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Seguridad en Internet Comercio Electrónico (1ª sesión) UPC Jordi Forné Jordi Forné Universitat Politècnica de Catalunya Universitat Politècnica de Catalunya Escola Tècnica Superior d’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona Escola Tècnica Superior d’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona Departament de Enginyeria Telemàtica Departament de Enginyeria Telemàtica
Introducción
Necesidad de seguridad  Continuo desarrollo y expansión de redes Continuo desarrollo y expansión de redes  Uso de equipamiento informático en Uso de equipamiento informático en tratamiento y transmisión de información tratamiento y transmisión de información crítica crítica  Mayor facilidad para realizar con éxito un Mayor facilidad para realizar con éxito un ataque ataque
Ataques a la Comunicación FUENTE DESTINO FLUJO NORMAL ELIMINACION INTERCEPCION MODIFICACION FABRICACION
Ataque pasivo  El enemigo se limita a la escucha, sin El enemigo se limita a la escucha, sin modificar el contenido modificar el contenido
Ataque activo  El enemigo puede emitir suplantando a alguno de los El enemigo puede emitir suplantando a alguno de los comunicantes, o capturar, modificar, eliminar, repetir, comunicantes, o capturar, modificar, eliminar, repetir, retrasar o reordenar los mensajes retrasar o reordenar los mensajes. .
Ataque activo. Clasificación  Suplantación de identidad Suplantación de identidad  Reactuación Reactuación  Modificación Modificación  Degradación fraudulenta del servicio Degradación fraudulenta del servicio  Caballos de Troya Caballos de Troya  Encaminamiento incorrecto Encaminamiento incorrecto
Prestaciones para el Atacante Ataques Prestaciones Intercepción Escucha Análisis de tráfico Obtención de información privada Información sobre relaciones entre clientes Suplantación Mejora del perfil Fabricación de mensajes Manipulación Modificar, retrasar o eliminar mensajes Intrusión Acceso a recursos reservados Degradación Pérdida competitividad corporación
Seguridad Amenaza + Vulnerabilidad = Ataque => Impacto Amenaza + Vulnerabilidad = Ataque => Impacto Identificar Minimizar Reducir y Acotar Identificar Minimizar Reducir y Acotar Detectar Detectar
Política de Seguridad
Definición  Conjunto de reglas que delimitan o controlan las Conjunto de reglas que delimitan o controlan las actividades relevantes en cuanto a seguridad de actividades relevantes en cuanto a seguridad de sujetos o entidades. sujetos o entidades.  Política de seguridad Política de seguridad  Estándares y reglas Estándares y reglas  Contratos de usuario Contratos de usuario  Procedimientos Procedimientos
Características  Duración: 5 años Duración: 5 años  Documento breve: 4 ó 5 planes Documento breve: 4 ó 5 planes  Exige el compromiso de los usuarios Exige el compromiso de los usuarios  No debe tener referencias a tecnología No debe tener referencias a tecnología
Gestión de riesgos  Coste asociado a los riesgos, en función de su Coste asociado a los riesgos, en función de su probabilidad probabilidad  Coste asociado a las medidas de seguridad Coste asociado a las medidas de seguridad  Gestión de riesgos: equilibrio entre coste protección Gestión de riesgos: equilibrio entre coste protección y exposición y exposición  Decisiones: Decisiones:  Aceptar riesgos Aceptar riesgos  Asignarlos a terceros Asignarlos a terceros  Evitarlos Evitarlos
Implementación  Medidas transparentes a usuarios Medidas transparentes a usuarios  Fomentar cultura de seguridad entre Fomentar cultura de seguridad entre usuarios usuarios  Todo bien determinado en la política de Todo bien determinado en la política de seguridad seguridad
Auditoría  Automatización procesos cuando sea Automatización procesos cuando sea posible posible  Programas fiables, scripts propios,... Programas fiables, scripts propios,...  Monitorización del nivel de uso del sistema Monitorización del nivel de uso del sistema (root, usuarios, …) (root, usuarios, …)  Recogida Logs del sistema Recogida Logs del sistema
Criptología
Criptología  Criptologia: cryptos (oculto) + logos (tratado) Criptologia: cryptos (oculto) + logos (tratado)  Criptología = Criptografía + Criptoanálisis Criptología = Criptografía + Criptoanálisis Mensaje original Cifrado Descifrado Mensaje original Criptograma
 Privacidad. Privacidad. Un intruso que "escuche" la comunicación no Un intruso que "escuche" la comunicación no puede obtener ninguna información acerca del contenido de lo puede obtener ninguna información acerca del contenido de lo comunicado. comunicado.  Autenticidad. Autenticidad. Se le da al destinatario la certeza de que la Se le da al destinatario la certeza de que la comunicación proviene del origen supuesto. comunicación proviene del origen supuesto.  Verificabilidad. Verificabilidad. El destinatario sabe que la El destinatario sabe que la comunicación es auténtica y se le da la capacidad de comunicación es auténtica y se le da la capacidad de demostrarlo ante terceros. demostrarlo ante terceros. Objetivos de la Criptografía
Herramientas criptograficas  Algoritmos Algoritmos  Protocolos Protocolos  Funciones de hash Funciones de hash  Certificados Certificados  Autoridades de certificación Autoridades de certificación  Listas distribución Listas distribución
Concepto de seguridad  Seguridad incondicional. Seguridad incondicional.  Atacantes con tiempo y recursos ilimitados. Atacantes con tiempo y recursos ilimitados.  Seguridad computacional. Seguridad computacional.  Atacantes con tiempo y recursos computacionales Atacantes con tiempo y recursos computacionales limitados. limitados.
