Segurança de Informação

Índice Introdução Esteganografia Criptografia Cifras de transposição Cifras de substituição Sistema quântico de distribuição de chaves Há cifras seguras? 2

Introdução Esteganografia Criptografia Cifras de transposição Cifras de substituição Sistema quântico de distribuição de chaves Há cifras seguras? 3

Segurança de informação O que é? Segurança de informação é um conjunto de técnicas aplicadas à informação, com o objectivo de garantir que só o destinatário legítimo consegue aceder-lhe. 4

Segurança de informação Como proceder? Esconder a informação, por forma que só o destinatário legítimo saiba onde ela está esteganografia (ou cifra de ocultação) Dissimular a informação de forma que mesmo que ela seja acedida, não seja revelada - criptografia 5

Esteganografia Escrita com tinta invisível: o texto é revelado aquecendo o suporte ou expondo-o a uma luz apropriada (ultravioletas) Micropontos: redução da informação de forma a confundi-la com um simples ponto colocado numa mensagem inocente Dissimulação: dispersão da mensagem (digital) noutras (marca de água) 7

Esteganografia Exemplos históricos: Heródoto e Plínio o Velho, descrevem receitas de tintas mágicas Um soldado grego que rapou o cabelo, escreveu uma mensagem no couro cabeludo, deixou crescer o cabelo e... passou impunemente as linhas inimigas 8

Esteganografia Formas modernas: Marcas de água (no papel moeda) Marcas de água digitais, sobretudo em imagens, para protecção dos direitos de autor Mensagens dissimuladas em imagens 9

Esteganografia Segurança de informação - Carlos Salema Sessão Plenária, 15-05-2012 09:30-11.00 10

Criptografia Técnicas de criptografia: Transposição: troca da posição relativa dos caracteres que formam a mensagem Substituição: alteração de cada um dos caracteres da mensagem por outro de um alfabeto pré-definido (alfabeto cifra) 12

Criptografia Cifra: o processo (algoritmo) de transformação da mensagem original (em claro) na mensagem cifrada Chave: modo como a cifra é empregue Alice e Bob: são os nomes habitualmente usados para identificar quer o receptor quer o emissor da informação que se quer proteger contra olhares indiscretos Eva: nome (fictício) de alguém que pretende interceptar e decifrar a mensagem trocada entre a Alice e o Bob 13

Técnicas de criptografia Cifra simétrica: usa a mesma chave para cifrar e decifrar Cifra assimétrica: usa uma chave para cifrar e outra diferente para decifrar A segurança não deve depender do algoritmo, que até pode ser e é geralmente conhecido, mas da chave. Uma cifra é tanto mais segura quantas mais chaves puder ter, o que torna o emprego da força bruta, isto é a aplicação de todas as chaves possíveis muito demorada. 14

Cifra de transposição: exemplo Mensagem em claro: As armas e os barões assinalados 1. Divide-se a mensagem ao meio e escreve-se em duas linhas. As armas e os ba rões assinalados 2. Constrói-se a mensagem cifrada tomando alternadamente uma letra de cada linha. Mensagem cifrada: Arsõ easr maasss ien aolsa dboas 16

Cifra de transposição: decifração de mensagem Para decifrar a mensagem anterior Arsõ easr maasss ien aolsa dboas Basta tomar primeiro os caracteres ímpares e depois os caracteres pares. Esta técnica pode complicar-se se se usarem não duas mas três ou mais linhas e se alterar a ordem pela qual as linhas são usadas na cifra. 17

Cifra de substituição: a cifra de César A cifra de substituição mais simples foi utilizada por Júlio César nas comunicações com os seus generais. O alfabeto cifra é obtido a partir do alfabeto claro começando pelo carácter na enésima posição. Há tantas cifras de César quantos os caracteres do alfabeto claro. 19

Cifra de César: exemplo Alfabeto claro: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz_ Alfabeto cifra: yz_abcdefghijklmnopqrstuvwx Mensagem em claro: as armas e os baroes assinalados Chave : 3 Mensagem cifrada: ypxyojypxbxlpxzyolbpxyppfkyiyalp 20

Que é preciso para decifrar uma mensagem? Na cifra de transposição: o algoritmo de cifra Na cifra de substituição: o algoritmo de cifra e a chave Qual a segurança a cifra de César? Na cifra de César o número máximo de chaves é o número de caracteres do alfabeto claro. 21

Cifra de César: variantes Em vez de usar uma única letra como chave, podem usar-se combinações de tantas letras (quantas se quiser) até ao máximo que é o número de caracteres da mensagem. Em alternativa pode usar-se como chave uma, ou mais palavras, eliminando as letras repetidas.. 22

Cifra de César: exemplo de variante Alfabeto claro: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz_ Alfabeto cifra: juliocesarbdfghklmnpqtvwxyz_ Mensagem em claro: as armas e os baroes assinalados Cifra : juliocesar Mensagem cifrada: jp jnfjp o hp ujnhop jppagjdjihp 23

