Criptografia - Adelcio

Criptografia
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DGHOFLR PDUFRV GH OLPD

Criptografia
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Conteúdo
1. Introdução
2. O que é criptografia?
3. Técnicas de criptografia
4. Criptografia simétrica
5. Criptografia assimétrica
6. Funções de HASH
7. Assinatura Digital
8. Envelopamento Digital
9. Certificados Digitais
10. Infra-estrutura de Chaves Públicas – ICP
11. Laboratório

Criptografia
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Introdução
Cenário - Alternativamente tanto Albaliz como Beto pode ser
um programa de computador automatizando algum serviço de
informação.
Computador da
Albaliz
(origem)
Computador X
(provedor)
Linha de
comunicação
Computador do
Beto
(destino)
Computador Y
(provedor)

Criptografia
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Introdução
Problemas de sigilo e autenticidade:
1. Como esconder informações sigilosas, como o número do cartão de
crédito da Albaliz, das pessoas que controlam as linhas de comunicação e
os computadores intermediários como X e Y? Ou seja, Albaliz deseja que
só Beto consiga ler a informação enviada – isto é chamado de
autenticação do destino;
Computador da
Albaliz
(origem)
Computador X
(provedor)
esconder
Linha de
comunicação
Computador do
Beto
(destino)
Computador Y
(provedor)

Criptografia
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Introdução
2. Como evitar que um mal-intencionado leia e altere parte da informação
transitando na linha de comunicação antes de chegar ao Beto? Ou seja,
Beto gostaria de detectar se alguma alteração parcial foi feita na linha – isto
é chamado de detecção de integridade da informação;
Computador da
Albaliz
(origem)
Computador X
(provedor)
Mal-intencionado
lê grava
Linha de
comunicação
Computador do
Beto
(destino)
Computador Y
(provedor)

Criptografia
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Introdução
3. Uma variação do problema anterior é como evitar que uma falsa Albaliz
envie informação para Beto? Ou seja, Beto deseja ter certeza de que foi a
Albaliz verdadeira que enviou a informação – isso é chamado
autenticação da origem;
Computador da
Albaliz
(origem)
Computador X
(provedor)
Falsa Albaliz
grava
Linha de
comunicação
Computador do
Beto
(destino)
Computador Y
(provedor)

Criptografia
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Introdução
4. Como evitar que uma pessoa desautorizada leia e altere as informações
já enviadas e armazenadas no computador do Beto? Isso é chamado
também de detecção de integridade da informação;
Computador X
(provedor)
Desautorizada
Lê ou altera
Linha de
comunicação
Computador do
Beto
(destino)
Computador Y
(provedor)

Criptografia
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Introdução
CRIPTOGRAFIA é a base para a segurança nestes
cenários

Criptografia
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O que é criptografia?
É a transformação de uma mensagem para um formato
incompreensível, no intuito de garantir sua
confidencialidade, integridade e autenticação.
“Arte ou ciência de se escrever em cifras”.
Criptografia(kriptos = oculto + grifo = grafia)
Propriedades básicas da segurança da informação
Confidencialidade Autenticação
SEGURANÇA
Integridade Não repúdio

Criptografia
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Técnicas de Criptografia
• Técnicas Clássicas:
– Substituição– letras do texto plano são substituídas por
outras letras (Ex. cifrador de César, cifrador de Vinegère).
– Transposição- letras do texto plano são permutadas entre
si (Ex.máquina de rotores).
• Técnicas Modernas:
– Cifradores de fluxo– atuam sobre um bit ou byte de cada vez.
– Cifradores de bloco- atuam sobre um bloco do texto plano,
produzindo um bloco do texto cifrado do mesmo tamanho.

