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Criptografia – Serviços Oferecidos

Criptografia - Fundamentos

Criptografia - Tipos Criptografia Simétrica Criptografia Assimétrica

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Serviços Descrição

Disponibilidade Garante que uma informação estará disponível para acesso no momento desejado.

Integridade Garante que o conteúdo da mensagem não foi alterado.

Controle de acesso

Garante que o conteúdo da mensagem será acessado somente por pessoas autorizadas.

Autenticidade da origem

Garante a identidade de quem está enviando a mensagem.

Não-repudiação Previne que alguém negue o envio e/ou recebimento de uma mensagem.

Privacidade(confidencialidade ou sigilo)

Impede que pessoas não autorizadas tenham acesso ao conteúdo da mensagem, garantindo que apenas a origem e o destino tenham conhecimento.


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Exemplo de aplicação: Compra pela Internet

Informação que permite a transação - valor e descrição do produto adquirido - precisa estar disponível no dia e na hora que o cliente desejar efetuá-la (disponibilidade).

O valor da transação não pode ser alterado (integridade).

Somente o cliente que está comprando e o comerciante devem ter acesso à transação (controle de acesso).

O cliente que está comprando deve ser quem diz ser (autenticidade).

O cliente tem como provar o pagamento e o comerciante não tem como negar o recebimento (não-repúdio).

O conhecimento do conteúdo da transação fica restrito aos envolvidos (privacidade).

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Fundamentos de Criptografia

Componentes básicos para o ciframento de uma mensagem:

algoritmo chave

Princípio de Kerckhoff (1883): Todos os algoritmos devem ser públicos; apenas as chaves são secretas.

Algoritmo secreto: segurança pela obscuridade.

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Fundamentos de Criptografia

Vantagens importantes para o uso de chaves

Permite a utilização do mesmo algoritmo criptográfico para a comunicação com diferentes receptores, trocando apenas a chave.

Permite trocar facilmente a chave no caso de uma violação, mantendo o mesmo algoritmo.

Número de chaves possíveis depende do tamanho (número de bits) da chave. Exemplo: uma chave de 8 bits permite uma combinação de

no máximo 256 chaves. Quanto maior o tamanho da chave, mais difícil quebrá-la.

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Criptografia - Tipos

Tipos básicos de Criptografia (em relação ao uso de chaves) Criptografia Simétrica (chave secreta)

Criptografia Assimétrica (chave pública)

Chave (A) Fechada Chave (A) Aberta

Chave (A) Fechada KEY (B) Aberta

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Criptografia Simétrica

Texto claro Mensagem cifrada

Utiliza uma mesma chave tanto para cifrar como para decifrar (ou pelo menos a chave de decifração pode ser obtida trivialmente a partir da chave de cifração)

A mesma chave utilizada para “fechar o cadeado” é utilizada para “abrir o cadeado”.

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Criptografia Simétrica - Requer uma chave compartilhada

Para: BancoDe: Affonso

Data: 16, Abr, 2001

Transferir R$ 2,5milhões da conta 254674-12 para a conta 071517-08

Affonso


Data: 16, Abr, 2001


Affonso

*> *ql3*UY#~00873/JDI

c4(DH: IWB(883

LKS9UI29as9eeaqw9vijhas9djerhp7(*Y23k^wbvlqkwczqw-_89237xGyjdc

Biskdue di7@94

*> *ql3*UY#~00873/JDI

c4(DH: IWB(883


Biskdue di7@94

Criptografia

+ + Algoritmo =

Descriptografia


Data: 16, Abr, 2001


Affonso


Data: 16, Abr, 2001


Affonso

*> *ql3*UY#~00873/JDI

c4(DH: IWB(883


Biskdue di7@94

*> *ql3*UY#~00873/JDI

c4(DH: IWB(883


Biskdue di7@94

+ + =Algoritmo

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Algoritmos simétricos - exigem que a chave seja mantida secreta, do conhecimento exclusivo dos dois interlocutores.

É requerido um canal seguro que permita a um usuário transmitir a chave ao seu interlocutor.

Se uma pessoa quer se comunicar com outra com segurança, ela deve passar primeiramente a chave utilizada para cifrar a mensagem. Este processo é chamado distribuição de chaves.

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Uso de algoritmo criptográfico simétrico (chave secreta)

Cifrar Decifrar

Canal Seguro

Canal Inseguro

Mensagem(abcdef...z)


Criptograma(...)

ChaveK

ChaveK

BobAlice

Alice e Bob precisam acordar uma chave secreta que irá proteger as mensagens trocadas entre eles.

