Zabezpečení informace

Zabezpečení informace Informatika pro ekonomy II přednáška 5

Proč zabezpečovat? • Při přenosu může nastat chyba vlivem technické nedokonalosti přenosového kanálu. • Při přenosu může nepovolaná osoba číst přenášená data. • Při přenosu může nepovolaná osoba modifikovat přenášená data. 2

Zabezpečení proti technickým nedokonalostem přenosu Chyba — změna 0  1 nebo 1  0 Násobnost chyby — počet chyb v jednotce dat • jednonásobná chyba (například jedna chyba v přeneseném bytu) • dvojnásobná chyba, vícenásobná chyba • četnost chyb s násobností obvykle prudce klesá (například 0,001/s; 0,000 03/s) • četnost chyb je velmi relativní, záleží na zařízení

Detekce chyby • Detekce chyby— zjištění, že v přeneseném úseku nastala chyba, není však známo přesné místo. • Možnosti detekce:— parita,— kontrolní součet. • Obojí na podobném principu.Detekce chyb s lichou násobnostíJednoduchá realizaceŠiroké použití

Parita • Parita— doplnění binárních jedniček na: • sudý počet — sudá parita • lichý počet — lichá parita • Jednoduchá parita— jeden paritní bit • Kombinovaná parita— více paritních bitů

paritní bit (navíc) paritní bit (nejvyšší bit dat) Detekce chyby (parita, příklad) • Příklady: Jednoduchá parita realizovaná devátým bitem (op. paměť) sudá: 01010110 0 lichá: 01010110 1 Jednoduchá parita realizovaná osmým bitem (internet) sudá: 01010110 lichá: 11010110

sudé bity první čtveřice druhá čtveřice liché bity Detekce chyby (kombin. par.) Kombinovaná parita pracuje na stejném principu, ale paritních bitů je více. (sudá:) 010110010011

Detekce — kontrolní součet Kontrolní součet – přídavný údaj vypočtený z dat zvoleným postupem a kontrolovaný stejným postupem na přijímací straně. Používají se různé varianty pro různé účely: • podélná parita • CRC (Cyclic Redundancy Check) • hashování (otisk prstu, miniatura) • MD5 (Message-Diggest algorithm) • SHA (Secure Hash Algorithm)

Podélná parita • Blok dat – operace aritmetického součtu bez přenosu do vyššího řádu 01101010 11001011 00101010 10001011 Každý bit kontrolního součtu doplňuje počet binárních jedniček v příslušném řádu na sudý počet. Proto se kontrolnímu součtu někdy říká podélná parita.

Oprava chyb • Detekce místa chyby— pak stačí provést opravu inverzí příslušného bitu. • Jednoduchá detekce— kombinovanou paritou nebo kombinací příčné a podélné parity. • Složitější detekce— použitím samoopravného kódu.

01101010 01001011 10101010 01101010 01011011 10101010 10001011 10001011 Kombinace parit • Chyba se projeví v několika místech— podle hodnot paritních bitů lze zjistit místo chyby.

Samoopravný kód • Kód schopný detekovat místo chyby. Příklad: Hammingův kód— založen na existenci povolených a zakázaných kódových kombinací. • Hammingova vzdálenost— určuje se pro dvě hodnoty a je rovna počtu rozdílných bitů. x = 011010111010 y = 001010101110 h = 3

Princip Hammingova kódu • Povolené hodnoty— kódové kombinace, které mají od sebe navzájem Hammingovu vzdálenost minimálně k . • Zakázané hodnoty — všechny ostatní kódové kombinace. Je jich podstatně více než povolených. • Přenos kódové kombinace — získá-li se po přenosu zakázaná kombinace, buď je detekována chyba, nebo se podle H. vzdálenosti určí nejbližší povolená hodnota.

povolené hodnoty, k = 4 Detekce a oprava chyby 100101101010 100101101000 100101101001 100101101101 100101100101 Kód: (část) Přenos: 100101100101 100101100101 OK 100101100101 ! 100101101101 Oprava 100101100101 !! 100101101001 Detekce Násobnost chyby < k/2 ... oprava, násobnost = k/2 ... detekce

Zabezpečení proti neoprávněnému čtení • Šifrování — nahrazení (kódování) původních znaků (slov) novými, aby výsledek byl zdánlivě nesmyslný. • Steganografie — věda zabývající se ukrýváním zpráv, nikoliv jejich obsahu. • Kryptografie — věda zabývající se ukrýváním obsahu zpráv tvorbou šifer a jejich aplikací. • Kryptoanalýza — věda zabývající se dešifrováním zpráv bez znalosti klíče (prolamování šifer).

