MERC. Aplicações e Implementações de Algoritmos Criptográficos. Relatório Pormenorizado. Grupo 1 : Bernardo Simões Guilherme Vale 64029

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1 MERC Aplicações e Implementações de Algoritmos Criptográficos Relatório Pormenorizado Grupo 1 : Bernardo Simões Guilherme Vale 64029

2 Introdução No projecto de AISS foi nos pedido para desenvolver um plugin para o thunderbird que assinasse s com o cartão de cidadão, para além disso também teria de cifrar os s com cifra AES utilizando uma caixa do professor. Os também teriam de ser compactados. Foi nos possível efectuar todos os pontos pedidos menos o plugin para o thunderbird pois 1 devido a ser um programa que não está em active devellopment pela mozzila é complicado encontrar documentação correta e actualizada para desenvolver o plugin. De forma a contornar o facto de não termos conseguido desenvolver o plugin para o thunderbird, desenvolvemos um cliente de em Ruby on Rails que funciona como um cliente de standart com a capacidade de enviar s cifrados, zipados e assinados com o cartão de cidadão, bem como verificar a autenticidade de s recebidos que estejam assinados com o cartão de cidadão. Apresentação do Problema Introdução teórica: Hoje em dia o protocolo de é um dos mais utilizados para trocar mensagens entre pessoas. No entanto o não foi construído com a pensar que seria utilizado em tantos cenários diferentes e como tal apresenta problemas de segurança a nível da integredidade, confidencialidade e autenticidade da origem. Neste projeto vamos garantir autenticidade da origem e frescura com recurso ao cartão de cidadão e confidencialidade com utilização do algoritmo de cifra simétrico AES. State of the art Já existem várias soluções que dão maiores garantias de segurança no , uma das mais 2 conhecida é o enigmail que utiliza OpenPGP para garantir autenticidade e cifra de s. No entanto não utiliza o cartão de cidadão Português. 1 the code/2012/07/09/about the future of thunderbird/ 2 https://addons.mozilla.org/en US/thunderbird/addon/enigmail/?src=search

3 Descrição da Solução Protocolo AISS: De forma a conseguirmos enviar s cifrados, zipados e autenticados e de seguida conseguir converter esses mesmo s para algo visível requer uma ordem de execução pragmática que pode ser visualizada no seguinte diagrama: Diagrama1: Protocolo de troca de s cifrados e assinados Descrição dos passos: 1. Escrever um texto de 2. Criar um ficheiro de texto chamado de body_text.txt e escrever o texto para lá, de

4 seguida adiciona se ao final do ficheiro o de quem criou o e a data e hora 3. Zipar o ficheiro body_text.txt, cria um novo ficheiro body_text.zip 4. Utilizar o ficheiro body_text.zip no protocolo de comunicação com o cartão de cidadão PKCS 11, daqui geram se 2 novos ficheiros: bern.cert o certificado do cartão de cidadão em base64 que permite verificar a autenticidade do body_text.zip e nonce_cyphered_64.txt a hash do body_text.zip cifrada com a chave privada do cartão de cidadão. 5. Este passo utiliza a cifra AES para cifrar o ficheiro body_text.zip. Existem duas maneiras 3 de cifrar o ficheiro, a primeira é, utilizar a biblioteca fast aes que utiliza ECB como modo de cifra, ou a caixa do Professor. 6. Como ambos os ficheiros estão bern.cert e nonce_cyphered_64.txt já foram escritos em base64, basta ler e adicionar o seu conteúdo ao novo que vamos enviar. O ficheiro body_text.zip também terá de ser convertido para base 64 para poder ser adicionado ao . O é construído da seguinte forma: a. Adicionam se três campos novos ao header do , Aiss Content onde vai o body_text.zip, Aiss Certificate onde vai o certificado do cartão de cidadão e finalmente Aiss CypheredNonce onde vai a hash cifrada com a chave privada do cartão de cidadão. b. Adiciona se ao body do um texto que possa ser visto por todos os clientes de e pede ao utilizador para descarregar a ultimaversão do nosso cliente de caso queiram visualizar este Neste passo quando se recebe um é preciso verificar se o é do tipo AISS Mail ou apenas um normal. Para sabermos se é um do tipo AISS_Mail, ou seja um que tem o body cifrado e zipado no header, bem como os outros dois ficheiros necessários a verificar a autenticidade do corpo da mensagem basta verificar se o tem no header o parâmetro Aiss Certificate. Se os parâmetros estiverem lá são criados dois novos ficheiros: o certificado de quem enviou o bern.cert, a hash do zip cifrada nonce_cyphered_64.txt. 8. Aqui pegamos no campo Aiss Content tiramos de base 64, desciframos, criamos um ficheiro.zip. 9. De forma a verificar a assinatura teremos de utilizar novamente o protocolo PKCS11 com o certificado, hash cifrada e ficheiro zip como parâmetros de entrada. 10. Descompactar o zip 11. ler o ficheiro.txt, se o passo 9 tiver sido executado com sucesso podemos mostrar os campos da hora a que foi assinado o e o endereço de de quem enviou. 12. Mostrar o ao utilizador 3 https://github.com/nateware/fast aes

5 Programa: De forma a termos um programa que permita ser integrado, facilmente, em novos projetos decidimos fazer uma gem de ruby para lidar com com a interação com o , dois programas java para interagirem com o cartão de cidadão e um programa C que interage com a com caixa de cifra. A interação de programas pode ser vista no seguinte diagrama: A gema AISS foi escrita em ruby e tem a seguinte estrutura: A descrição da estrutura da gem é a seguinte: AISS: pasta root que dá nome à gema AISS/Files: pasta onde se vão guardar os ficheiros temporários, jars e programa c compilado