Criptografia
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Criptografia Clássica
• O cifrador de César (substituição simples ou monoalfabética)
Imperador romano Júlio César (100 AC – 44 AC). Substituiu letras do alfabeto
romano por letras do alfabeto grego, ou deslocou as letras um número fixo
de caracteres.
– Podemos retornar os caracteres originais voltando o mesmo número de
caracteres:
• Exemplo:
A=D, B=E, N=Q
Como criptografar “BANANA”?
EDQDQD

Criptografia
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Criptografia Clássica
• Como a mensagem é decriptografada?
PHQVDJHP
FULSWRJUDIDGD
Texto
Criptografado
D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C
Texto A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
MENSAGEM
CRIPTOGRAFADA

Criptografia
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Criptografia Clássica
• Substituição Homofônica
Uso datado de 1401 pelo Duque de Mantua
– Uma letra pode ser substituída por vários caracteres:
A=15, 19, 37, 88 B=6, 35, 42, 67
Um mesmo número do texto criptografado não pode corresponder a mais de
uma letra no texto normal.
• Substituição Polialfabética
Criado por Leon Baptista em 1568
Crifra de Vigenère e Baufort
Composto por várias cifras de substituição simples

Criptografia
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Criptografia Clássica
• Exemplo: Cifra de Vinegère
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
1 B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A
2 C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B
3 D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C
4 E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D
5 F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E
6 G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F
7 H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G
8 I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H
9 J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I
10 K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J
11 L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K
12 M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L
13 N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M
14 O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N
15 P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O
16 Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P
17 R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q
18 S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R
19 T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S
20 U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T
21 V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U
22 W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V
23 X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W
24 Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X
25 Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y

Criptografia
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Criptografia Clássica
• Exemplo de Cifra de Vinegère:
Cifrando TEMOS UM NOVO PRESIDENTE com a palavra-chave CHAVE:
Texto Claro T E M O S U M N O V O P R E S I D E N T E
Chave C H A V E C H A V E C H A V E C H A V E C
Deslocamento 2 7 0 21 4 2 7 0 21 4 2 7 0 21 4 2 7 0 21 4 2
Cifrado V L M J W W T N J Z Q W R Z W K K E I X G
Texto Cifrado: VLMJWWTNJZQWRZWKKEIXG

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Criptografia Clássica
• Substituição de Polígrafos
A cifra Playfair (1854) foi usada pelos britânicos na Primeira Guerra Mundial
– Criptografa grupos de caracteres. É o melhor entre as 4.
Cifrando TEMOS UM NOVO PRESIDENTE com a
palavra-chave CHAVE:
Preparamos o texto para ser cifrado:
TE MO SU MN OV OP RE SI DE NT EX
Texto cifrado: ZC JR PZ NJ RC PQ SV ZN IH JZ AZ
C H A V E
B D F G I
J K L M N
O P Q R S
T U X Y Z
Faz-se o retângulo, substitui pela letra do extremo do quadrado
No caso do MN, pega-se o da direita na mesma coluna

Criptografia
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Criptografia Clássica
• Transposição
Baseia-se na alteração da ordem dos caracteres em um texto, sendo que esses
permanecem inalterados.
Exemplo de uma Cifra de Transposição de coluna simples:
Texto: Minha terra tem palmeiras onde canta o sabiá
M I N H A T E
R R A T E M P
A L M E I R A
S O N D E C A
N T A O S A B
I A * * * * *
Lido na vertical o texto torna-se:
MRASNIIRLOTANAMNA*HTEDO*AEIES*TMRCA*EPAAB*

Criptografia
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Criptografia Clássica
• Transposição –Bastão de Licurgo ou Scytale
O scytale consiste num bastão no qual é enrolada uma tira de couro ou
pergaminho. O remetente escreve a mensagem ao longo do bastão e
depois desenrola a tira, a qual então se converteu numa sequência de
letras sem sentido. O mensageiro usa a tira como cinto, com as letras
voltadas para dentro. O destinatário, ao receber o “cinto”, enrola-o no
seu bastão, cujo diâmetro é igual ao do bastão do remetente. Dessa
forma pode ler a mensagem.