Rozdělení šifer • Transpoziční — znaky mění pořadí, ale zůstávají nezměněny. • Substituční — znaky zůstávají na svých místech, ale mění se (kódují) na jiné. • Monoalfabetická — substituční šifra s jednou tabulkou nahrazení znaků. • Polyalfabetická — substituční šifra s proměnnou tabulkou nahrazení znaků.

Způsoby šifrování • Caesarova šifra — posun znaku v abecedě • PARAPET = OZQZODS • Lze dešifrovat pomocí frekvenční analýzy. • Šifra Blaise de Vigenèra (16. stol.) — posun znaku v abecedě na základě hesla, tj. pro každý výskyt znaku jinak • PARAPET = EEURDTX • Lze dešifrovat pomocí odvození a nalezení hesla.

Vigenèrova šifra Vigenèrův čtverec: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ BCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA CDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZAB DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC EFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCD FGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDE GHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEF atd.

Vigenèrova šifra ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ PQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNO EFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCD DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC RSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQ OPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMN P E D R O PARAPET = EEURDTX PEDROPE • Šifra rozlomena Charlesem Babbagem v 19. stol.

Enigma • Arthur Scherbius (kolem r. 1920) — první návrhy stroje. • Hlavní součástky — klávesnice, propojovací deska, scramblery, zrcadlo, zobrazení šifry. • Princip — scramblery se otáčejí a mění šifrové písmeno po stisku každé klávesy. Propojovací deska vyměňuje dvojice znaků. Počet kombinací cca 10 na 17. • Prolomeno v 30. letech (Polsko) a za II. svět. války (Bletchley, Turing), použity tzv. „bomby“

Šifrování v počítačové podobě • Změna frekvenčního spektra — četnosti kódových znaků nesouvisejí s četnostmi původních znaků. • Šifrovací klíč — u primitivních způsobů je to kódová tabulka náhrad, u jiných způsobů je to binární posloupnost sloužící k šifrování nebo dešifrování. • Symetrický klíč — pro šifrování i dešifrování je stejný a stejně se aplikuje. • Asymetrický klíč — klíč má dvě části, pro šifrování a dešifrování slouží různé části klíče.

10110 101 10 10110 1 0110 1011 0 10110 10 Symetrické šifrování • Příklad klíče — 10110 (v praxi bývá například 128 bitů). • Příklad šifrování — operace XOR (výhradní součet, nonekvivalence). 10110100 01101011 10110100 00101100 Data: 10110 101 10 10110 1 0110 1011 0 10110 10 Klíč: 00000001 11000110 11011111 01110110 Šifra: Klíč: Data: 10110100 01101011 10110100 00101100

Nesymetrické šifrování • Klíč má dvě části — veřejnou a soukromou (zkráceně veřejný klíč, soukromý klíč). • Použití 1 — pro šifrování veřejný klíč příjemce, pro dešifrování soukromý klíč příjemce:Zprávu přečte JEN oprávněný příjemce • Použití 2 — pro šifrování soukromý klíč odesílatele, pro dešifrování veřejný klíč odesílatele:Příjemce dokazuje identitu odesílatele

Distribuce klíčů • Certifikační autorita — „notář“, který osvědčuje, že určitý soukromý klíč vlastní určitá osoba.Umožňuje dokázat totožnost odesílatele • Hlavní funkce CA:— generování klíčů;— přidělování, evidence, obnovování klíčů;— osvědčování vlastnictví určitého klíče.

Vlastnosti šifrovacích způsobů • Symetrické šifrování:— jednoduché vytvoření libovolného klíče;— rychlé;— libovolná hodnota a délka klíče, neprolomitelné;— problém s předáním klíče příjemci. • Asymetrické šifrování:— složitější vytvoření páru klíčů;— pomalejší;— délka klíče je známa, méně odolné vůči hrubé síle;— umožňuje identifikovat odesílatele.

Hybridní šifrování • Používá obou druhů klíčů zároveň — kombinace výhod a zvýšení bezpečnosti přenosu • Kombinace klíčů umožňuje aplikovat více funkcí — zabezpečení proti neoprávněnému čtení, identifikace odesílatele, zabezpečení proti neoprávněné modifikaci.

Zabezpečení proti neoprávněné modifikaci • Otisk zprávy — binární posloupnost získaná speciálním algoritmem; je pro každou zprávu jedinečná. • Kontrola otisku — po přenosu zprávy s otiskem se vypočte nový otisk a srovná se s přeneseným. • Elektronický podpis — otisk zašifrovaný soukromým klíčem odesílatele.

Odeslání bezpečné a podepsané zprávy VKP Sym. klíč š Bezpečný klíč Zpráva š Bezpečná zpráva Výpočet SKO Elektronický podpis Otisk š

Bezpečný klíč Bezpečná zpráva Elektronický podpis Přijetí bezpečné a podepsané zprávy SKP d Zpráva d VKO Výpočet ? Otisk 1 Otisk d =

Zabezpečení informace