Clasificación algoritmos  En función del tipo de claves En función del tipo de claves  Algoritmos simétricos. Las claves utilizada para Algoritmos simétricos. Las claves utilizada para cifrar/descifrar son iguales o bien se pueden cifrar/descifrar son iguales o bien se pueden deducir fácilmente una a partir de la otra deducir fácilmente una a partir de la otra  Algoritmos asimétricos. Una de las claves es Algoritmos asimétricos. Una de las claves es pública, mientras que la otra es secreta. pública, mientras que la otra es secreta.
Cifrado simétrico. Luís (Conoce la clave secreta) Plaintext Ciphertext Algoritmo de cifrado (Conoce la clave secreta) Ciphertext Plaintext Algoritmo de descifrado Ana
Cifrado asimétrico. Luís (Clave pública del receptor) Plaintext Ciphertext Ciphertext Plaintext Ana Par de claves Clave pública Clave privada
Firma Digital. MENSAJE FUNCIÓN HASH CIFRAR APÉNDICE RESUMEN MENSAJE MENSAJE DESCIFRAR FUNCIÓN HASH APÉNDICE RESUMEN RESUMEN CLAVE PRIVADA CLAVE PÚBLICA Si son iguales, la firma ha sido verificada.
Cifrado en bloque simétrico  Se cifra el mensaje original agrupando los Se cifra el mensaje original agrupando los símbolos en grupos (bloques) de dos o más símbolos en grupos (bloques) de dos o más elementos. elementos.  Cada símbolo se cifra de manera Cada símbolo se cifra de manera dependiente de los adyacentes dependiente de los adyacentes  Dos bloques iguales se cifran de forma Dos bloques iguales se cifran de forma idéntica idéntica
Algoritmo DES  Claves 56 bits Claves 56 bits  Ampliamente extendido Ampliamente extendido  Hoy en día al límite de funcionamiento Hoy en día al límite de funcionamiento
Estructura del DES Bloque original: x(1), ..., x(64) Permutación inicial fija I0=i0 (1), ..., i0 (32) f(k1) I1=i1 (1),..., i1(32) D0=d0 (1), ..., d0 (32) k1 D1=d1 (1),...,d1 (32) +
Estructura transformación g Bloque entrada (32 bits) Expansión a 48 bits Subclave (48 bits) + Permutación (32 bits) Bloque salida (32 bits) S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
Ataques al DES  Fuerza bruta. Fuerza bruta.  Ataque con texto en claro conocido Ataque con texto en claro conocido  Ataque con texto claro elegido Ataque con texto claro elegido  Criptoanálisis diferencial Criptoanálisis diferencial  Comparaciones entre XOR de dos textos en Comparaciones entre XOR de dos textos en claro elegidos y sus correspondientes claro elegidos y sus correspondientes criptogramas. criptogramas.
Modos de operación  Cuatro modos básicos Cuatro modos básicos  ECB ECB Electronic Code Book Electronic Code Book  CBC CBC Cipher Block Chaining Cipher Block Chaining  CFB CFB Cipher Feedback Cipher Feedback  OFB OFB Output Feedback Output Feedback  Otros métodos Otros métodos  PBC PBC Plaintext Block Chaining Plaintext Block Chaining  PFB PFB Plaintext Feed Back Plaintext Feed Back
Modos de operación MODO CIFRADO DESCIFRADO ECB C(n)=E[M(n),k] M(n)=D[C(n),k] CBC C(n)=E[M(n)+C(n-1),k] M(n)=C(n-1)+D[C(n),k] CFB C(n)=M(n)+E[C(n-1),k] M(n)=C(n)+E[C(n-1),k] PBC C(n)=M(n-1)+E[M(n),k] M(n)=D[M(n-1)+C(n),k] PFB C(n)=M(n)+E[M(n-1),k] M(n)=C(n)+E[M(n-1),k]
Cifrados múltiples  Cifrado de forma sucesiva un mismo bloque con Cifrado de forma sucesiva un mismo bloque con diferentes claves DES. Aumenta el nivel de diferentes claves DES. Aumenta el nivel de seguridad seguridad  Dos claves Dos claves  > clave equivalente 112 bits > clave equivalente 112 bits  Cifrado triple Cifrado triple
Otros algoritmos simétricos  IDEA IDEA  Bloques 64 bits Bloques 64 bits  Claves 128 bits Claves 128 bits  8 vueltas . 8 vueltas .  Operaciones: XOR, sumas (mód 2 Operaciones: XOR, sumas (mód 216 16 ) y multiplicaciones ) y multiplicaciones (mod 2 (mod 216 16 +1) +1)  RC2 RC2  RC5 RC5  RC4 (flujo) RC4 (flujo)
Limitaciones métodos simétricos  Secreto y autenticidad indisociables Secreto y autenticidad indisociables  Verificación imposible sin un tercero Verificación imposible sin un tercero  Problema en la transmisión de claves y su Problema en la transmisión de claves y su crecimiento rápido para grupos con muchos crecimiento rápido para grupos con muchos usuarios usuarios  En la mayoría, la seguridad es supuesta. En la mayoría, la seguridad es supuesta.
