15 10-22 altoros-fact_sheet_st_v4

Altoros Expertise:Шифрование:

шаблоны выбораили как защитить конфиденциальные данные

http://belarusjug.org/

@javaBY

Шалев Евгений

для Belarus Java User Group

http://belarusjug.org/

https://twitter.com/Altoros

@altoros

Немного терминов

2@javaBY@javaBY

https://twitter.com/altoros

@altoros

И ещё чуть-чуть терминов

3@javaBY@javaBY

Теоретическая (абсолютная) криптостойкость:невозможность дешифрования (ну совсем никак)

Практическая (достаточная) криптостойкость:невозможность дешифрования (с текущим

развитием техники и технологий)


@altoros

Немного цифр

4@javaBY@javaBY

64 бита: 18446744073709551616 возможных

ключей

128 бит:

34028236692093846346337460743176821145

6 возможных ключей

256 бит:

11579208923731619542357098500868790785

32699846656405640394575840079131296399

36 возможных ключей


@altoros

И ещё немного цифр

5@javaBY@javaBY

Процессор Intel Xeon E5-2697 v3

Количество ядер: 14

Тактовая частота: 2.6 ГГц

Максимальная Turbo-частота: 3.6 ГГц

Операций в секунду: 14 x 3.6 x 109 = 2 36

Сколько времени понадобится для перебора (брутфорс) 56 битного ключа с

помощью процессора Intel Xeon?

2 56 / 2 36 = 2 20 (секунд) = 12 (суток)

Сколько времени понадобится для перебора (брутфорс) 128 битного ключа с

помощью процессора Intel Xeon?

2 128-36 = 2 92 (секунд) = 1,57 x 1020 (лет) = 156 911 810 693 510 314 460 (лет)


@altoros

Задача 1. Постановка задачи

7@javaBY@javaBY

Зашифровать документ, сохранить на диск и расшифровать его, используя

секретный ключ.


@altoros

Задача 1. Пути решения

8@javaBY@javaBY

Зашифровать документ, сохранить на диск и расшифровать его, используя

секретный ключ.

Решение 1. Разработка нового алгоритма

1) выполним смещение символа (байта, бита и т.д.) вправо, влево на N позиций,

2) используем таблицу перестановок,

3) запишем всё в матрицу горизонтальными строками, а прочитаем вертикальными,

4) возьмём новый текст в качестве ключа и сложим посимвольно 2 текста.


@altoros


9@javaBY@javaBY

Решение 1. Достоинства

Безопасность за счёт неизвестности.


@altoros


10@javaBY@javaBY

Решение 1. Возможные недостатки

Алгоритм может оказаться неуникальным (и уже давно изученным),

шифртекст проходит неуспешно статистические тесты,

не защищён от полного перебора,

существуют слабые ключи,

неисследованный линейный, дифференциальный и другие виды криптоанализа,

неисследованный лавинный критерий,

и т.д.


@altoros


11@javaBY@javaBY


Если внимательнее присмотреться к



3) запишем всё в матрицу горизонтальными строками, а прочитаем

вертикальными,



@altoros


12@javaBY@javaBY


Если внимательнее присмотреться к



3) запишем всё в матрицу горизонтальными строками, а прочитаем вертикальными,


то можно заметить

1) шифр Цезаря,

2) шифр с использованием полибианского квадрата,

3) шифр перестановок с шифрующими таблицами.


@altoros


13@javaBY@javaBY


1) шифр Цезаря (VENI VIDI VICI -> YHQL YLGL YLFL),

2) шифр с использованием полибианского квадрата,

3) шифр перестановок с шифрующими таблицами.


@altoros


14@javaBY@javaBY

Решение 1. И снова немного цифр

Вероятность появления некоторых букв в русскоязычном тексте:

о — 9.2%

а — 8.7%

е — 8.1%

и — 7.5%

н — 6.4%

т — 6.3%

р — 5.5%


@altoros


15@javaBY@javaBY

Решение 1. Можно ли применять рассмотренные алгоритмы на практике?


@altoros


16@javaBY@javaBY


1) Мощность вычислительных ресурсов злоумышленника

не позволяет дешифровать шифртекст за адекватное

время,


@altoros


17@javaBY@javaBY


1) Мощность вычислительных ресурсов злоумышленника

не позволяет дешифровать шифртекст за адекватное

время,

2) низкий уровень граммотности злоумышленника,

3) сщствт йзквй брьр.


