PDF de programación - Experiencia de Practica Docente sobre Protocolos Cripto

EXPERIENCIA DE PRÁCTICA

DOCENTE SOBRE PROTOCOLOS

CRIPTOGRÁFICOS

M.
 Mut,
 Ll.
 Huguet,
 J.
 Ll.
 Ferrer
 y
 M.
 Payeras
 

Universitat
 de
 les
 Illes
 Balears
 

ÍNDICE

ü Introducción y Características de la práctica
ü Protocolos implementados
ü Implementación
ü Casos de estudio
ü Conclusiones

INTRODUCCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LA PRÁCTICA

§  Asignatura: Teoría de la Información y la Codificación

Ingeniería Informática

§ 
§  UIB desde 1990
§  Teoría de la información, codificación y criptografía
§  Previos: conocimientos matemáticos y programación

§  Criptografía

§  Algoritmos criptográficos
§  Seguridad Computacional
§  Confidencialidad, autenticación, no repudio …

INTRODUCCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LA PRÁCTICA

§  Práctica: parte evaluable
ü  Conjunto de prácticas: recreación, a través de un programa
en Java, de una comunicación entre distintos usuarios que
están ejecutando alguno de los protocolos criptográficos
que previamente han sido descritos en el aula

§  Objetivos:

§  Consolidar los conceptos teóricos
§  Comprender el valor añadido de la criptografía en una comunicación

INTRODUCCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LA PRÁCTICA

§  Herramientas: primitivas criptográficas
ü JCE (Java Cryptography Extension)
§  Primitivas de la distribución estándar de JVM

§  Generación de Claves
§  Cifrado (DES, 3DES, IDEA, AES, RSA, DSA, ElGamal…)
§  Funciones Hash

ü Bouncy Castle
§  Proyecto de Software Libre
§  Nuevos algoritmos y implementaciones alternativas

PROTOCOLOS IMPLEMENTADOS

§  Protocolo es un conjunto de acciones bien definidas y

coordinadas (algoritmo) que permiten una interacción entre
dos, o más, usuarios
Intercambio de datos o de información

§ 
§  Seguridad: mediante funciones criptográficas implementar
los requisitos de confidencialidad, integridad, autenticidad y
no repudio …

ü eCommerce, Secure Email, eDemocracy …


PROTOCOLOS IMPLEMENTADOS

ü Needham-Schroeder
§  Protocolo de Autenticación e Intercambio de claves

Comunicación Confidencial
y Auténtica!

Usuario A!

Usuario B!

Centro de
Distribución de
Claves (KDC)!

Obtención de claves
públicas y de sessión!

PROTOCOLOS IMPLEMENTADOS

ü Secure Socket Layer
§  Estándar Internet para la comunicación web

Comunicación Confidencial
y Auténtica!

Cliente!

Servidor!

§  Transparente a la Aplicación
§  Handshake Protocol

PROTOCOLOS IMPLEMENTADOS

ü Fiat-Shamir
§  Prueba de conocimiento nulo: convencer al verificador de la

posesión de un secreto

B pide pruebas a A
(lanza retos)!

Usuario A!

Usuario B!

§  Una TTP genera n= p·q. Cada Usuario tiene (xU,yU=xU
2 mod n)
§  Si el protocolo se repite k veces, la probabilidad d’engañar a B

será 2-k

PROTOCOLOS IMPLEMENTADOS

ü Schnorr
§  Prueba de conocimiento nulo: proceso interactivo convencer al

verificador de la posesión de un secreto sin que este pueda obtener
información del mismo

B pide pruebas a A!

Usuario A!

Usuario B!

§  Cada Usuario tiene (xU, yU= βxU mod n)
§  Aplicación común: convencer a B de la identidad de A (conocimeinto

de xU)

PROTOCOLOS IMPLEMENTADOS

ü Chaum
§  Firma ciega: Autenticidad de la firma + Privacidad

Autenticidad y Privacidad!

Usuario A!

Banco!

Compra Anónima!

Comercio!


§  Aplicación común: pagos con dinero electrónico
§  Técnica: enmascarar la moneda electrónica con un r

PROTOCOLOS IMPLEMENTADOS

ü Even
§  Firma de contratos: Entre A i B, sin intermediarios

Oblivous Transfer!

Usuario A!

Usuario B!


§  Cifrar el mensaje dividido en bloques.
§  Técnica: transferencia inconsciente de los bloques cifrados. Hasta

asegurar que los dos usuarios han completado la firma del otro

IMPLEMENTACIÓN

§  Protocolos: Needham-Schroeder, SSL, Fiat-Shamir,

Schnorr, Chaum, Even

§  Entorno IDE abierto: Eclipse
§  Funcionamiento JCE
§  Acompañar con ejemplos de programación con uso de

primitivas criptográficas:

IMPLEMENTACIÓN

§  Generación par de claves RSA:


 
KeyPairGenerator kpg =
KeyPairGenerator.getInstance("RSA");

SecureRandom random = new SecureRandom();
kpg.initialize(1024, random);
KeyPair kpa = kpg.genKeyPair();

PublicKey pubKey = kpa.getPublic();
PrivateKey privKey = kpa.getPrivate();

IMPLEMENTACIÓN

§  Cifrar con clave pública RSA:

 
Cipher rsaCipher =
Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");

rsaCipher.init(Cipher.WRAP_MODE, pubKey);

byte[] cifradoClaveSecreta =
rsaCipher.wrap(aeskey);

CASOS DE ESTUDIO

§  Destacar algunos aspectos de los trabajos
ü  Needham-Schroeder
ü  Planteamiento de los alumnos:
•  A i B generan claves RSA
•  A genera clave AES: KA y RA
•  A è B: PUB(KA, RA)
•  B è A: PUA(RB, RA, KB=KA)
•  A è B: PUB(RB)