Cifrado en bloque clave pública  Se definen dos algoritmos matemáticos E y D como Se definen dos algoritmos matemáticos E y D como operador asimétrico si y sólo si: operador asimétrico si y sólo si:  Son algoritmos públicos Son algoritmos públicos  Dependen de ciertas claves Dependen de ciertas claves  Dado un mensaje M, verifican D(E(M))=M Dado un mensaje M, verifican D(E(M))=M  Es difícil hallar D a partir de E Es difícil hallar D a partir de E  Se basan en la utilización de ciertas funciones Se basan en la utilización de ciertas funciones  Unidireccionales Unidireccionales  Trampa Trampa
Cifrado en bloque clave pública  Cada comunicante tiene dos claves: privada Cada comunicante tiene dos claves: privada y pública (K y pública (Ksx sx, K , Kpx px). ).  Algoritmo público Algoritmo público  X calcula sus claves (K X calcula sus claves (Ksx sx, K , Kpx px) en tiempo ) en tiempo polinómico. polinómico.  Y no puede calcular K Y no puede calcular Ksx sx a partir de K a partir de Kpx px. .
Cifrado en bloque clave pública (secreto) (Ksx,Kpx) fácil (Kpx, M) C fácil (Ksx,C) M fácil Kpx Ksx difícil (Kpx,C) M difícil Condiciones que deben satisfacerse. Datos Objetivo Dificultad
Protocolos asimétricos Cifrado Descifrado Confidencialidad C=Ekpb(M) M=DKsb(C) Autenticidad y firma C=Eksa(M) M=DKpa(C) Ksa Kpa Ksb Kpb Usuario A Usuario B
Posibilidades  Confidencialidad y autenticidad pueden Confidencialidad y autenticidad pueden conseguirse por separado conseguirse por separado  Firma digital posible sin intervención de un Firma digital posible sin intervención de un tercero tercero  Transmisión de claves públicas. Crecimiento Transmisión de claves públicas. Crecimiento lineal con número usuarios lineal con número usuarios  Seguridad computacional basada en la dificultad Seguridad computacional basada en la dificultad de funciones unidireccionales y trampa de funciones unidireccionales y trampa
Función trampa  Cálculo de y=f(x) viable en tiempo polinómico Cálculo de y=f(x) viable en tiempo polinómico  Cálculo de x=f Cálculo de x=f -1 -1 (y) viable en tiempo polinómico si (y) viable en tiempo polinómico si se conoce cierta información adicional se conoce cierta información adicional  Cálculo de x=f Cálculo de x=f -1 -1 (y) no viable en tiempo polinómico (y) no viable en tiempo polinómico si se desconoce la información adicional si se desconoce la información adicional  Cálculo información adicional no viable en tiempo Cálculo información adicional no viable en tiempo polinómico polinómico
Métodos más extendidos  MÉTODO MÉTODO Diffie-Hellman Diffie-Hellman Massey-Omura Massey-Omura Elgamal Elgamal RSA RSA Miller y otros Miller y otros Probabilisticos Probabilisticos  BASADO EN ... BASADO EN ...  Logaritmo discreto Logaritmo discreto  Logaritmo discreto Logaritmo discreto  Logaritmo discreto Logaritmo discreto  Factorización Factorización  Logaritmo elíptico Logaritmo elíptico  Residuosidad cuadrática Residuosidad cuadrática
Conceptos matemáticos básicos  Congruencias Congruencias  a a b(c) o a=b (mod c) si a-b=kc (k entero) b(c) o a=b (mod c) si a-b=kc (k entero)  23 23  3(5) 3(5)  Operaciones en aritmética modular Operaciones en aritmética modular  a op b mod(c) = [a mod c op b mod c] mod © a op b mod(c) = [a mod c op b mod c] mod © 23 * 34 782 2 3 * 4 12 2
Exponenciación modular 3 35 5 mod (7) mod (7) 3*3 =9 3*3 =9 3*3 mod(7)=2 3*3 mod(7)=2 9*9=81 9*9=81 2*2 mod(7)=4 2*2 mod(7)=4 81*3=243 81*3=2434*3 mod(7)=5 4*3 mod(7)=5 243 mod (7)=5 243 mod (7)=5 Resultados intermedios acotados Resultados intermedios acotados ) mod( ) mod( ) mod( 1 c c a c a b i b         
Función de Euler     (N) Número de enteros i<N tales que mcd(i,N)=1 (N) Número de enteros i<N tales que mcd(i,N)=1  Ej. Ej.   (21) =12, dado que 1, 2, 4, 5, 8, 10, 11, 13, 16, 17, 19, (21) =12, dado que 1, 2, 4, 5, 8, 10, 11, 13, 16, 17, 19, 20 son co-primos con 21 20 son co-primos con 21  Propiedades Propiedades  Si p es primo, Si p es primo,   (p) =p-1 (p) =p-1  Si n=p.q, (p, q primos), Si n=p.q, (p, q primos),   (n) = (p-1) (q-1) (n) = (p-1) (q-1)  Teorema de Fermat: Sean a, b co-primos Teorema de Fermat: Sean a, b co-primos a a (b) (b) =1 mod (b) =1 mod (b)
Inversos modulares  Dos enteros a y b, co-primos con c, son inversos Dos enteros a y b, co-primos con c, son inversos módulo c cuando a*b mod(c)=1 módulo c cuando a*b mod(c)=1  Ej: 5 y 7 mod 17 Ej: 5 y 7 mod 17  Propiedad Propiedad  Todos los enteros tienen inverso módulo cualquier Todos los enteros tienen inverso módulo cualquier primo primo
Método de Diffie-Hellman  Método público de distribución de claves basado Método público de distribución de claves basado en la dificultad de obtener logaritmos discretos en la dificultad de obtener logaritmos discretos  Construcción Construcción  Sea p un primo y a un elemento primitivo público Sea p un primo y a un elemento primitivo público  Cada comunicante realiza las siguientes operaciones Cada comunicante realiza las siguientes operaciones  Elige x aleatorio y secreto Elige x aleatorio y secreto  Calcula y=a Calcula y=ax x mod (p) mod (p)