@altoros


18@javaBY@javaBY

Решение 1.

А вот посимвольное сложение 2 текстов может оказаться

самым надёжным вариантом (самым-самым).


@altoros


19@javaBY@javaBY

Решение 1.



Требования к ключу:

1) случайное равномерное распределение,

2) совпадает по размеру с заданным текстом (или больше),

3) применяется только 1 раз.


@altoros


20@javaBY@javaBY

Решение 1.



Требования к ключу:

1) случайное равномерное распределение,

2) совпадает по размеру с заданным текстом (или больше),

3) применяется только 1 раз.

Был придуман в 1917 году Г. Вернамом и называется шифр

Вернама!

Является единственным алгоритмом симметричного

шифрования, для которого доказана абсолютная

криптографическая стойкость.


@altoros


21@javaBY@javaBY

Решение 2. Структурируем знания


@altoros


22@javaBY@javaBY


Симметричные алгоритмы шифрования (один ключ для

зашифрования и расшифрования)

- блочные,

- поточные,

асимметричные алгоритмы шифрования (один ключ используется

для зашифрования, второй - для расшифрования).


@altoros


23@javaBY@javaBY


Петля Фейстеля


@altoros


24@javaBY@javaBY


Примеры алгоритмов:

DES (2DES, 3DES),

Blowfish,

IDEA,

Lucifer,

ГОСТ 28147-89,

RC5,

RC6,

MARS,

Twofish,

CAST-128/256,

и много-много других.


@altoros


25@javaBY@javaBY


AES - Advanced Encryption Standard


@altoros


26@javaBY@javaBY


AES - Advanced Encryption Standard

1. Алгоритм шифрования!

2. Ещё так назывался конкурс по выбору надёжного алгоритма

шифрования, который станет стандартом симметричного

блочного шифрования. Конкурс был организован научно-

исследовательским институтом NIST. В Европе аналогичный

конкурс назывался NESSIE.


@altoros


27@javaBY@javaBY

Решение 2. Структурируем знания. Конкурс AES

Требования к конкурсантам:

● размер блока шифруемых данных: 128 бит,

● поддерживаемые размеры ключа: 128, 192, 256 бит,

● стойкость против современных криптографических атак,

● простая, обоснованная структура алгоритма,

● отсутствие слабых и эквивалентных ключей,

● скорость шифрования на аппаратных платформах должна быть

высокой (8-64 битные),

● поддержка распараллеливания операций в многопроцессорных

системах и аппаратных реализациях,

● минимальные требования к оперативной и энергонезависимой

памяти.


@altoros


28@javaBY@javaBY

Решение 2. Структурируем знания. Конкурс AES

На конкурс было представлено 15 алгоритмов.

Финалисты конкурса:

- Rijndael (AES),

- MARS,

- Twofish,

- Serpent,

- RC6.


@altoros


29@javaBY@javaBY

Решение 2. Зашифрование с использованием Java


@altoros


30@javaBY@javaBY

Решение 2. AES: режимы работы - ЕСВ


@altoros


31@javaBY@javaBY

Решение 2. AES: режимы работы - СВС


@altoros


32@javaBY@javaBY

Решение 2. AES: режимы работы. Выбор

Что нужно знать при выборе режима работы?

1. Возможно ли появление ошибки в шифртексте.

2. Какие данные шифруем.

3. Нужно ли распараллеливать процесс зашифрования\расшифрования.

4. Нужно ли добавлять шифртекст динамически.

5. Будет ли применим алгоритм к тексту с произвольным доступом.

и т.д.


@altoros


33@javaBY@javaBY

Реализовать в разрабатываемой системе хранение

идентификационных данных (например, паролей).


@altoros


34@javaBY@javaBY

Вариант 1: Сохраняем логин и пароль в открытом виде (а

ещё и высылаем на почту, SMS, и в разведку:))

Вариант 2: Шифруем всё с помощью ключа, который также

сохраняется в БД.

Вариант 3: Хешируем пароль и сохраняем в БД.

Вариант 4: Хешируем пароль с солью и сохраняем в БД.


@altoros


35@javaBY@javaBY

Что же такое хеширование?


@altoros


36@javaBY@javaBY

Что же такое хеширование?


@altoros


37@javaBY@javaBY

Почему 3й вариант не так хорош?


@altoros


38@javaBY@javaBY

Почему 3й вариант не так хорош?

