoritmo de cifração DES, que é: RSA 6 (iniciais de seus inventores): Este algoritmo foi criado por Ron Rivest, Adi Shamir e Len Adleman (RSA), baseia-se no seguinte: é simples arranjar dois núos primos grandes, mas é muito complicado (moroso) fatorar o seu produto. Há vários outros códigos de chave pública, mas o RSA é, atualmente, o mais usado em aplicações cociais. Este é o método utilizado, por exemplo, no Netscape, o mais popular dos softwares de navegação da Internet. Para implementar o RSA deve-se seguir o procedimento abaixo: o Escolhem-se dois núo primos grandes a e b. o Calcula-se n = a x b. o Calcula-se ø(n) = (a-1) x (b-1). o Escolhe-se um núo pequeno p que seja primo relativo de ø(n) e < ø(n), calcula-se s tal que (p x s) mod ø(n) = 1, onde mod é o operador "resto da divisão inteira" (aritmética modulo ø(n)). o (Dois núos são primos relativos se o maior divisor comum é 1) o O par (n,p) constitui a chave pública, d é a chave secreta. Exemplo: a=7 e b=17 n = a x b = 119 ø(n) = (a-1) x (b-1) = 96 como primo relativo de ø(n) podemos escolher p=5 então para obter p x s mod 96 = 1, podemos usar s = 77

8 pois 5 x 77 = 385, 385 mod 96 = 1 A chave pública é (5;119) e a chave secreta é 77. Outros benefícios da criptografia utilizando a chave pública: Assinatura digital: permite garantir a autenticidade de quem envia a mensagem, associada à integridade do seu comércio. Certificados: é um documento padronizado (x.509) que serve para comprovar informações sobre o dono, sobre a CA (certificado de autenticação) e identificar chave pública do dono, são assinados pela CA e possuem prazo de expiração. Desta forma, atende requisitos onde qualquer usuário pode consultar as informações de um certificado para determinar nome e chave pública do proprietário e verificar a originalidade do certificado. São utilizados por participantes de uma comunicação para troca de chaves confiável. Servem para evitar tentativas de substituição de uma chave pública por outra. A Certificação Digital garante segurança e autenticidade àqueles que acessam a Internet, prevenindo eventuais fraudes eletrônicas através, por exemplo, da alteração de dados não autorizada e da visualização de dados confidenciais Criptografia Quântica A criptografia quântica 8 utiliza pares de fótons enviados por uma cabo de fibra ótica e permite que duas pessoas escolham uma chave secreta sem jamais terem se visto, trocando alguma mensagem ou mesmo algo material. É interessante notar que a Criptologia atual está amparada na Matemática, mas com a introdução desse conceito de mensagens criptografadas por chaves quânticas a física passou a ter presença importância primordial no tema. O maior problema para implementação da criptografia quântica ainda é a taxa de erros na transmissão dos fótons seja por via aérea ou fibra ótica. Mas a grande vantagem é que qualquer tentativa de espionagem destrói a mensagem, pois o próprio ato de interceptar os fótons altera o estado quântico da mensagem. A criptografia quântica se destaca em relação aos outros métodos criptográficos pois não necessita do segredo nem do contato prévio entre as partes, permite a detecção de intrusos tentando interceptar o envio das chaves, e é incondicionalmente segura mesmo que o intruso tenha poder computacional ilimitado. Contudo, apresenta um elevado custo de implantação mas o desenvolvimento tecnológico poderá torná-la acessível a todas as aplicações militares, cociais e de fins civis em geral.

9 5. Conclusão A popularização da Internet e da criptografia em redes possibilitaram o surgimento do comércio eletrônico, do home banking e de outras formas de transações digitais. Mas para que todo este avanço se fortaleça, a segurança dos dados é fundamental. Logo, tudo isto têm sido possibilitado pela criptografia, mostrando a sua importância para o sigilo de informações digitais, além de que sem ela a Internet poderia não ser um meio confiável.

10 6. Referências 1 Criptografia e 2 Criptoanálise: 3 Cifra de Vigenère: 4 Código Morse: 5 DES: 6 RSA: 7 AES: 8 Criptografia Quântica:

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