Método de Diffie-Hellman XA yA =axA mod(p) yB xA XB yB =axB mod(p) yA xB yA yB yB xA =( axB ) xA mod(p) B xA yA xB =( axA ) xB mod(p) B xA KAB = KBA
Método de Diffie-Hellman  Fundamentos: Fundamentos:  Se basa en que un intruso tendrá que calcular Se basa en que un intruso tendrá que calcular un logaritmo discreto para hallar K un logaritmo discreto para hallar KAB AB, a partir , a partir de y de yA A e y e yB B
Consideraciones adicionales  Posibilita un ataque activo por parte de un Posibilita un ataque activo por parte de un criptoanalista criptoanalista  No permite ni confidencialidad, ni No permite ni confidencialidad, ni autenticidad ni firma autenticidad ni firma  Áreas de aplicación Áreas de aplicación  Solución sencilla para transmisión de claves de Solución sencilla para transmisión de claves de sistemas simétricos cuando no existe sistemas simétricos cuando no existe conocimiento previo entre comunicantes conocimiento previo entre comunicantes
Método RSA  Método público de cifrado basado en la dificultad de Método público de cifrado basado en la dificultad de factorizar números grandes. factorizar números grandes.  Construcción Construcción  Cada comunicante realiza las siguientes operaciones Cada comunicante realiza las siguientes operaciones  Elige p, q primos aleatorios y secretos Elige p, q primos aleatorios y secretos  Calcula n=p.q y lo publica Calcula n=p.q y lo publica  Elige e aleatorio y co-primo con Elige e aleatorio y co-primo con  (n) y lo publica (n) y lo publica  Calcula d, inverso de e mod Calcula d, inverso de e mod  (n), secreto (n), secreto
Confidencialidad C CdB mod(nB)=(MeB )dB mod(nB) = Mk.(n)+1 mod(n) =M dA, pA , qA , eA , nA C=meB mod(nB) dB, pB , qB , eB , nB CdB mod(nB)=m
Autenticación / Firma C CeA mod(nA)=(MeA )dA mod(nA) = Mk.(n)+1 mod(nA) =M dA, pA , qA , eA , nA C=mdA mod(nA) dB, pB , qB , eB , nB CeA mod(nA)=m
Método de R.S.A.  Fundamentos: Fundamentos:  Se basa en la dificultad de obtener d a partir de e, Se basa en la dificultad de obtener d a partir de e, dado que su cálculo se basa en el conocimiento de dado que su cálculo se basa en el conocimiento de  (n), requiriéndose la factorización de n si se (n), requiriéndose la factorización de n si se desconocen p y q desconocen p y q  Consideraciones adicionales Consideraciones adicionales  p y q han de ser grande (> 100 cifras decimales) p y q han de ser grande (> 100 cifras decimales)  Permite confidencialidad, autenticidad y firma Permite confidencialidad, autenticidad y firma  Tamaño cifrado es el del mensaje Tamaño cifrado es el del mensaje
Método de R.S.A.  Ejemplo Ejemplo p pA A= 61 ,q = 61 ,qA A= 47 = 47   n nA A= p = pA A* q * qA A= 2867 = 2867 e eA A=247 =247   d dA A= 247 = 247-1 -1 mod 2760 = 2503 mod 2760 = 2503  (n (nA A )= 2760 )= 2760 Confidencialidad Confidencialidad M= 1575 M= 1575 C= 1575 C= 1575247 247 =2085 (mod 2867) =2085 (mod 2867) C C2503 2503 = 2085 = 20852503 2503 =1575 (mod 2867) = =1575 (mod 2867) = M M
Clave Pública vs. Clave simétrica  Clave simétrica Clave simétrica  Algoritmos rápidos Algoritmos rápidos  No permiten firma digital. Dificultan gestión de claves No permiten firma digital. Dificultan gestión de claves  Clave pública Clave pública  Algoritmos lentos Algoritmos lentos  Se usan al principio de la comunicación para Se usan al principio de la comunicación para autentificar y gestionar clave de sesión autentificar y gestionar clave de sesión  Permiten firma digital Permiten firma digital
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Confidencialidad  Cifrado Cifrado  Gestión de claves Gestión de claves
Integridad  Autenticación del contenido Autenticación del contenido  Firma digital Firma digital
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  • 1. Seguridad en Internet Comercio Electrónico (1ª sesión) UPC Jordi Forné Jordi Forné Universitat Politècnica de Catalunya Universitat Politècnica de Catalunya Escola Tècnica Superior d’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona Escola Tècnica Superior d’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona Departament de Enginyeria Telemàtica Departament de Enginyeria Telemàtica
  • 3. Necesidad de seguridad  Continuo desarrollo y expansión de redes Continuo desarrollo y expansión de redes  Uso de equipamiento informático en Uso de equipamiento informático en tratamiento y transmisión de información tratamiento y transmisión de información crítica crítica  Mayor facilidad para realizar con éxito un Mayor facilidad para realizar con éxito un ataque ataque
  • 4. Ataques a la Comunicación FUENTE DESTINO FLUJO NORMAL ELIMINACION INTERCEPCION MODIFICACION FABRICACION
  • 5. Ataque pasivo  El enemigo se limita a la escucha, sin El enemigo se limita a la escucha, sin modificar el contenido modificar el contenido
  • 6. Ataque activo  El enemigo puede emitir suplantando a alguno de los El enemigo puede emitir suplantando a alguno de los comunicantes, o capturar, modificar, eliminar, repetir, comunicantes, o capturar, modificar, eliminar, repetir, retrasar o reordenar los mensajes retrasar o reordenar los mensajes. .
