Criptografía

1. Criptografía • Kρύπτω (kryptos)– Oculto • Escritura secreta • No se oculta el mensaje • Cifrar • Transcribir en guarismos, letras o símbolos, de acuerdo con una clave, un mensaje cuyo contenido se quiere ocultar.

2. Amenazas a un mensaje

3. Mensaje Mensaje Alice Bob

4. Mensaje Mensaje escuchado sin autorización (eavesdropping) Alice Bob Eve

5. Mensaje interceptado Mensaje Mallory Alice Bob

6. Mensaje modificado Mensaje Mensaje Mallory Alice Bob

7. Mensaje fabricado Alice Bob Mensaje “Alice”

8. Idea básica Esta es la clase De Seguridad Informática en El Tecnológico De Monterrey Encryption Esta es la clase De Seguridad Informática en El Tecnológico De Monterrey Plaintext Ciphertext Esta es la clase De Seguridad Informática en El Tecnológico De Monterrey Dencryption Esta es la clase De Seguridad Informática en El Tecnológico De Monterrey Ciphertext Plaintext

9. Idea básica m c Esta es la clase De Seguridad Informática en El Tecnológico De Monterrey Cifrado Esta es la clase De Seguridad Informática en El Tecnológico De Monterrey Mensaje original Criptograma c = E(k,m) c m Esta es la clase De Seguridad Informática en El Tecnológico De Monterrey Descifrado Esta es la clase De Seguridad Informática en El Tecnológico De Monterrey Criptograma Mensaje orignal m = D(k,c)

10. Ecuación de consistencia(cifradores simétricos) m E(k,m) m=D(k,E(k,m)) D(k,E(k,m)) m

11. Principios básicos de seguridad • Confidencialidad • Privacidad, mensajes secretos • Integridad • Mensaje no cambia en tránsito • Disponibilidad • Autenticación • Validar la identidad del emisor • No repudio • No se puede negar haber enviado el mensaje • No se puede negar haber recibido el mensaje

12. Scytale (700 A de C)

13. Cesar (ROT 3) n = 3 50 AC

14. ROT 13 n = 13

15. Cifrador PigPen (Siglo XVIII)

16. Análisis de frecuencias Inglés Español Problema con cifradores de sustitución monoalfabéticos

17. Análisis de frecuencia • Le costo la cabeza a la reina Mary de Escocia

18. Cifradores polialfabéticos • Leon Alberti 1460s • Propuso múltiples alfabetos para cifrar y alternar el uso de allos para cifrar un mensaje • Blaise de Vigenère 1586 • Implemento el cifrador que lleva su nombre

19. Ejemplo ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ Alfabeto original DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC Alfabeto cifrado 1 NOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLM Alfabeto cifrado 2 JAVAXJALA Mensaje en claro: MDYDAMDOD Mensaje cifrado con alfabeto cifrado 1: Mensaje cifrado con alfabeto cifrado 1: MNYNAWDYD Mensaje cifrado con 2 alfabetos:

20. Cifrador Vigenère

21. “One-time Pad” • El cifrador perfecto • La llave es una secuencia aleatoria de caracteres (bits) • Llave y mensaje tienen la misma longitud • Para combatir el análisis de frecuencia • Dos problemas • Absoluta sincronización entre emisor y receptor • Número de llaves ilimitado (distribución)

22. Enigma

23. Cifrado simétrico y asimétrico Llave Privada Llave Pública

24. Cifrado simétrico y asimétrico Llave Privada Llave Pública

25. Cifrados de sustitución • Cada letra se cambia por otra letra o símbolo • A → C, B → D, ......... • Cesarci = E(pi) = pi + 3 • General • ci = E(pi,n) = pi + n mod 26

26. Cifrados de sustitución • Cada letra se cambia por otra letra o símbolo • A → C, B → D, ......... • Cesarci = E(pi) = pi + 3 • General • ci = E(pi,n) = pi + n mod 26

27. Cifrado Monoalfabético • Cada letra del texto en claro se convierte en la misma letra en el texto cifrado • Usando 3 como llave • ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWWXYZ • defghijklmnopqrstuvwwxyzabc • Usando “palabra” como llave • ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWWXYZ • palbrcdefghijkmnoqstuvwwxyz