Criptografia
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Criptografia Moderna
• Na Criptografia Clássica o segredo que mantém o sigilo da
comunicação está no procedimento acordado entre as partes.
• Na Criptografia Moderna o procedimento é conhecido por
todos e o segredo está na chave.
Kerckhoff
O procedimento é conhecido por todos (caso os detalhes do
sistema sejam comprometidos, a comunicação entre as partes
não será comprometida)
A chave garante a segurança

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Criptografia Moderna
ENIGMA
A máquina enigma é uma combinação de sistemas
mecânicos e sistemas elétricos. O mecanismo consiste num
teclado, num conjunto de discos rotativos chamados rotores,
dispostos em fila, e de um mecanismo de avanço que faz
andar alguns rotores uma posição quando uma tecla é
pressionada. O movimento contínuo dos rotores provoca
diferentes combinações na encriptação.

Criptografia
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Criptografia Moderna
ENIGMA

Criptografia
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Criptografia Moderna
Shannon
- Confusão:
Um pedaço de informação é mudado, então os bits de saída não possuem
nenhuma relação óbvia com os bits de entrada (Substituição)
- Difusão:
Tenta propagar os efeitos de um bit de texto simples para outros bits no
texto cifrado (Transposição)
Obs: Os métodos de substituição e transposição continuam existindo na
Criptografia Moderna, porém ao invés do alfabeto são utilizados bits.

Criptografia
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Criptografia Moderna
• Criptografia simétrica ou de chave secreta.
– Usa-se a mesma chave
• Criptografia assimétrica ou de chave pública.
– Usam-se chaves diferentes, embora relacionadas, para cifrar e decifrar a
mensagem
• Funções de HASH
– Função matemática que gera uma informação de tamanho fixo, para a qual é
muito difícil, em termos computacionais, encontrar outra mensagem que gere
o mesmo resultado

Criptografia
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Criptografia simétrica ou de chave secreta
• O emissor usa uma chave secreta para criptografar a
mensagem, e o receptor utiliza a mesma chave para
decriptografar a mensagem.

Criptografia
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Criptografia simétrica ou de chave secreta
• O tamanho da chave � segurança dos algoritmos simétricos.
Uma chave de “128 bits de tamanho” significa que existem 2
elevado a 128 chaves possíveis.
Tempo p/quebrar a chave
Tipo hacker Orçamento 40 bit 56 bit 3DES-168
Individual US$400 5 h 38 anos “eternidade”
Dedicado US$10.000 12 min 556 dias 10E+19 anos
Comunidade US$10 milhões 0,02 seg 21 min 10E+17 anos
(Fonte:”Minimal Key Lengths for Symmetric Ciphers to Provide Adequate
Commercial Security.” Blaze, et.al. 1/96:Schneider B, “Applied Cryptography, Second
Edition” John Wiley & Sons. 1996 – Também disponível em
http://www.counterpane.com/Keylength.html)

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Criptografia simétrica ou de chave secreta
• Algoritmos e tamanhos de chave típicos:
• DES 56-bit
• Triple-DES ~160-bit
• CAST 40-, 64-, 80-, 128-bit
• RC2 40-, 128-bit
• IDEA 128-bit
• AES 128, 256-bit

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Criptografia simétrica ou de chave secreta
• Vantagens:
– Muito rápida, se comparada com a criptografia
assimétrica, ou de “chave pública”;
– Nível alto de segurança;
– Existem excelentes algoritmos simétricos
disponíveis de graça.

Criptografia
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Criptografia simétrica ou de chave secreta
• Desvantagens ou problemas:
– Difícil para os usuários compartilharem suas chaves de
forma segura;
– Se torna inviável, operacionalmente, quando o número de
usuários cresce:
•10 usuários = 50 chaves
•1000 usuários = 500.000 chaves
– Se torna onerosa a troca de chaves e, por isto, as chaves
não são trocadas com a frequência devida;
- Não podem ser usadas para Assinatura Digital;
– Não podem ser usadas, de forma fácil, para autenticação
em redes.