  • 7. Ataque activo. Clasificación  Suplantación de identidad Suplantación de identidad  Reactuación Reactuación  Modificación Modificación  Degradación fraudulenta del servicio Degradación fraudulenta del servicio  Caballos de Troya Caballos de Troya  Encaminamiento incorrecto Encaminamiento incorrecto
  • 8. Prestaciones para el Atacante Ataques Prestaciones Intercepción Escucha Análisis de tráfico Obtención de información privada Información sobre relaciones entre clientes Suplantación Mejora del perfil Fabricación de mensajes Manipulación Modificar, retrasar o eliminar mensajes Intrusión Acceso a recursos reservados Degradación Pérdida competitividad corporación
  • 9. Seguridad Amenaza + Vulnerabilidad = Ataque => Impacto Amenaza + Vulnerabilidad = Ataque => Impacto Identificar Minimizar Reducir y Acotar Identificar Minimizar Reducir y Acotar Detectar Detectar
  • 11. Definición  Conjunto de reglas que delimitan o controlan las Conjunto de reglas que delimitan o controlan las actividades relevantes en cuanto a seguridad de actividades relevantes en cuanto a seguridad de sujetos o entidades. sujetos o entidades.  Política de seguridad Política de seguridad  Estándares y reglas Estándares y reglas  Contratos de usuario Contratos de usuario  Procedimientos Procedimientos
  • 12. Características  Duración: 5 años Duración: 5 años  Documento breve: 4 ó 5 planes Documento breve: 4 ó 5 planes  Exige el compromiso de los usuarios Exige el compromiso de los usuarios  No debe tener referencias a tecnología No debe tener referencias a tecnología
  • 13. Gestión de riesgos  Coste asociado a los riesgos, en función de su Coste asociado a los riesgos, en función de su probabilidad probabilidad  Coste asociado a las medidas de seguridad Coste asociado a las medidas de seguridad  Gestión de riesgos: equilibrio entre coste protección Gestión de riesgos: equilibrio entre coste protección y exposición y exposición  Decisiones: Decisiones:  Aceptar riesgos Aceptar riesgos  Asignarlos a terceros Asignarlos a terceros  Evitarlos Evitarlos
  • 14. Implementación  Medidas transparentes a usuarios Medidas transparentes a usuarios  Fomentar cultura de seguridad entre Fomentar cultura de seguridad entre usuarios usuarios  Todo bien determinado en la política de Todo bien determinado en la política de seguridad seguridad
  • 15. Auditoría  Automatización procesos cuando sea Automatización procesos cuando sea posible posible  Programas fiables, scripts propios,... Programas fiables, scripts propios,...  Monitorización del nivel de uso del sistema Monitorización del nivel de uso del sistema (root, usuarios, …) (root, usuarios, …)  Recogida Logs del sistema Recogida Logs del sistema
  • 17. Criptología  Criptologia: cryptos (oculto) + logos (tratado) Criptologia: cryptos (oculto) + logos (tratado)  Criptología = Criptografía + Criptoanálisis Criptología = Criptografía + Criptoanálisis Mensaje original Cifrado Descifrado Mensaje original Criptograma
  • 18.  Privacidad. Privacidad. Un intruso que "escuche" la comunicación no Un intruso que "escuche" la comunicación no puede obtener ninguna información acerca del contenido de lo puede obtener ninguna información acerca del contenido de lo comunicado. comunicado.  Autenticidad. Autenticidad. Se le da al destinatario la certeza de que la Se le da al destinatario la certeza de que la comunicación proviene del origen supuesto. comunicación proviene del origen supuesto.  Verificabilidad. Verificabilidad. El destinatario sabe que la El destinatario sabe que la comunicación es auténtica y se le da la capacidad de comunicación es auténtica y se le da la capacidad de demostrarlo ante terceros. demostrarlo ante terceros. Objetivos de la Criptografía
  • 19. Herramientas criptograficas  Algoritmos Algoritmos  Protocolos Protocolos  Funciones de hash Funciones de hash  Certificados Certificados  Autoridades de certificación Autoridades de certificación  Listas distribución Listas distribución
  • 20. Concepto de seguridad  Seguridad incondicional. Seguridad incondicional.  Atacantes con tiempo y recursos ilimitados. Atacantes con tiempo y recursos ilimitados.  Seguridad computacional. Seguridad computacional.  Atacantes con tiempo y recursos computacionales Atacantes con tiempo y recursos computacionales limitados. limitados.
  • 21. Clasificación algoritmos  En función del tipo de claves En función del tipo de claves  Algoritmos simétricos. Las claves utilizada para Algoritmos simétricos. Las claves utilizada para cifrar/descifrar son iguales o bien se pueden cifrar/descifrar son iguales o bien se pueden deducir fácilmente una a partir de la otra deducir fácilmente una a partir de la otra  Algoritmos asimétricos. Una de las claves es Algoritmos asimétricos. Una de las claves es pública, mientras que la otra es secreta. pública, mientras que la otra es secreta.