28. Cifrado Polialfabético • Cada letra del texto en claro no es reemplazada por la misma letra en el texto cifrado • Cifrado de Vigenère: • C = P + K mod 26 • Usando “secreto” como llave • Texto en claro ESTEMENSAJEESFACIL • Llave secretosecretosecr • Texto cifrado wwvvqxbkelviltsgkc

29. Cifrados de tranposición • Los símbolos del mensaje no cambian, sino que son reacomodados • SEGURIDAD → GSARDIDEU • PERMUTACIONES • Transposición por columnas ESTEM ENSAJ EESMA SDIFI CILDE DESCI FRARA EEESC DFSNE DIERT SSILS AEAMF DCRMJ AIEIA

30. Cifrados secuenciales y de bloques Stream Cipher Block Cipher

31. Algoritmo seguro • Basado en conceptos matemáticos sólidos • Ha sido analizado por gente competente • Ha resistido el paso del tiempo • Principios básicos: • Confusión • Difusión

32. Principios • Confusión • Relación no evidente (compleja) entre mensaje claro/ llave y mensaje cifrado • ¿Qué pasa con el texto cifrado si cambio un carácter del texto en claro?. No se puede predecir el cambio • Evitar patrones claros • Difusión • Dispersar la información del texto claro en todo el mensaje cifrado • El interceptador requiere acceso a mucha información para tratar de descifrar el mensaje original

33. Cifrados secuenciales y de bloques • Secuenciales • (+) Buena velocidad de transformación • (+) Bajo propagación de error • (-) Baja difusión • (-) Suceptible a inserciones malignas • Bloques • (+) Alta difusión • (+) Inmunidad a inserciones malignas • (-) Lentitud en el cifrado • (-) Alta propagación de errores

34. Algoritmos criptográficos • La mayoría usa aritmética binaria • Más fácil

35. DES (Data Encryption Standard) • 1973: NBS (ahora NIST) llama a concurso para un cifrador comercial • Concebido para uso público (comercial) • NSA directamente involucrada • “Debilidades intencionales” (?) • Llave pequeña (56 bits) y bloques de 64 bits • IBM concursa con Lucifer • Algoritmo de Horst Feistel desarrollado a principios de los 70s en IBM • Cifrador de bloque y llave privada (simétrica) • Originalmente de las llave de 128 bits y bloques de 128 bits • Emigrado alemán, 1934 • 1976: NBS adopta el cifrador de IBM como estándar • 1997: Es atacado con éxito (fuerza bruta) • 2000: NIST cambia a AES

36. DES • Cifrador de bloques • Opera en bloques de datos de 64 bits • Llave de 64 bits • Realmente es de 56 bits • Los 8 bits restantes se usan como paridad • 16 rondas de sustituciones y permutaciones determinadas por cajas S (S-Boxes) I cajas P (P-Boxes) • El mismo algoritmo para descifrar

37. Estructura general de DES • IP: Initial Permutation • FP: Final Permutation • IP y FP son inversas • Opera sobre bloques de 64 bits • F: Función Feistel

39. Permutación Inicial (IP)

40. Función Feistel Una para cada una de las rondas. Se sacan del “key schedule” Expansión y Permutación 48 bits Cajas S (S box) “Substitution” 6 bits entrada 4 bits salida 32 bits

41. Función Feistel

42. Función de Expansión (E)

43. Cajas S (substitución)

44. S1 Entrada: 101100 Renglón: 1yyyy0 Columna: x0110x Salida: 0010 (2)

45. P

46. Generación de las “subkeys” • PC1 (Permutation Choice 1) • 64 bits a 56 bits • Permutación • 2 mitades de 28 bits • Rotadas independientemente • 1 ó 2 posiciones • PC2 (Permutation Choice 2) • 56 bits de entrada • 48 bits de salida

47. Generación de las “subkeys” • PC1 (Permutation Choice 1) • 64 bits a 56 bits • Permutación • 2 mitades de 28 bits • Rotadas independientemente • 1 ó 2 posiciones • PC2 (Permutation Choice 2) • 56 bits de entrada • 48 bits de salida

48. 64 bits 56 bits 28 bits 28 bits 1 ó 2 posiciones 1 ó 2 posiciones 28 bits 28 bits 48 bits 56 bits 1 ó 2 posiciones 1 ó 2 posiciones 48 bits 56 bits 1 ó 2 posiciones 1 ó 2 posiciones 48 bits 56 bits

49. PC-1

50. Rotaciones para generar las subllaves