Criptografia
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Criptografia simétrica ou de chave secreta
• A questão de restrição de exportação:
– Produtos de criptografia gerados nos EUA não podem
ser exportados sem licença do Departamento de Estado;
– Softwares e dispositivos de criptografia são regulados
pelo ITAR (International Traffic in Arms Regulation) como
munição;
– Produtos que utilizem algoritmo simétricos só podem ser
exportados para uso comercial com chaves de 128 bits no
máximo;
– O Governo Americano propõe o uso de sistemas com
Key-recovery.

Criptografia
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Algoritmos Simétricos ou de Chave Secreta
DES - o Padrão para Criptografia de Dados (Data Encryption Standard) foi
adotado como padrão pelo governo dos EUA em 1977, e como padrão
ANSI em 1981. É um algoritmo de bloco que usa uma chave de 56 bits e
tem diferentes modos de operação, dependendo da finalidade com que é
usado.
3DES - é uma maneira de tornar o DES pelo menos duas vezes mais seguro,
usando o algoritmo de criptografia três vezes, com três chaves diferentes.
IDEA - o International Data Encryption Algorithm (Algoritmo de Criptografia
de Dados Internacional) foi desenvolvido em Zurique, na Suíça, por James L.
Massey e Xuenjia Lai, e publicado em 1990. O IDEA usa chave de 128 bits, e
é bastante poderoso.

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Algoritmos Simétricos ou de Chave Secreta
RC4 - Inventado em 1987 pela RSA, nunca teve o seu algoritmo de
funcionamento interno publicado. Esse segredo possuía interesses
financeiros e não de segurança. A empresa esperava que mantendo-o em
segredo, ninguém mais o implementaria e o comercializaria. É uma
cifragem muito utilizada hoje em dia, até fazendo parte no protocolo de
comunicação SSL (Security Socket Layer).
RC5 - este algoritmo de bloco foi desenvolvido por Ronald Rivest e publicado
em 1994. O RC5 permite que o tamanho da chave, o tamanho dos blocos de
dados e o número de vezes que a criptografia será realizada seja definida pelo
usuário.
BLOWFISH - é um algoritmo de criptografia em bloco, rápido, compacto e
simples, inventado por Bruce Schneier. O algoritmo permite a utilização de
uma chave de tamanho variável, de até 448 bits, e é otimizado para executar
em processadores de 32 ou 64 bits. Não é patenteado e foi colocado em
domínio público.

Criptografia
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Criptografia assimétrica ou de chave pública
• Nesta abordagem, tanto o emissor quanto o receptor possuem não
apenas uma, mas duas chaves, uma pública e outra privada.

Criptografia
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Criptografia assimétrica ou de chave pública
• Com o protocolo Diffie-Hellman, criado em 1976,
um precisa conhecer apenas a chave pública do outro.
•A chave pública pode ser divulgada por seu proprietário
sem problemas, inclusive através de meios inseguros.
•A chave privada do usuário deve permanecer secreta.
• A chave pública e privada são matematicamente
relacionadas, de forma que o que é criptografado
com uma delas só pode ser decriptografado com a
outra.

Criptografia
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Criptografia assimétrica ou de chave pública
• Como fazer para enviar uma mensagem criptografada?
- O emissor criptografa a mensagem utilizando a
chave pública do destinatário e envia a mensagem.
- O destinatário recebe e decriptografa a
mensagem utilizando sua chave privada.
Alba msg criptografa
PB
Chave pública de Beto
CPB(msg)
Nenhuma chave secreta precisa ser transmitida.
decriptografa
SB
Chave privada de Beto
msg
Beto

Criptografia
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Criptografia assimétrica ou de chave pública
• Principais algoritmos utilizados comercialmente:
– RSA – Rivest-Shamir-Adleman;
• 1024 bits, é 7,5 milhões de vezes mais forte que 512 bits
– DSA – Digital Signature Algoritm;
• Só para assinaturas digitais, recomendado 1024 bits
– DH – Diffie-Hellman;
• Usado para troca de chaves e criptografia, recomendado 1024 bits.
– EC – Elliptic Curves.
• Similar aos DSA e DH nas funções, recomendado 192 bits
• Utilização:
– Assinatura Digital: RSA, DSA e ECDSA;
– Criptografia: RSA, DH e ECDH;
– Troca de Chaves: RSA, DH e ECDH