  • 22. Cifrado simétrico. Luís (Conoce la clave secreta) Plaintext Ciphertext Algoritmo de cifrado (Conoce la clave secreta) Ciphertext Plaintext Algoritmo de descifrado Ana
  • 23. Cifrado asimétrico. Luís (Clave pública del receptor) Plaintext Ciphertext Ciphertext Plaintext Ana Par de claves Clave pública Clave privada
  • 24. Firma Digital. MENSAJE FUNCIÓN HASH CIFRAR APÉNDICE RESUMEN MENSAJE MENSAJE DESCIFRAR FUNCIÓN HASH APÉNDICE RESUMEN RESUMEN CLAVE PRIVADA CLAVE PÚBLICA Si son iguales, la firma ha sido verificada.
  • 25. Cifrado en bloque simétrico  Se cifra el mensaje original agrupando los Se cifra el mensaje original agrupando los símbolos en grupos (bloques) de dos o más símbolos en grupos (bloques) de dos o más elementos. elementos.  Cada símbolo se cifra de manera Cada símbolo se cifra de manera dependiente de los adyacentes dependiente de los adyacentes  Dos bloques iguales se cifran de forma Dos bloques iguales se cifran de forma idéntica idéntica
  • 26. Algoritmo DES  Claves 56 bits Claves 56 bits  Ampliamente extendido Ampliamente extendido  Hoy en día al límite de funcionamiento Hoy en día al límite de funcionamiento
  • 27. Estructura del DES Bloque original: x(1), ..., x(64) Permutación inicial fija I0=i0 (1), ..., i0 (32) f(k1) I1=i1 (1),..., i1(32) D0=d0 (1), ..., d0 (32) k1 D1=d1 (1),...,d1 (32) +
  • 28. Estructura transformación g Bloque entrada (32 bits) Expansión a 48 bits Subclave (48 bits) + Permutación (32 bits) Bloque salida (32 bits) S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
  • 29. Ataques al DES  Fuerza bruta. Fuerza bruta.  Ataque con texto en claro conocido Ataque con texto en claro conocido  Ataque con texto claro elegido Ataque con texto claro elegido  Criptoanálisis diferencial Criptoanálisis diferencial  Comparaciones entre XOR de dos textos en Comparaciones entre XOR de dos textos en claro elegidos y sus correspondientes claro elegidos y sus correspondientes criptogramas. criptogramas.
  • 30. Modos de operación  Cuatro modos básicos Cuatro modos básicos  ECB ECB Electronic Code Book Electronic Code Book  CBC CBC Cipher Block Chaining Cipher Block Chaining  CFB CFB Cipher Feedback Cipher Feedback  OFB OFB Output Feedback Output Feedback  Otros métodos Otros métodos  PBC PBC Plaintext Block Chaining Plaintext Block Chaining  PFB PFB Plaintext Feed Back Plaintext Feed Back
  • 31. Modos de operación MODO CIFRADO DESCIFRADO ECB C(n)=E[M(n),k] M(n)=D[C(n),k] CBC C(n)=E[M(n)+C(n-1),k] M(n)=C(n-1)+D[C(n),k] CFB C(n)=M(n)+E[C(n-1),k] M(n)=C(n)+E[C(n-1),k] PBC C(n)=M(n-1)+E[M(n),k] M(n)=D[M(n-1)+C(n),k] PFB C(n)=M(n)+E[M(n-1),k] M(n)=C(n)+E[M(n-1),k]
  • 32. Cifrados múltiples  Cifrado de forma sucesiva un mismo bloque con Cifrado de forma sucesiva un mismo bloque con diferentes claves DES. Aumenta el nivel de diferentes claves DES. Aumenta el nivel de seguridad seguridad  Dos claves Dos claves  > clave equivalente 112 bits > clave equivalente 112 bits  Cifrado triple Cifrado triple
  • 33. Otros algoritmos simétricos  IDEA IDEA  Bloques 64 bits Bloques 64 bits  Claves 128 bits Claves 128 bits  8 vueltas . 8 vueltas .  Operaciones: XOR, sumas (mód 2 Operaciones: XOR, sumas (mód 216 16 ) y multiplicaciones ) y multiplicaciones (mod 2 (mod 216 16 +1) +1)  RC2 RC2  RC5 RC5  RC4 (flujo) RC4 (flujo)
  • 34. Limitaciones métodos simétricos  Secreto y autenticidad indisociables Secreto y autenticidad indisociables  Verificación imposible sin un tercero Verificación imposible sin un tercero  Problema en la transmisión de claves y su Problema en la transmisión de claves y su crecimiento rápido para grupos con muchos crecimiento rápido para grupos con muchos usuarios usuarios  En la mayoría, la seguridad es supuesta. En la mayoría, la seguridad es supuesta.
  • 35. Cifrado en bloque clave pública  Se definen dos algoritmos matemáticos E y D como Se definen dos algoritmos matemáticos E y D como operador asimétrico si y sólo si: operador asimétrico si y sólo si:  Son algoritmos públicos Son algoritmos públicos  Dependen de ciertas claves Dependen de ciertas claves  Dado un mensaje M, verifican D(E(M))=M Dado un mensaje M, verifican D(E(M))=M  Es difícil hallar D a partir de E Es difícil hallar D a partir de E  Se basan en la utilización de ciertas funciones Se basan en la utilización de ciertas funciones  Unidireccionales Unidireccionales  Trampa Trampa
  • 36. Cifrado en bloque clave pública  Cada comunicante tiene dos claves: privada Cada comunicante tiene dos claves: privada y pública (K y pública (Ksx sx, K , Kpx px). ).  Algoritmo público Algoritmo público  X calcula sus claves (K X calcula sus claves (Ksx sx, K , Kpx px) en tiempo ) en tiempo polinómico. polinómico.  Y no puede calcular K Y no puede calcular Ksx sx a partir de K a partir de Kpx px. .