Cifra de César: pontos fracos A variante da cifra de César torna mais difícil o ataque de força bruta, na medida em que o número de chaves pode ser muito elevado. Mas, como cada carácter da mensagem claro é sempre substituído pelo mesmo carácter na mensagem cifrada esta pode ser facilmente atacada se: Se souber qual a língua em que está escrita a mensagem Se a mensagem for suficientemente longa Se dispuser de uma tabela de frequência dos caracteres na língua da mensagem. 24

Cifra de Vigenère: uma cifra pseudo-indecifrável A fraqueza das cifras de substituição pode ser removida se, de cada vez que um carácter do alfabeto claro é substituído, o for por um carácter diferente do alfabeto cifra, o que corresponde a ter não um mas sim vários alfabetos cifra. Um processo de criar vários alfabetos cifra é a cifra de Vigenère (publicada em 1586 e decifrada em meados do século XIX). 25

Cifra de Vigenère: uma cifra pseudo-indecifrável 1. Começa-se por construir o quadrado de Vigenère, uma matriz de caracteres em que a primeira linha é o alfabeto claro (com n caracteres) e as n 1 linhas seguintes são alfabetos cifra, obtidos por deslocação de 1, 2,..., n 1 caracteres do alfabeto claro. Agora, cada letra do alfabeto claro pode ser substituída pela letra correspondente de qualquer dos alfabetos cifra. 2. A escolha da linha a utilizar para cifrar é definida pela chave, repetida tantas vezes quantas as necessárias para se obter uma cadeia de caracteres com o comprimento da mensagem a cifrar. 3. Para cifrar a primeira letra da mensagem usa-se a primeira letra da chave e escolhe-se a linha do quadrado de Vigerène que se inicia com essa letra. É essa a linha que contém o alfabeto cifra a usar para a primeira letra. 26

Cifra de Vigenère: uma cifra pseudo-indecifrável Alfabeto claro : abcdefghijklmnopqrstuvwxyz_ Quadrado de Vigenere: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz_ bcdefghijklmnopqrstuvwxyz_a cdefghijklmnopqrstuvwxyz_ab defghijklmnopqrstuvwxyz_abc efghijklmnopqrstuvwxyz_abcd fghijklmnopqrstuvwxyz_abcde ghijklmnopqrstuvwxyz_abcdef.. _abcdefghijklmnopqrstuvwxyz 27

Cifra de Vigenère: uma cifra pseudo-indecifrável Mensagem em claro: as armas e os baroes assinalados Cifra : camoes Mensagem cifrada: cs ovecs s gu novggs owkknmzevqs 28

Cifra de Vigenère: uma cifra pseudo-indecifrável A cifra de Vigenère apesar de bastante robusta, para os métodos disponíveis até ao século XIX, tem uma fraqueza importante: os vários alfabetos cifra estão relacionados entre si. Uma cifra mais robusta implica que: a chave tenha o mesmo comprimento da mensagem a cifrar; a chave seja constituída por uma sequência aleatória de caracteres (o que torna muito difícil adivinhá-la); os alfabetos cifra devem ser tantos quantos caracteres da mensagem e não devem poder ser deduzidos uns dos outros. 29

Cifra de Vernam: aleatória, de utilização única Shannon demonstrou que a cifra de Vernam, uma cifra de substituição, com uma chave aleatória (sugerida por Mauborgne), de comprimento igual ao da mensagem e que seja usada uma só vez é indecifrável. 30

Cifra de Vernam: problemas 1. Criar uma chave aleatória (só garantida com dispositivos baseados em fenómenos quânticos). 2. Distribuir a chave de forma perfeitamente segura. 3. Não esquecer que cada chave só pode ser usada uma única vez!!! 31

A distribuição da chave: cifra RSA Rivest, Shamir e Adleman (RSA) resolveram (ou redescobriram) o problema da distribuição das chaves de uma forma muito engenhosa, recorrendo a propriedades de funções matemáticas que permitem o cálculo directo mas tornam extremamente difícil o cálculo inverso. Cada interlocutor tem duas chaves (relacionadas entre si): a pública e a chave privada. Para cifrar uma mensagem usa-se a chave pública do destinatário na certeza de que só quem dispuser da correspondente chave privada poderá decifrar a mensagem. Se o emissor assinar a mensagem e cifrar a sua assinatura com a sua chave privada, o destinatário, ao decifrar a assinatura com a chave pública (que é acessível) tem a garantia da origem da mensagem. 32