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Alice cifra uma mensagem - utiliza um algoritmo de ciframento e uma chave secreta para transformar uma mensagem clara em um texto cifrado.

Bob decifra uma mensagem - utiliza o algoritmo de deciframento correspondente e a mesma chave para transformar o texto cifrado em uma mensagem em claro.

Eva - não possui a chave secreta, mesmo conhecendo o algoritmo, não consegue decifrar a mensagem.

A segurança do sistema reside não mais no algoritmo e sim na chave empregada. É ela que agora, no lugar do algoritmo, deverá ser mantida em segredo por Alice e Bob.

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Intruso passivo apenas escuta

Intruso ativo pode alterar mensagens

Intruso

Texto simples, P

Chave de criptografia, K

Chave de descriptografia, K

Texto simples, P

Texto cifrado, C=Ek(P)

Método de criptografia, E

Método de descriptografia,

D

Modelo de criptografia (para uma cifra de chave simétrica)

Dk(Ek(P)) = P

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Tipos de cifras utizadas

Cifras de corrente: quando se cria uma chave aleatória com o mesmo tamanho do texto a ser cifrado, e combina-se a chave com a mensagem a ser enviada.

Cifras de Bloco: aceita um grupo de bits ou bloco de dados, podendo ser utilizados em cadeia. geralmente usados para grandes quantidades de dados.

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Exemplos de algoritmos que utilizam chaves secretas:

DES Triple DES IDEA RC2

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Algoritmo Simétrico

Bits Descrição

DES 56 • Data Encryption Standard (DES) - algoritmo simétrico mais disseminado no mundo.

• Utiliza cifras de blocos de 64 bits, chave de 56 bits, substituição monoalfabética (alfabeto:256 símbolos).

• Criado pela IBM em 1977, permite cerca de 72 quadrilhões de combinações (256), considerado pequeno, quebrado por "força bruta" em 1997 em um desafio lançado na Internet.

• NIST (National Institute of Standards and Technology) - lançou o desafio, recertificou o DES pela última vez em 1993 e desde então está recomendando o 3DES.

• O NIST propôs um substituto ao DES - deve aceitar chaves de 128, 192 e 256 bits, operar com blocos de 128 bits.

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Bits Descrição

Triple DES(3DES)

112 ou 168 • O 3DES - simples variação do DES, utilizando-o em três ciframentos sucessivos, podendo empregar um versão com duas ou com três chaves diferentes.

• É seguro, porém muito lento para ser um algoritmo padrão.

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Bits Descrição

IDEA 128 • O International Data Encryption Algorithm foi criado em 1991 por James Massey e Xuejia Lai e possui patente da suíça ASCOM Systec.

• Algoritmo segue as mesmas linhas gerais do DES. • O tamanho da chave (128 bits) inviabiliza a possibilidade de ataques por “força-bruta”.

• Maioria dos microprocessadores - uma implementação por software do IDEA é mais rápida do que uma implementação por software do DES.

• Utilizado principalmente no mercado financeiro e no PGP (o programa para criptografia de e-mail pessoal mais disseminado no mundo).

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Bits Descrição

RC2 8 a 1024 • Projetado por Ron Rivest e utilizado no protocolo S/MIME, voltado para criptografia de e-mail corporativo.

• Cifra de corrente, produz um corrente de números pseudo-aleatórios que são cifrados através de uma operação lógica XOR com a própria mensagem.

• Possui chave de tamanho variável. • Rivest também é o autor do RC4, RC5 e RC6, este último concorrente do AES.

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Vantagem Rapidez na criptografia e descriptografia da informação.

Desvantagens A chave deve ser trocada entre as partes e armazenada de

forma segura, o que nem sempre é fácil de garantir; A criptografia simétrica não garante a identidade de quem

enviou ou recebeu a mensagem (autenticidade e não-repudiação).

Cada par necessita de uma chave para se comunicar de forma segura. Em geral, se n pessoas querem se comunicar usando chave secreta, serão necessárias chaves - problema para o gerenciamento de chaves.

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Forma tradicional

Forma moderna: Uso de um Centro de Distribuição de Chaves (KDC)

Proposta de solução para o problema da distribuição das chaves secretas

Possíveis problemas?

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Criptografia Assimétrica

Texto claro Mensagem cifrada

As chaves são sempre geradas aos pares: uma para cifrar e a sua correspondente para decifrar.

A chave pública é divulgada, a chave privada é proprietária (normalmente não abandona o ambiente onde foi gerada).

