Reti di Calcolatori Crittografia

Presentazione sul tema: "Reti di Calcolatori Crittografia"— Transcript della presentazione:

1 Reti di Calcolatori Crittografia
Sergio PORCU

2 La crittografia La crittografia è la scienza che studia la scrittura e la lettura di messaggi in codice ed è il fondamento su cui si basano i meccanismi di autenticazione, integrità e segretezza.

3 La crittografia L’autenticazione stabilisce al tempo stesso l’identità del mittente e del destinatario delle informazioni. L’integrità garantisce che i dati non siano stati alterati e la segretezza che nessuno, al di fuori di mittente e destinatario, sia in grado di interpretarli.

4 La crittografia Solitamente, i meccanismi crittografici utilizzano sia un algoritmo sia un valore segreto, detto chiave. In genere, la struttura degli algoritmi è pubblica; le chiavi, invece, vengono mantenute segrete per ottenere la sicurezza richiesta.

5 La crittografia Il numero di bit necessari per garantire la sicurezza crittografica non è facile da determinare. Più è lungo lo spazio di chiave (l’intervallo di possibili valori), più diventa difficile forzare la chiave con un attacco di forza bruta.

6 La crittografia Un attacco di forza bruta è un tentativo di arrivare alla chiave nel quale si applicano all’algoritmo tutte le possibili combinazioni di valori, finché non si riesce a decifrare il messaggio.

7 La crittografia Possibili combinazioni per gli attacchi di forza bruta
Lunghezza chiave (in bit) Numero combinazioni possibili 40 240 = 56 256 = 7, x 1016 64 264 = 1, x 1019 112 2112 = 5, x 1033 128 2128 = 3, x 1038

8 La crittografia In generale, si tendono a utilizzare chiavi più lunghe possibile, per ridurre le probabilità di forzatura. È comunque necessario tener presente che più lunga è la chiave, maggiori sono i costi in termini di potenza di calcolo dei processi di crittografia e decifrazione. L’obiettivo è che la forzatura sia “più costosa” del valore intrinseco delle informazioni protette.

9 La crittografia Le funzioni crittografiche per l’autenticazione, l’integrità e la segretezza dei dati sono tre: chiavi simmetriche; chiavi asimmetriche; funzioni hash non invertibili.

10 Crittografia a chiave simmetrica
La crittografia simmetrica, altrimenti detta crittografia a chiave segreta, utilizza una chiave comune e il medesimo algoritmo crittografico per la codifica e la decodifica dei messaggi. In sostanza, due utenti che desiderano comunicare devono accordarsi su di un algoritmo e su di una chiave comuni.

11 Crittografia a chiave simmetrica
B Chiave Segreta Chiave Segreta Internet Codifica Decodifica Msg Msg

12 Crittografia a chiave simmetrica
Uno degli algoritmi più semplici è il cifrario di Cesare, che sostituisce ognuna delle lettere del messaggio originale con la lettera dell’alfabeto che si trova n posti più avanti nell’alfabeto stesso. Es. n=3 SCANO  VFDQR

13 Crittografia a chiave simmetrica
Gli algoritmi di uso comune più difficili da decifrare utilizzano uno sei seguenti sistemi: DES (Data Encryption Standard); 3DES (Triple DES); RC-4 (Rivest Cipher 4); IDEA (International Data Encryption Algorithm).

14 DES Il DES è uno schema crittografico operante su blocchi di 64 bit e utilizza una serie di fasi per trasformare 64 bit di input in 64 bit di output. Nella sua forma standard, l’algoritmo utilizza chiavi a 64 bit, 56 dei quali scelti a caso. Gli altri 8 bit sono bit di parità.

15 3DES 3DES è una versione alternativa di DES. Tale sistema, che può utilizzare una, due o tre chiavi diverse, prende un blocco di 64 bit e vi applica operazioni di codifica, decodifica e ricodifica.