  • 37. Cifrado en bloque clave pública (secreto) (Ksx,Kpx) fácil (Kpx, M) C fácil (Ksx,C) M fácil Kpx Ksx difícil (Kpx,C) M difícil Condiciones que deben satisfacerse. Datos Objetivo Dificultad
  • 38. Protocolos asimétricos Cifrado Descifrado Confidencialidad C=Ekpb(M) M=DKsb(C) Autenticidad y firma C=Eksa(M) M=DKpa(C) Ksa Kpa Ksb Kpb Usuario A Usuario B
  • 39. Posibilidades  Confidencialidad y autenticidad pueden Confidencialidad y autenticidad pueden conseguirse por separado conseguirse por separado  Firma digital posible sin intervención de un Firma digital posible sin intervención de un tercero tercero  Transmisión de claves públicas. Crecimiento Transmisión de claves públicas. Crecimiento lineal con número usuarios lineal con número usuarios  Seguridad computacional basada en la dificultad Seguridad computacional basada en la dificultad de funciones unidireccionales y trampa de funciones unidireccionales y trampa
  • 40. Función trampa  Cálculo de y=f(x) viable en tiempo polinómico Cálculo de y=f(x) viable en tiempo polinómico  Cálculo de x=f Cálculo de x=f -1 -1 (y) viable en tiempo polinómico si (y) viable en tiempo polinómico si se conoce cierta información adicional se conoce cierta información adicional  Cálculo de x=f Cálculo de x=f -1 -1 (y) no viable en tiempo polinómico (y) no viable en tiempo polinómico si se desconoce la información adicional si se desconoce la información adicional  Cálculo información adicional no viable en tiempo Cálculo información adicional no viable en tiempo polinómico polinómico
  • 41. Métodos más extendidos  MÉTODO MÉTODO Diffie-Hellman Diffie-Hellman Massey-Omura Massey-Omura Elgamal Elgamal RSA RSA Miller y otros Miller y otros Probabilisticos Probabilisticos  BASADO EN ... BASADO EN ...  Logaritmo discreto Logaritmo discreto  Logaritmo discreto Logaritmo discreto  Logaritmo discreto Logaritmo discreto  Factorización Factorización  Logaritmo elíptico Logaritmo elíptico  Residuosidad cuadrática Residuosidad cuadrática
  • 42. Conceptos matemáticos básicos  Congruencias Congruencias  a a b(c) o a=b (mod c) si a-b=kc (k entero) b(c) o a=b (mod c) si a-b=kc (k entero)  23 23  3(5) 3(5)  Operaciones en aritmética modular Operaciones en aritmética modular  a op b mod(c) = [a mod c op b mod c] mod © a op b mod(c) = [a mod c op b mod c] mod © 23 * 34 782 2 3 * 4 12 2
  • 43. Exponenciación modular 3 35 5 mod (7) mod (7) 3*3 =9 3*3 =9 3*3 mod(7)=2 3*3 mod(7)=2 9*9=81 9*9=81 2*2 mod(7)=4 2*2 mod(7)=4 81*3=243 81*3=2434*3 mod(7)=5 4*3 mod(7)=5 243 mod (7)=5 243 mod (7)=5 Resultados intermedios acotados Resultados intermedios acotados ) mod( ) mod( ) mod( 1 c c a c a b i b         
  • 44. Función de Euler     (N) Número de enteros i<N tales que mcd(i,N)=1 (N) Número de enteros i<N tales que mcd(i,N)=1  Ej. Ej.   (21) =12, dado que 1, 2, 4, 5, 8, 10, 11, 13, 16, 17, 19, (21) =12, dado que 1, 2, 4, 5, 8, 10, 11, 13, 16, 17, 19, 20 son co-primos con 21 20 son co-primos con 21  Propiedades Propiedades  Si p es primo, Si p es primo,   (p) =p-1 (p) =p-1  Si n=p.q, (p, q primos), Si n=p.q, (p, q primos),   (n) = (p-1) (q-1) (n) = (p-1) (q-1)  Teorema de Fermat: Sean a, b co-primos Teorema de Fermat: Sean a, b co-primos a a (b) (b) =1 mod (b) =1 mod (b)
  • 45. Inversos modulares  Dos enteros a y b, co-primos con c, son inversos Dos enteros a y b, co-primos con c, son inversos módulo c cuando a*b mod(c)=1 módulo c cuando a*b mod(c)=1  Ej: 5 y 7 mod 17 Ej: 5 y 7 mod 17  Propiedad Propiedad  Todos los enteros tienen inverso módulo cualquier Todos los enteros tienen inverso módulo cualquier primo primo
  • 46. Método de Diffie-Hellman  Método público de distribución de claves basado Método público de distribución de claves basado en la dificultad de obtener logaritmos discretos en la dificultad de obtener logaritmos discretos  Construcción Construcción  Sea p un primo y a un elemento primitivo público Sea p un primo y a un elemento primitivo público  Cada comunicante realiza las siguientes operaciones Cada comunicante realiza las siguientes operaciones  Elige x aleatorio y secreto Elige x aleatorio y secreto  Calcula y=a Calcula y=ax x mod (p) mod (p)
  • 47. Método de Diffie-Hellman XA yA =axA mod(p) yB xA XB yB =axB mod(p) yA xB yA yB yB xA =( axB ) xA mod(p) B xA yA xB =( axA ) xB mod(p) B xA KAB = KBA