Criptografia
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Criptografia assimétrica ou de chave pública
Vantagens:
– Permite a comunicação segura, sem o compartilhamento
prévio de chaves;
– Permanece viável operacionalmente;
• 1000 usuários = 2000 chaves (ou 1000 pares de chave)
– Permite assinaturas digitais;
– Possui velocidade aceitável para criptografia de dados.

Criptografia
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Criptografia assimétrica ou de chave pública
Desvantagens ou problemas:
– Como saber de quem são as chaves públicas que você tem?
– Onde se obtém as chaves públicas?
– Como confiar nestas chaves públicas?
– Como as chaves são atualizadas ao longo do tempo?
Solução: Certificados Digitais e Tecnologia de PKI (ICP)

Criptografia
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Algoritmos assimétricos ou de chave pública
• Diffie-Hellman - Um sistema para troca de chaves
criptográficas entre partes. Na verdade, não é um método de
criptografia ou decifragem, é um método para troca de chave
secreta compartilhada por meio de um canal de comunicação
público. Com efeito, as duas partes estabelecem certos valores
numéricos comuns e cada uma delas cria uma chave. As
transformações matemáticas das chaves são intercambiadas.
Cada parte calcula então uma terceira chave (a chave de
sessão) que não pode ser descoberta facilmente por um
atacante que conheça os valores intercambiados.

Criptografia
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Algoritmos assimétricos ou de chave pública
• ElGamal - Batizado com o nome de seu criador, Taher ElGamal,
é um sistema criptográfico de chave pública baseado no
protocolo de troca de chaves de Diffie-Hellman. O ElGamal
pode ser utilizado para criptografia e assinatura digital, de forma
semelhante ao algoritmo RSA.
• DSS - O Digital Signature Standard (Padrão de Assinatura
Digital) foi desenvolvido pela Agência Nacional de Segurança
(NSA), e adotado como Padrão Federal de Processamento de
Informação (FIPS) pelo Instituto Nacional de Padrões e
Tecnologia (NIST) dos EUA. O DSS é baseado no Algoritmo de
Assinatura Digital - DSA (Digital Signature Algorithm) - que
permite a utilização de qualquer tamanho de chave, embora no
DSS FIPS só sejam permitidas chaves entre 512 e 1024 bits. O
DSS só pode ser usado para a realização de assinaturas digitais,
embora haja implementações do DSA para criptografia.

Criptografia
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Algoritmos assimétricos ou de chave pública
• RSA - é um sistema criptográfico de chave pública
conhecido, desenvolvido por Ronald Rivest, Adi Shamir e
Leonard Adleman, então professores do MIT (Instituto de
Tecnologia de Massachusets). O RSA utiliza criptografia em
blocos e possui uma segurança muito forte, devido ao alto
poder computacional necessário para se tentar quebrar uma
chave RSA. Pode tanto ser usado para cifrar informações
como para servir de base para um sistema de assinatura digital.
As assinaturas digitais podem ser usadas para provar a
autenticidade de informações digitais. A chave pode ser de
qualquer tamanho, dependendo da implementação utilizada.

Criptografia
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Aplicações de criptografia assimétrica
• Smart-card – são cartões plásticos que incluem um
processador equivalente a um i386, e memória local, com um
sistema operacional próprio. A comunicação com outro
computador é através de um adaptador a um drive de disquete,
ou através de um periférico especial. Muitos desses cartões já
incorporam o DES e o RSA com chave de 1024 bits. Possuem
também memória protegida para armazenar as chaves.