16 RC-4 RC-4 è un algoritmo privato, inventato da Ron Rivest e commercializzato da RSA Data Security. Viene solitamente utilizzato con una chiave a 128 bit, ma le dimensioni della chiave sono variabili.

17 IDEA Il sistema IDEA, realizzato come alternativa a DES, opera sempre su blocchi di 64 bit, ma utilizza una chiave di 128 bit. Si tratta di un algoritmo brevettato ed è utilizzabile per usi commerciali solo su licenza.

18 Crittografia a chiave simmetrica
La crittografia a chiave segreta viene sostanzialmente utilizzata per garantire la segretezza dei dati, in quanto gran parte degli algoritmi simmetrici sono stati progettati per essere applicati all’hardware e sono stati ottimizzati per la codifica di grandi masse di dati.

19 Crittografia a chiave simmetrica
I punti critici dei sistemi a chiave segreta sono i seguenti: necessità di cambiare frequentemente le chiavi segrete per evitare il rischio che vengano scoperte; sicurezza nella generazione delle chiavi segrete; sicurezza nella distribuzione delle chiavi segrete.

20 Crittografia asimmetrica
La crittografia asimmetrica viene spesso definita come crittografia a chiave pubblica e può utilizzare lo stesso algoritmo, oppure algoritmi diversi ma complementari, per codificare e decodificare i dati. Sono necessari due valori diversi, ma correlati, per la chiave: una chiave pubblica e una privata.

21 Crittografia asimmetrica
Per comunicare utilizzando la crittografia a chiave pubblica, A e B necessitano di una coppia chiave pubblica – chiave privata. Ognuno dei due deve creare la propria coppia di chiavi. Nelle comunicazioni fra loro, A e B utilizzano chiavi diverse per codificare e decodificare i dati.

22 Crittografia asimmetrica
Pub Pub Pri Pri 1 Pub 1 A B 2 Pub Crea una coppia chiave privata - chiave pubblica 1 Scambia solo chiavi pubbliche 2

23 Crittografia asimmetrica
Alcuni degli utilizzi più comuni per gli algoritmi a chiave pubblica comprendono: l’integrità dei dati; la segretezza dei dati; l’accettazione del mittente; l’autenticazione del mittente.

24 Crittografia asimmetrica
Perché avvenga uno scambio di dati segreto, debbono verificarsi le seguenti condizioni: A e B creano le proprie coppie di chiavi pubbliche e private; A e B si scambiano le chiavi pubbliche; A scrive a B e codifica il messaggio utilizzando la chiave pubblica di B prima di trasmetterlo via Internet;

25 Crittografia asimmetrica
B utilizza la propria chiave privata per decifrare il messaggio; B risponde, codifica il messaggio utilizzando la chiave pubblica di A e lo trasmette via Internet; A utilizza la propria chiave privata per decifrare il messaggio.

26 Crittografia asimmetrica Come garantire l’integrità e la segretezza dei dati con la crittografia a chiave pubblica Coppia chiave pub. – chiave priv. Coppia chiave pub. – chiave priv. 1 Pub 1 Pub Pri Pri Chiave pub. di B 2 A Chiave pub. di A B Internet 3 4 Codifica Decodifica Chiave pub. di B Chiave priv. di B Messaggio originale Messaggio originale Messaggio codificato 6 5 Decodifica Codifica Chiave priv. di A Chiave pub. di A Risposta di Alessandro Risposta di Alessandro Messaggio codificato

27 Crittografia asimmetrica
La segretezza è garantita nel momento che A trasmette il messaggio originale, in quanto solo B può decodificarlo con la propria chiave privata. Allo stesso tempo, viene assicurata anche l’integrità dei dati, perché il messaggio non può essere modificato se non con la chiave privata di B. Lo stesso vale per la risposta, in quanto solo A ha accesso alla propria chiave privata.