Uma chave é utilizada para “fechar o cadeado” e outra chave, diferente, mas relacionada à primeira,

é utilizada para “abrir o cadeado”

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Criptografia AssimétricaCriptografia Assimétrica - Não possui segredos compartilhados


Data: 16, Abr, 2001


Affonso


Data: 16, Abr, 2001


Affonso

*> *ql3*UY#~00873/JDI

c4(DH: IWB(883

LKS9UI29as9%#@qw9vijhas9djerhp7(*Y23k^wbvlqkwczqw-_89237xGyjdc

Biskdue di7@94

*> *ql3*UY#~00873/JDI

c4(DH: IWB(883


Biskdue di7@94

Criptografia

+ + Algoritmo =Chave Pública

Descriptografia


Data: 16, Abr, 2001


Affonso


Data: 16, Abr, 2001


Affonso

*> *ql3*UY#~00873/JDI

c4(DH: IWB(883


Biskdue di7@94

*> *ql3*UY#~00873/JDI

c4(DH: IWB(883


Biskdue di7@94

+ + Algoritmo =Chave Privada

As duas chaves são relacionadas através de um processo matemático, usando funções unidirecionais para a codificação da informação.

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Algoritmos assimétricos - permitem que a chave de cifração possa ser tornada pública, disponibilizando-a em um “canal público” (Ex.: repositório de acesso público) - chave-pública.

Qualquer um pode cifrar mensagens com uma dada chave-pública.

Somente o destinatário, detentor da correspondente chave de decifração (chave-privada, ou secreta), poderá decifrar a mensagem.

A chave-privada não precisa e nem deve ser dada a conhecer a ninguém, devendo ser guardada em segredo pelo seu detentor apenas, que deve também ter sido o responsável pela geração do seu par de chaves, enquanto a chave-pública pode ser publicada livremente.

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Uso de algoritmo criptográfico assimétrico (chave pública).

Cifrar Decifrar

Canal Público

Canal Inseguro



Criptograma(...)

ChaveKPública

ChaveKSecreta

BobAlice

Para que Alice envie uma mensagem confidencial a Bob, ela deve encriptar essa mensagem com a chave pública de Bob que, de posse de sua chave privada, consegue descriptá-la. Como, em tese, ninguém tem acesso à chave privada de Bob, ninguém pode descriptar a mensagem.

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Descrição do funcionamento do sistema (forma simplificada)

Bob e todos os que desejam comunicar-se de modo seguro geram uma chave de ciframento e sua correspondente chave de deciframento.

Bob mantém secreta a chave de deciframento; esta é chamada de sua chave privada.

Bob torna pública a chave de ciframento: esta é chamada de sua chave pública.

Qualquer pessoa pode obter uma cópia da chave pública. Bob encoraja isto, enviando-a para seus amigos ou publicando-a em boletins. Eva não tem nenhuma dificuldade em obtê-la.

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Descrição do funcionamento do sistema (forma simplificada)

Alice deseja enviar uma mensagem a Bob: precisa primeiro encontrar a chave pública dele. Feito isto, ela cifra sua mensagem utilizando a chave pública de Bob, despachando-a em seguida.

Bob recebe a mensagem, a decifra facilmente com sua chave privada.

Eva, que interceptou a mensagem em trânsito, não conhece a chave privada de Bob, embora conheça sua chave pública. Mas este conhecimento não a ajuda a decifrar a mensagem.

Mesmo Alice, que foi quem cifrou a mensagem com a chave pública de Bob, não pode decifrá-la agora.

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Algoritmo deve atender 3 requisitos básicos:

1. D(E(P)) = P.

2. É extremamente difícil deduzir D a partir de E.

3. E não pode ser decifrado por um ataque de texto simples escolhido.

Três principais variações para a Criptoanálise:•Texto cifrado – determinado volume de texto cifrado e nenhum texto simples.

•Texto simples conhecido – há uma correspondência entre o texto cifrado e o texto simples.

•Texto simples escolhido – criptoanalista tem a possibilidade de codificar trechos do texto simples escolhidos por ele mesmo.

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Exemplos de algoritmos que utilizam chaves públicas:

RSA ElGamal Diffie-Hellman Curvas Elípticas

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Algoritmo Descrição

RSA • Possui este nome devido a seus inventores: Ron Rivest, Adi Shamir e Len Adleman, que o criaram em 1977 no MIT.

• Amplamente utilizado e uma das mais poderosas formas de criptografia de chave pública conhecidas. Utiliza números primos.

• Premissa por trás do RSA: é fácil multiplicar dois números primos para obter um terceiro número, mas muito difícil recuperar os dois primos a partir daquele terceiro número - fatoração.