Вариант 3: Хешируем пароль и

сохраняем в БД.

http://cmd5.ru/

http://www.hashkiller.co.uk/

http://www.md5crack.com/

https://crackstation.net/


@altoros


39@javaBY@javaBY

Что такое соль и как она связана с хешем?

Соль - случайно сгенерированная последовательность.

Внедряется в хешируемую последовательность на любом

этапе получения хеша.

Сохраняется в БД.


@altoros


40@javaBY@javaBY

Передать зашифрованное сообщение между 2

пользователями, сохранив конфиденциальные данные в

секрете


@altoros


41@javaBY@javaBY

Решение 1. Алгоритм Диффи-Хеллмана.

Алиса Боб

A, g, p

А = g a mod p ----->

B

<----- B = g b mod p

K = B a mod p = g ab mod p K = A b mod p = g ab

mod p


@altoros


42@javaBY@javaBY

Решение 1. Алгоритм Диффи-Хеллмана. Пример

Алиса Боб

2, 3, 7

А = 3 2 mod 7 = 2 ----->

5

<----- 5 = 3 5 mod 7 = 5

K = 5 2 mod 7 = 3 2*5 mod 7 = 4 K = 2 5 mod 7 = 3 2*5 mod 7 = 4


@altoros


43@javaBY@javaBY

Решение 2. Асимметричный алгоритм шифрования.

Взять открытый ключ (e, n)

Взять открытый текст m

Зашифровать сообщение с использованием открытого ключа: c = E(m) =

me mod n

Принять зашифрованное сообщение c,

Взять свой закрытый ключ (d, n)

Применить закрытый ключ для расшифрования сообщения:

m = D(c) = c d mod n


@altoros


44@javaBY@javaBY

Примеры алгоритмов асимметричного шифрования.

RSA

DSA

Elgamal

ECDSA


@altoros


45@javaBY@javaBY

И снова немного цифр

минимально допустимая длина ключа - 1024 бита,

рекомендуемая длина ключа - 2048 бит.

Почему?

Потому что вычисление ключей асимметричного шифрования строится на основе простых

чисел.


@altoros


46@javaBY@javaBY

javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 117

bytes


@altoros


47@javaBY@javaBY

Тогда логично использовать симметричное шифрование

для шифрования текстов, а асимметричное - для

шифрования передаваемых ключей?


@altoros


48@javaBY@javaBY

Так и работают протоколы защищённого обмена данными:

TLS, SSH.

В спецификации указано много алгоритмов.

1. Алгоритмы асимметричного шифрования.

2. Алгоритмы симметричного шифрования.

3. Алгоритмы хеширования.


@altoros


49@javaBY@javaBY

Ну и напоследок :) Новая задача! Есть шифртекст, который

возможно расшифровать с помощью любых 2 участников

из пяти.


@altoros


50@javaBY@javaBY

Схемы разделения секрета!

Например, Схема Шамира.

y = 5x2 + 23x -9


@altoros


51@javaBY@javaBY

Достоинства схем разделения секрета:

1. абсолютная криптостойкость,

2. масштабируемость,

3. гибкость и др.

Недостатки схем разделения секрета:

1. увеличение объёма данных, кратное количеству

участников,

2. не так много готовых библиотек,

3. необходима чёткая политика безопасности для

участников,

4. нет способа проверить корректность своего ключа и др.


@altoros

Ну и напоследок

52@javaBY@javaBY

На собственном горбу и на чужом

я вынянчил понятие простое:

бессмысленно идти на танк с ножом,

но если очень хочется, то стоит.

И. М. Губерман


@altoros

Если всё-таки необходимо создавать новый алгоритм

шифрования, то необходимо

53@javaBY@javaBY

- ещё раз поискать разрабатываемый алгоритм - может он

давно существует,

- выполнить линейный, диффиренциальный, лавинный

анализ алгоритма, найти уязвимые места,

- выполнить анализ расширения ключа,

- выполнить анализ шифртекстов с помощью

статистических тестов,

- выполнить анализ шифртекстов с использованием слабых

ключей,

- выполнить анализ шифрования на различных аппаратных

платформах,

...


@altoros

Итоги

54@javaBY@javaBY


@altoros

Стеганография

55@javaBY@javaBY


@altoros

Финал

56@javaBY@javaBY

Спасибо!


15 10-22 altoros-fact_sheet_st_v4

Software