28 Crittografia asimmetrica
Il punto debole di questo meccanismo sta nel fatto che chiunque può far finta di essere A e trasmettere a B un messaggio in codice, utilizzando la chiave pubblica di B, la quale, in effetti, è pubblicamente disponibile.

29 Crittografia asimmetrica
Perché lo scambio sia autenticato, debbono verificarsi le seguenti condizioni: A e B creano le proprie coppie chiave pubblica – chiave privata; A e B si scambiano le chiavi pubbliche; A scrive a B, codificando il messaggio con la propria chiave privata, e trasmette i dati in codice via Internet;

30 Crittografia asimmetrica
B utilizza la chiave pubblica di A per decifrare il messaggio; B risponde, codifica il messaggio con la propria chiave privata e trasmette i dati in codice ad A via Internet; A decifra il messaggio con la chiave pubblica di B.

31 Crittografia asimmetrica
Per garantire, con il sistema della chiave pubblica, l’autenticità degli scambi, oltre all’integrità e alla segretezza dei dati, è necessario introdurre la doppia crittografia. Per prima cosa, A codifica il messaggio a B con la chiave pubblica di B; quindi ricodifica il messaggio con la propria chiave privata. Il messaggio potrebbe essere decodificato da chiunque, ma solo B può decodificare il secondo con la propria chiave privata.

32 Crittografia asimmetrica
Per i loro limiti di prestazioni, gli algoritmi crittografici a chiave pubblica non sono solitamente utilizzati per garantire la segretezza, ma si rivelano particolarmente utili per le applicazioni che richiedono una forma di autenticazione attraverso firme digitali e gestione delle chiavi. Tra i più comuni, si segnalano gli algoritmi di Ron Rivest, di Adi Shamir e di Leonard Adleman (RSA) e quello di El Gamal.

33 Reti di Calcolatori Funzioni hash Una funzione hash trasforma un messaggio di lunghezza arbitraria in output di lunghezza fissa (chiamato hash o digest del messaggio originale). Sergio PORCU

34 Reti di Calcolatori Funzioni hash Per soddisfare le condizioni di sicurezza stabilite per le funzioni hash, gli algoritmi devono avere le seguenti proprietà: devono essere coerenti (a input uguali corrispondono output uguali); devono essere casuali, o apparire tali, per impedire l’interpretazione accidentale del messaggio originale; Sergio PORCU

35 Funzioni hash devono essere univoci (la probabilità che due messaggi generino il medesimo hash deve essere virtualmente nulla); devono essere non invertibili (risalire al messaggio originale dall’output deve essere impossibile).

36 Funzioni hash Le funzioni hash non invertibili vengono normalmente utilizzate per assegnare un’impronta digitale a un messaggio o a un file. Come le impronte dei polpastrelli, un’impronta hash è univoca e costituisce una prova dell’integrità e dell’autenticità del messaggio.

37 Funzioni hash Esemplificando, se A e B vogliono accertarsi che nessuno sia intervenuto sul contenuto del messaggio in fase di transizione utilizzano proprio una funzione hash non invertibile.

38 Funzioni hash Per garantire l’integrità dei dati trasferiti fra A e B, devono verificarsi le seguenti condizioni: A scrive un messaggio e ne utilizza il testo come input di una funzione hash non invertibile; il risultato della funzione hash viene accodato al messaggio e ne costituisce l’impronta digitale;

39 Funzioni hash B separa il messaggio dall’impronta e utilizza il testo del messaggio come input della medesima funzione hash utilizzata da A; se i due hash corrispondono, B è certo che nessun altro sia intervenuto sul messaggio.

40 Funzioni hash Msg A B 1 3 Impronta Impronta Impronta 2 4 Impronta

41 Funzioni hash Il problema, in questo caso, è che non c’è modo di proteggere l’impronta da eventuali intrusi. È possibile infatti che qualcuno interferisca, impersonando il mittente o il destinatario delle comunicazioni sicure. Pertanto, per essere utilizzate in maniera sicura, le funzioni hash vanno combinate con sistemi a chiave pubblica per l’assegnazione di firme digitali.