• Exemplo: Fatores primos de 3.337 são 47 e 71. Geração da chave pública: multiplicar dois primos grandes; qualquer um pode fazer isto. Derivar a chave privada a partir da chave pública: fatorar um grande número. Se o número for grande o suficiente e bem escolhido, então ninguém pode fazer isto em uma quantidade de tempo razoável.

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RSA • Segurança: dificuldade de fatoração de números grandes. • Uma chave RSA de 512 bits foi quebrada em 1999 pelo Instituto Nacional de Pesquisa da Holanda, com o apoio de cientistas de mais 6 países. Levou cerca de 7 meses e foram utilizadas 300 estações de trabalho para a quebra.

• Fato preocupante: percentual significativo dos sites de comércio eletrônico utilizam chaves RSA de 512 bits.

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El Gamal • Matemática diferente da utilizada no RSA.• O algoritmo envolve a manipulação matemática de grandes quantidades numéricas.

• Sua segurança advém de algo denominado problema do logaritmo discreto.

• Obtém sua segurança da dificuldade de se calcular logaritmos discretos em um corpo finito, o que lembra bastante o problema da fatoração.

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Diffie-Hellman

• Também baseado no problema do logaritmo discreto (exponenciação discreta), é o criptosistema de chave pública mais antigo ainda em uso.

• O conceito de chave pública foi introduzido pelos autores deste criptosistema em 1976.

• Cada participante inicia com sua chave secreta e através da troca de informações é derivada uma outra chave chamada chave de seção, que será usada para futuras comunicações.

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Curvas Elípticas

• Em 1985, Neal Koblitz e V. S. Miller propuseram de forma independente a utilização de curvas elípticas para sistemas criptográficos de chave pública.

• Consistem em modificações de outros sistemas (o El Gamal, por exemplo), que passam a trabalhar no domínio das curvas elípticas, em vez de trabalhar no domínio dos corpos finitos.

• Possuem potencial para prover sistemas criptográficos de chave pública mais seguros, com chaves de menor tamanho.

• Fica resolvido um dos maiores problemas dos algoritmos de chave pública: o grande tamanho de suas chaves.

• Algoritmos atuais - possuem o potencial de serem rápidos, mas são em geral mais lentos do que o RSA.

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Vantagens Mais segura do que a criptografia simétrica, por não precisar

comunicar ao receptor a chave necessária para descriptografar a mensagem.

Permite que qualquer um possa enviar uma mensagem secreta, utilizando apenas a chave pública de quem irá recebê-la.

Como a chave pública está amplamente disponível, não há necessidade do envio de chaves como no modelo simétrico.

A confidencialidade da mensagem é garantida, enquanto a chave privada estiver segura. Caso contrário, quem possuir acesso à chave privada terá acesso às mensagens.

Desvantagem costuma ser mais lenta do que a criptografia simétrica.

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Criptografia Simétrica x Assimétrica

Nº de participantes

Criptografia Simétrica n(n-1)/2


2n

2 1 4

4 6 8

8 28 16

16 120 32

Número de chaves necessárias/número de participantes

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Simétrica AssimétricaFuncionamento Utiliza um algoritmo e uma

chave para cifrar e decifrar

Requisito de Segurança A chave tem que ser mantida

em segredo Tem que ser impossível

decifrar a mensagem Algoritmo mais alguma parte

do texto cifrado devem ser insuficientes para obter a chave

Funcionamento Utiliza um algoritmo e um par

de chaves para cifrar e decifrar

Requisito de Segurança Uma chave é pública e a

outra tem que ser mantida em segredo

Algoritmo com alguma parte do texto cifrado com uma das chaves não devem ser suficientes para obter a outra chave

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Problemas

Criptografia Simétrica Como distribuir e armazenar as chaves secretas

de forma segura? Quantas chaves são necessárias para uma

comunicação segura entre n pessoas?

Criptografia Assimétrica Como garantir que o detentor da chave pública

é realmente quem diz ser? Necessidade de ter uma infra-estrutura para

armazenar as chaves públicas.

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Qual a melhor técnica?

Como garantir a autenticidade de quem envia a mensagem?

Como garantir a integridade do conteúdo?

Assinatura Digital

Certificado Digital

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Ameaças do Ambiente Eletrônico

Internet

Violação de autorização

Adulteração da comunicação

Interrupção do serviço

Intermediário

Impostor

Repetição

Repúdio

Emulação

Penetração de sistema

Processamento distribuído

Comunicações abertas

Cavalos de Tróia

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Comunicação Segura

“Alice”“Bob”

DocumentoEletrônico

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CriptografiaDescriptografia

Verificaçãode Assinatura

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Certificação

Validade doCertificado

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