Criptografia
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Criptografia de Chave Secreta X Chave Pública
Chave Secreta X Chave Pública
Para Usar Para Usar
- Um algoritmo e uma chave - Um algoritmo e duas chaves
- A e B compartilham o - A e B compartilham um
algoritmo e a chave par de chaves
Para a Segurança Para a Segurança
- Chave secreta - Uma chave pública
- Impossibilidade de decifrar a - Impossibilidade de decifrar a
mensagem mensagem
- Algoritmo + amostra do texto cifrado - Algoritmo + amostra do texto
não é suficiente para determinar a chave cifrado + chave pública não
determina a chave privada

Criptografia
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Funções de HASH
São algoritmos que a partir de uma mensagem de qualquer
tamanho, gera uma string(HASH) de tamanho fixo de 128 bits.
Define uma criptografia de modo unidirecional, ou seja, efetua
uma criptografia que não apresenta volta.
mensagem
Função de
HASH
HASH da mensagem
iCqVAuB72QM...
(string com 128 bits)

Criptografia
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Funções de HASH
• Garantindo a INTEGRIDADE da mensagem:
Origem
mensagem
iCqVAuB72QM...
HASH da mensagem
Mensagem e seu
HASH enviados
=
Destino
mensagem
iCqVAuB72QM...
MSG OK

Criptografia
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Algoritmos de HASH
HMAC- o Hashed Message Authentication Code (Código de
Autenticação de Mensagens por Confusão), é uma técnica que
usa uma chave secreta e uma função de codificação para criar
um código secreto de autenticação de mensagem. O método
HMAC reforça uma função de codificação existente de forma
a torná-la resistente a ataques externos, mesmo que a própria
função de codificação esteja de certa forma comprometida.
MD2 - Message Digest #2 (Codificação de Mensagem #2),
desenvolvido por Ronald Rivest. Esta é a mais segura das
funções de codificação de mensagem de Rivest, mas demora
mais para calcular e produz algumas colisões em seu cálculo.
Produz uma codificação de 128 bits.

Criptografia
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Algoritmos de HASH
MD4 - Message Digest #4 (Codificação de Mensagem #4),
também desenvolvido por Ronald Rivest. Este algoritmo de
codificação de mensagem foi desenvolvido como uma
alternativa rápida para o MD2. Depois, o MD4 mostrou ser
pouco seguro. Ou seja, é possível encontrar dois arquivos que
produzem o mesmo código MD4 sem uma pesquisa de força
bruta. O MD4 produz uma codificação de 128 bits.
MD5 - Message Digest #5 (Codificação de Mensagem #5),
também desenvolvido por Ronald Rivest. O MD5 é uma
modificação do MD4 que inclui técnicas para torná-lo mais
seguro e mais rápido. Embora largamente usado, foram
descobertas algumas falhas nele em meados de 1996, que
permitiam calcular alguns tipos de colisão. Como resultado,
sua popularidade vem caindo. O MD5 produz uma codificação
de 128 bits.

Criptografia
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Algoritmos de HASH
• SHA1 - O Secure Hash Algorithm se parece muito com o
MD5. O SHA1 incorpora pequenas mudanças, como produzir
uma codificação maior com 160 bits. Os cálculos internos são
mais fortes do que o do MD5. Variantes do SHA1 que
produzem variantes de 192 a 256 bits estão em
desenvolvimento.

Criptografia
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Algoritmos de HASH
• Esquema Geral do SHA1.
1- O documento é transformado em blocos de 512 bits.
- inserido um 1, seguido de 0s, tornando-o múltiplo de 512 menos 64.
2- Inserido tamanho original do documento.
- acrescido um bloco de 64 bits que contém o seu tamanho original.
3- Inicializado buffer (160 bits) para resultados intermediários
e final.
- A=0x67452301 B=0x32efcd10 C=ae56dfe321 D=0xfe54ff23
E=0xedf3f25a
4- O documento é processado em blocos de 512 bits.
- são aplicadas 4 rodadas de 20 operações cada.
O resultado é um resumo de 160 bits

Criptografia
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CRIPTOGRAFIA
FIM