  • 48. Método de Diffie-Hellman  Fundamentos: Fundamentos:  Se basa en que un intruso tendrá que calcular Se basa en que un intruso tendrá que calcular un logaritmo discreto para hallar K un logaritmo discreto para hallar KAB AB, a partir , a partir de y de yA A e y e yB B
  • 49. Consideraciones adicionales  Posibilita un ataque activo por parte de un Posibilita un ataque activo por parte de un criptoanalista criptoanalista  No permite ni confidencialidad, ni No permite ni confidencialidad, ni autenticidad ni firma autenticidad ni firma  Áreas de aplicación Áreas de aplicación  Solución sencilla para transmisión de claves de Solución sencilla para transmisión de claves de sistemas simétricos cuando no existe sistemas simétricos cuando no existe conocimiento previo entre comunicantes conocimiento previo entre comunicantes
  • 50. Método RSA  Método público de cifrado basado en la dificultad de Método público de cifrado basado en la dificultad de factorizar números grandes. factorizar números grandes.  Construcción Construcción  Cada comunicante realiza las siguientes operaciones Cada comunicante realiza las siguientes operaciones  Elige p, q primos aleatorios y secretos Elige p, q primos aleatorios y secretos  Calcula n=p.q y lo publica Calcula n=p.q y lo publica  Elige e aleatorio y co-primo con Elige e aleatorio y co-primo con  (n) y lo publica (n) y lo publica  Calcula d, inverso de e mod Calcula d, inverso de e mod  (n), secreto (n), secreto
  • 51. Confidencialidad C CdB mod(nB)=(MeB )dB mod(nB) = Mk.(n)+1 mod(n) =M dA, pA , qA , eA , nA C=meB mod(nB) dB, pB , qB , eB , nB CdB mod(nB)=m
  • 52. Autenticación / Firma C CeA mod(nA)=(MeA )dA mod(nA) = Mk.(n)+1 mod(nA) =M dA, pA , qA , eA , nA C=mdA mod(nA) dB, pB , qB , eB , nB CeA mod(nA)=m
  • 53. Método de R.S.A.  Fundamentos: Fundamentos:  Se basa en la dificultad de obtener d a partir de e, Se basa en la dificultad de obtener d a partir de e, dado que su cálculo se basa en el conocimiento de dado que su cálculo se basa en el conocimiento de  (n), requiriéndose la factorización de n si se (n), requiriéndose la factorización de n si se desconocen p y q desconocen p y q  Consideraciones adicionales Consideraciones adicionales  p y q han de ser grande (> 100 cifras decimales) p y q han de ser grande (> 100 cifras decimales)  Permite confidencialidad, autenticidad y firma Permite confidencialidad, autenticidad y firma  Tamaño cifrado es el del mensaje Tamaño cifrado es el del mensaje
  • 54. Método de R.S.A.  Ejemplo Ejemplo p pA A= 61 ,q = 61 ,qA A= 47 = 47   n nA A= p = pA A* q * qA A= 2867 = 2867 e eA A=247 =247   d dA A= 247 = 247-1 -1 mod 2760 = 2503 mod 2760 = 2503  (n (nA A )= 2760 )= 2760 Confidencialidad Confidencialidad M= 1575 M= 1575 C= 1575 C= 1575247 247 =2085 (mod 2867) =2085 (mod 2867) C C2503 2503 = 2085 = 20852503 2503 =1575 (mod 2867) = =1575 (mod 2867) = M M
  • 55. Clave Pública vs. Clave simétrica  Clave simétrica Clave simétrica  Algoritmos rápidos Algoritmos rápidos  No permiten firma digital. Dificultan gestión de claves No permiten firma digital. Dificultan gestión de claves  Clave pública Clave pública  Algoritmos lentos Algoritmos lentos  Se usan al principio de la comunicación para Se usan al principio de la comunicación para autentificar y gestionar clave de sesión autentificar y gestionar clave de sesión  Permiten firma digital Permiten firma digital
  • 56. Servicios y Mecanismos de Seguridad
  • 57. Servicios de seguridad ISO 7498-2  Confidencialidad Confidencialidad  Integridad Integridad  Autenticidad de origen Autenticidad de origen  No repudio (irrenunciabilidad) No repudio (irrenunciabilidad)  Control de acceso Control de acceso
  • 58. Servicios de Seguridad SERVICIOS DE SEGURIDAD EJEMPLOS DE LA VIDA COTIDIANA AUTENTICACIÓN DNI CONTROL DE ACCESO LLAVES Y CERROJOS CONFIDENCIALIDAD TINTA INVISIBLE INTEGRIDAD TINTA INDELEBLE NO REPUDIO FIRMA NOTORIZADA.
  • 59. Mecanismos de seguridad  Intercambio de autenticación Intercambio de autenticación  Cifrado Cifrado  Gestión de claves Gestión de claves  Integridad de datos Integridad de datos  Firma digital Firma digital  Tráfico de relleno Tráfico de relleno  Control de encaminamiento Control de encaminamiento
  • 61. Integridad  Autenticación del contenido Autenticación del contenido  Firma digital Firma digital
  • 62. Control de acceso  Autenticación Autenticación  Autorización Autorización

Notas del editor