6 AISS/AISS: segunda pasta AISS guarda todas as classes dos projetos aiss.rb: modulo principal, importa outros módulos byte_utils.rb: ficheiro que trata de converter ficheiros para base64, e cifrar/decifrar. Caso seja o caso irá chamar o programa C cifra para cifrar ficheiros com recurso à caixa. A chave AES está hardcoded neste ficheiro e pode ser alterada com facilidade cc_signature: programa que vai chamar o Authenticator.jar ou o AuthenticatorVerifier caso se queira fazer uma assinatura com o cartão de cidadão ou verificar uma assinatura. fast_zip: classe que zipa os ficheiros mail_aiss: classe que trata de criar, enviar, receber e converter s. Esta classe vai chamar qualquer uma das classes a cima caso precise dos métodos destas AISS/Spec: pasta com testes às classes definidas na pasta AISS/aiss Acesso ao cartão de cidadão O acesso ao cartão de cidadão é feito a partir de um programa java com o nome de Authenticator.jar, este programa recebe como argumentos o caminho de output da nonce cifrada, o caminho de ouput do certificado de autenticação do cartão de cidadão e o zip com o corpo do ( ao corpo do foi adicionado a data e hora mais o endereço de de quem vai enviar) e vai gerar o certificado, e nonce cifrada do.zip. Verificação da Assinatura Para se verificar a assinatura do cartão de cidadão terá de se executar o programa java AuthenticatorVerifier.jar que recebe como input o.zip que queremos verificar se é autentico, a nonce do zip cifrada pelo cartão de cidadão e o certificado do assinante. Caso o certificado esteja valido e a nonce cifrada corresponder com o ZIP podemos ter quase a certeza que todo o conteúdo do zip foi gerado pelo portador do cartão de cidadão, e enviado pelo que vai no ficheiro do texto, na data e hora presente no ficheiro de texto. Enviar s 4 De forma podermos enviar e receber s utilizamos uma gem chamada de mail que nos permite interagir com servidores IMAP,POP e SMTP. Para testes de projeto criamos um utilizador chamado de e utilizamos os protocolos de SMTP e POP para enviar e receber s. Todo o código de criação de e adicionar conteúdo em base64 ao cabeçalho está na classe mail_aiss.rb. 4 https://github.com/mikel/mail

7 Resultados Obtidos Segurança Com a utilização desta biblioteca é possível enviar s cifrados, e assinados. No entanto devido a estarmos a utilizar uma cifra simétrica se esta for descoberta será possível visualizar o conteúdo do . Devido a adicionarmos os campos de quem enviou o e a data ao corpo do assinado conseguimos garantir frescura das mensagens, e que o foi realmente enviado por o endereço de assinado. Isto garante que não somos susceptíveis a replay attacks onde alguem que tinha recebido um assinado poderia redireciona lo para outra pessoa. A integridade da mensagem também não pode ser violada pois caso contrário não passará na verificação da autenticidade. Finalmente podemos concluir que a maneira mais fácil de comprometer a nossa aplicação poderá ser de duas maneiras: 1. Se o atacante conseguir saber a password do cartão de cidadão do utilizador pode fazer se passar por ele. Esta password não é guardada em lado algum logo a única maneira de a se conseguir saber era através de contacto direto com o atacado, por exemplo roubando lhe o papel com os pins do cartão de cidadão. 2. Se o atacante tiver acesso à maquina do atacado e conseguir substituir um zip seu pelo zip criado pelo programa ruby antes de este entrar como input para o programa java irá conseguir assinar uma mensagem como sendo o atacado. A execução deste ataque não foi reproduzida por nós, mas alguem com experiência poderá atacar esta vulnerabilidade. Testes Os nossos testes foram feitos com uma ferramente de Behavior Driven Development chamada de rspec. Uma das vantagens desta ferramenta é que torna os testes legíveis o que faz com que ajude a documentar o código, se olharmos para o seguinte exemplo:

8 estamos a descrever o método #call_cc_sign que deve criar um certificado e uma signed nonce em base64, depois de chamarmos o método verificamos se os ficheiros foram realmente criados e se tiverem sido passamos ao teste. Para correr todos os testes basta executar: rspec na pasta root da gem aiss, para executar apenas o teste a uma classe: rspec spec/aiss/testes_da_classe_a_executar_spec.rb e para executar apenas um teste de uma classe podemos especificar a linha onde esse teste começa: rspec spec/aiss/testes_da_classe_a_executar_spec.rb:39 Cliente de Dado que não conseguimos implementar o plugin do thunderbird criamos nós mesmo uma aplicação de em Ruby on Rails que utiliza a gem aiss para enviar e receber s cifrados e assinados. A explicação de como utilizar o cliente de está no documento de utilização do Tandarbard, o nome que demos cliente de . Da mesma forma que conseguimos criar um cliente web com pouco trabalha através da interação com a gem, podíamos também ter criado aplicações nativas para mac ou windows através das frameworks macruby ou ironruby Conclusão Conseguimos criar tudo o que nos foi pedido à excepção do plugin do thunderbird que pode ser substituído pela nossa aplicação. No futuro poderia ter interesse adicionar mais funcionalidades ao cliente de como attatchments cifrados, ou cifra assimétrica. No geral o projecto deu para compreender não só como funcionam algoritmos criptográficos, mas também as complicações que se podem ter quando se desenvolve software em plataformas mal suportadas como o thunderbird

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