CASOS DE ESTUDIO

§  Destacar algunos aspectos de los trabajos
ü  Needham-Schroeder
ü  Planteamiento de los alumnos:
•  A i B generan claves RSA
//usuario
 B
 genera
 su
 número
 aleatorio
 

 
 RB
 =
 SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
 
•  A genera clave AES: KA y RA

 
 rsaCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,
 privateKey_B);
 
//Se
 crea
 el
 mensaje
 a
 cifrar
 (RA,
 RB,
 KB)
 
•  A è B: PUB(KA, RA)

 
 mensajeTransmiVdo
 =
 RA.toString()
 +
 RB.toString()
 +
 KA.toString();
 
//Se
 genera
 el
 hashing
 de
 la
 informacion
 a
 cifrar
 
•  B è A: PUA(RB, RA, KB=KA)

 
 mensajeTransmiVdo
 =
 SHA1(mensajeTransmiVdo);
 
•  A è B: PUB(RB)
//Se
 pasa
 el
 texto
 a
 bytes
 

 
 text
 =
 mensajeTransmiVdo.getBytes();
 
//Se
 cifran
 los
 bytes
 

 
 cipherText
 =
 rsaCipher.doFinal(text);
 
 

CASOS DE ESTUDIO

ü SSL

!

CASOS DE ESTUDIO

ü Schnorr
§  Dificultad: generación inicial de parámetros
ü Una TTP distribuye: p y q primos t.q. (p-1)/q = k (k entero),







β∈{1,p-1}

1.  Generación de q del tamaño deseado (160 bits),
2.  Multiplicamos q por i (siendo i un valor incremental)
3.  Sumamos 1 se irán obteniendo posibles valores de p
4.  Ahora comprobamos si p es primo
Si es así, hemos terminado.
En caso contrario, incrementamos i
y lo volvemos a intentar, hasta obtener un p primo.

 

PROTOCOLOS IMPLEMENTADOS

ü Chaum
§  Recrea el proceso de firma ciega entre A y un hipotético

banco B
•  A è B: EB(DA(m · EB(k) (mod nB))
•  B è A: DB(m · EB(k)) = k · DB(m) (mod nB)
•  A: k · DB(m) · k–1 (mod nB) = DB(m)

PROTOCOLOS IMPLEMENTADOS

ü Chaum
§  Recrea el proceso de firma ciega entre A y un hipotético

banco B
•  A è B: EB(DA(m · EB(k) (mod nB))
•  B è A: DB(m · EB(k)) = k · DB(m) (mod nB)
•  A: k · DB(m) · k–1 (mod nB) = DB(m)

//A cifra k para obtener Eb(k)
BigInteger blindingFactorenc =
blindingFactor.modPow(e, modb);
//cegar el mensaje y obtener m*Eb(k)
BigInteger missatgecegat = cegar(missatgenum,
blindingFactorenc, modb);
//Firmar el mensaje con RSA y enviarlo Da(m*Eb(k))
BigInteger missatgefirmat =
missatgecegat.modPow(privKeyA, moda);
//Cifrar para obtener confidencialidad Eb(Da(m·Eb(k)))
BigInteger missatgefirmaticodificat =
missatgefirmat.modPow(e, pubKeyB);

PROTOCOLOS IMPLEMENTADOS

ü Chaum
§  Recrea el proceso de firma ciega entre A y un hipotético

banco B
//A cifra k para obtener Eb(k)
//El banco descifra el mensaje con su clave privada
•  A è B: EB(DA(m · EB(k) (mod nB))
BigInteger blindingFactorenc =
BigInteger missatgefirmaticifratrecuperat =
blindingFactor.modPow(e, modb);
missatgefirmaticodificat.modPow(privKeyB, modb);
•  B è A: DB(m · EB(k)) = k · DB(m) (mod nB)
//cegar el mensaje y obtener m*Eb(k)
//Comprueba la firma y recupera m*Eb(k)
•  A: k · DB(m) · k–1 (mod nB) = DB(m)
BigInteger missatgecegat = cegar(missatgenum,
BigInteger missatgefirmatrecuperat =
blindingFactorenc, modb);
missatgefirmaticifratrecuperat.modPow(e, moda);
//Firmar el mensaje con RSA y enviarlo Da(m*Eb(k))

BigInteger missatgefirmat =
//el banco decrementa el saldo de la cuenta de A y firma el
missatgecegat.modPow(privKeyA, moda);
mensaje
//Cifrar para obtener confidencialidad Eb(Da(m·Eb(k)))
BigInteger missatgefirmatpelbanccegat =
BigInteger missatgefirmaticodificat =
missatgecegat.modPow(privKeyB, modb);
missatgefirmat.modPow(e, pubKeyB);
//Ahora el banco tiene Db(m*Eb(k))=k*Db(m) pero no ha podido
ver m

CONCLUSIONES

ü Prácticas de Criptografía
§  Teoría de la Información y de la Codificación
§  Adaptar e interpretar diferentes protocolos de seguridad en

un entorno de programación Java

§  Valorar y entender la criptografía más allá de las

características y especificaciones de sus algoritmos

§  Afrontar los problemas prácticos de la implementación
§  Poner de relieve la creatividad de los alumnos para recrear

los protocolos

EXPERIENCIA DE PRÁCTICA

DOCENTE SOBRE PROTOCOLOS

CRIPTOGRÁFICOS

M.
 Mut,
 Ll.
 Huguet,
 J.
 Ll.
 Ferrer
 y
 M.
 Payeras
 

Universitat
 de
 les
 Illes
 Balears