42 Funzioni hash Tra le funzioni hash più comuni, si segnalano:
l’algoritmo MD4 (Message Digest 4); l’algoritmo MD5 (Message Digest 5); l’algoritmo SHA (Secure Hash Algorithm).

43 Funzioni hash Gli algoritmi MD4 e MD5 sono stati elaborati da Ron Rivest per il MIT (Massachusetts Institute of Technology), mentre l’algoritmo SHA è stato sviluppato dal NIST (National Institute of Standards and Technology).

44 Funzioni hash Gli attuali prodotti per la sicurezza utilizzano principalmente algoritmi MD5 e SHA, entrambi basati sul sistema MD4. MD5 elabora l’input a blocchi di 512 bit e produce un digest di 128 bit. SHA elabora blocchi di 512 bit e produce un digest di 160 bit. SHA richiede un maggiore lavoro da parte del processore ed è leggermente più lento di MD5.

45 Firme digitali Una firma digitale è un digest in codice che viene utilizzato per comprovare l’identità del mittente e l’integrità del documento. Le firme digitali si basano su di una combinazione di tecniche crittografiche a chiave pubblica e funzioni hash non invertibili.

46 Firme digitali Perché B possa creare una firma digitale, si devono verificare le seguenti condizioni: B crea una coppia chiave privata – chiave pubblica; B dà ad A la propria chiave pubblica;

47 Firme digitali Creazione di una firma digitale 1
Pub Pri 1 Pub B A 2 Il mittente crea una coppia chiave privata - chiave pubblica 1 Il mittente invia la chiave pubblica al ricevente 2

48 Firme digitali B scrive un messaggio, che utilizza come input per una funzione hash non invertibile; B codifica l’output dell’algoritmo hash, il digest del messaggio, con la propria chiave privata, ottenendo così la firma digitale. Il messaggio che B trasmette ad A è l’insieme del documento e della firma digitale.

49 Firme digitali Creazione di una firma digitale 2
Msg Il messaggio originale è l’input di una funzione hash non invertibile L’output è l’hash del messaggio 006FBBC95 L’hash viene codificato con la chiave privata del mittente Codifica La firma digitale è l’hash crittografato FIRMA

50 Firme digitali Per il destinatario, le operazioni da svolgere per verificare il messaggio e la firma digitale sono le seguenti: A separa il messaggio ricevuto in documento originale e firma digitale; A utilizza la chiave pubblica di B per decifrare la firma digitale e ottenere il sunto del messaggio originale;

51 Firme digitali A utilizza il documento originale come input della medesima funzione hash utilizzata da B per ottenere il digest del messaggio; A controlla che i digest del messaggio siano uguali. Se tutto quadra, sono comprovate sia l’integrità del documento, sia l’autenticità del mittente.

52 Firme digitali Msg Msg FIRMA FIRMA Decodifica 006FBBC95 006FBBC95
Il ricevente separa messaggio e firma Decodifica firma con chiave pubblica mittente Decodifica Il messaggio originale è l’input di una funzione hash non invertibile Il risultato è l’hash crittografato 006FBBC95 Il risultato è l’hash del messaggio 006FBBC95

53 Firme digitali Lo scambio iniziale di chiavi deve avvenire in modo tale da garantire la sicurezza. È questa la ragione fondamentale dell’esistenza di certificati digitali.

54 Firme digitali Un certificato digitale è un messaggio con firma digitale che contiene la chiave privata di un terzo di fiducia, il quale dichiara che una determinata chiave pubblica appartiene a una certa persona o entità e ne garantisce nome e caratteristiche. Se lo scambio iniziale non avviene nell’ambito di una relazione di fiducia, chiunque può simulare di essere una determinata entità.