Cifra RSA Na prática as chaves pública e privada têm 1024, 2048 ou 4096 bits. Para cifrar uma mensagem, divide-se a mesma em blocos de comprimento igual ao da chave e cifra-se cada bloco. Como este processo é susceptível de ataque, por análise estatística, antes de cifrar a mensagem é habitual comprimir a mensagem (sem perdas) para lhe retirar a redundância. Para garantir a integridade da mensagem cifrada, a cada bloco acrescenta-se o resultado de uma função de dispersão (hash function) 33

Cifra RSA: a função de dispersão (hash function) A função de dispersão é uma transformação de cadeia m numa cadeia de comprimento fixo H (m) em que: O comprimento de m é qualquer. O comprimento de H (m) é fixo. H (m) é fácil de calcular para qualquer m. H (m) é unidireccional, isto é, dado H (m) é difícil calcular m. H (m) é livre de colisões, isto é, dado x é muito difícil calcular y x y tal que H (y) = H (x). A função SHA-1, transforma qualquer mensagem de comprimento inferior a 2 64 bits numa mensagem com 160 bits. 34

Cifra PGP A cifra RSA exige recursos computacionais relativamente importantes (num computador pessoal vários minutos). Uma alternativa popular, conhecida como PGP (de Pretty Good Privacy) devida a Phil Zimmermann, recorre à RSA para cifrar a chave de uma cifra simétrica (semelhante à DES de Data Encription Standard) que é a cifra usada para cifrar a mensagem. A cifra RSA é apenas usada para cifrar a chave, resolvendo assim o problema da distribuição das chaves que é o principal óbice das cifras simétricas. Na assinatura apenas o sumário da mensagem (produzido por uma função de dispersão) é assinado e não toda a mensagem. 35

Cifra DES A cifra DES (de Data Encryption Standard) foi normalizada em 1975 e deriva da cifra Lucifer, da IBM. A norma tem sido actualizada de 5 em 5 anos. A cifra DES é uma cifra simétrica que transforma uma mensagem de 64 bits noutra também de 64 bits, com uma chave de 64 bits, dos quais só 56 são a chave, os restantes 8 são bits de controlo de erro (1 para cada grupo de 8 bits). A maior crítica à DES vem do comprimento da chave (56 bits). Hoje em dia, com os computadores disponíveis a cifra DES já não oferece segurança para muitas aplicações mais sensíveis, mas continua a ser usada para cifrar os números PIN dos cartões multibanco!!! 36

QKD Distribuição segura de chaves binárias A ideia básica para o sistema quântico de distribuição de chaves (QKD) é de Stephan Wiesner, então aluno de PhD na Universidade de Colúmbia, no final da década de 60 que sugeriu um processo de fazer notas impossíveis de falsificar. O artigo que submeteu sobre o assunto foi recusado por 4 revistas científicas!!!. Charles Bennett e Gilles Brassard propuseram, em 1984, um processo seguro de distribuição de chaves (binárias) aleatórias, que veio a ser designado pela sigla BB84, com base no envio pelo emissor de um fotão por cada bit, polarizado linearmente, de acordo com o seguinte código. Existem ainda outros protocolos com base para distribuição quântica de chaves. 38

QKD Vantagens e limitações Limitações: devidas às fontes de fotões únicos, à atenuação nas fibras (a amplificação destrói o emparelhamento), à velocidade de codificação (da ordem de 1 kbit/s). Vantagens: a aleatoriedade das chaves geradas, a segurança da sua distribuição. A detecção por um observador externo à transmissão da chave entre o emissor e o receptor altera o estado quântico dos fotões recebidos pelo receptor. 39

QKD Problemas práticos A transmissão de chaves implica a ligação por fibra óptica e a distância máxima está limitada (por enquanto) a cerca de 100 km, ou pelo ar, a curta distância (até 1 km). A velocidade de transmissão é limitada (1 Mbit/s a 50 km em 2010) O ruído pode conduzir a erros na determinação da polarização, tal como o efeito de um interceptor. Um ataque possível é o interceptor disfarçar-se como ruído. Para garantir a correcção da chave pode usar-se um código de correcção de erros. Se se pretender apenas verificar a correcção da chave pode usar-se uma função de dispersão. 40

QKD: distribuição de cifras por satélite Gerador de pares de fotões ensarilhados num satélite da ESA (proposta recente). Investigadores da Universidade de Pádua demonstraram a recepção de fotões isolados, enviados de Terra e reflectidos num satélite em órbita a cerca de 1500 km de altitude. 41

Introdução Esteganografia Criptografia Cifras de transposição Cifras de substituição Sistema quântico de distribuição de chaves Há cifras verdadeiramente seguras? 42

QKD É completamente seguro? Teoricamente: sim (provado matematicamente em 2001). Na prática as imperfeições dos sistemas podem comprometer a segurança: A fonte de fotões do emissor, em vez de 1 fotão por bit, emite 2; o interceptor pode medir a polarização de um dos fotões e enviar o outro ao receptor 43

Bibliografia 44

Obrigado pela vossa atenção 45