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- 1. 131 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Objectifs de la cryptographie 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Objectifs de la cryptographie • La cryptologie est la science qui regroupe la cryptographie et la cryptanalyse : • La cryptographie se réfère à la science du secret adressant la conception et le développement des systèmes de chiffrements permettant de transformer un message intelligible en non intelligible. • La cryptanalyse désigne la science de l’analyse des systèmes de chiffrements permettant d’étudier et identifier les attaques contre ces systèmes. • Historiquement, la cryptographie permet de garantir la confidentialité des données (messages) en modifiant leurs natures intelligibles en non intelligibles à l'aide des codes secrets ou des clés de chiffrement. • De nos jours, en plus de la confidentialité, la cryptographie permet également de garantir l’authenticité et l’intégrité des données. • Pour offrir ces trois objectifs de sécurité (confidentialité, intégrité, et authenticité), la cryptographie regroupe trois techniques : le chiffrement, le hachage, et la signature numérique : • Le chiffrement permet d’assurer la confidentialité ; • Le hachage permet d ’assurer l’intégrité ; • La signature numérique permet d’assurer l’authenticité. • En ce qui suit, nous détaillerons les différents techniques/mécanismes de la cryptographie.
- 2. CHAPITRE 1 DÉCOUVRIR LA CRYPTOGRAPHIE ET LES CERTIFICATS NUMÉRIQUES 1. Objectifs de la cryptographie 2. Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique 3. Fonction de hachage 4. Certificats X.509 5. Quiz sur la cryptographie et la gestion des clés
- 3. 133 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Techniques de chiffrement classiques 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • Avant de passer définir les schémas de chiffrement symétrique et de chiffrement asymétrique, nous allons présenter des exemples de techniques de chiffrement classiques. • Les deux éléments de base de toutes les techniques de chiffrement sont la substitution et la transposition : • Chiffrement par substitution : une technique dans laquelle les lettres du texte en clair sont remplacées par d'autres lettres, chiffres ou symboles. • Chiffrement par transposition : une technique dans laquelle les lettres du texte en clair sont permutées (c.à.d., l’ordre des lettres est modifié). • L’avantage majeur des techniques de chiffrement classiques est la simplicité des algorithmes de chiffrement et de déchiffrement. Cependant, elles sont vulnérables aux attaques de cryptanalyses. • Plusieurs méthodes de chiffrement par substitution et par transposition ont été proposé dans la littérature. En ce qui suit, nous détaillerons les méthodes suivantes : • Chiffrement de César comme un exemple de chiffrement par substitution monoalphabétique ; • Chiffre de Vigenère comme un exemple de chiffrement par substitution polyalphabétique ; • Un exemple de chiffrement par transposition.
- 4. 134 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffrement de César 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • Le chiffrement de César est l’une des techniques les plus simples de substitution monoalphabétique. • Un texte chiffré est obtenu en remplaçant chaque lettre appartenant au texte clair par une autre lettre qui est distante d’un décalage d de la lettre d’origine dans le texte claire. Exemple 1 : d = 3 • Texte en clair : S E C U R I T Y • Texte chiffré : V H F X U L W B Exemple 2 : d = 10 • Texte en clair : B A N A N E • Texte chiffré : L K X K X O Lettres d’origines 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 Lettres de remplacement correspondantes 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 Lettres d’origines 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 Lettres de remplacement correspondantes 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
- 5. 135 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffre de Vigenère 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • Le chiffre de Vigenère est l’un des plus simples méthodes de substitution polyalphabétique. • Contrairement au chiffrement de César, dans le chiffre de Vigenère, le décalage d n’est pas fixe. C’est un décalage variable qui est désigné par la valeur de clé utilisée. • Principe du chiffre de Vigenère : • Supposons avoir : • Un texte en clair 𝑃 composé de n lettres (𝑃 = 𝑝0, 𝑝1, … , 𝑝𝑛−1) ; • Une clé 𝐾 composée de m lettres (K = 𝑘0, 𝑘1, … , 𝑘𝑚−1) ; • Un un texte chiffré 𝐶 composé de n lettres : C = 𝑐0, 𝑐1, … , 𝑐𝑛−1 . Le processus du calcul d’un texte chiffré est le suivant : • La première lettre de la clé est ajoutée à la première lettre du texte en clair, mod 26 ; • Les deuxièmes lettres sont ajoutées, et ainsi de suite jusqu'aux m premières lettres du texte en clair ; • Pour les lettres suivantes du texte en clair, les lettres clés sont répétées. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que toute la séquence de texte en clair soit cryptée ; • Une équation générale du processus de cryptage est tel que 𝑐𝑖 = 𝑝𝑖 + 𝑘𝑖 𝑚𝑜𝑑 𝑚 𝑚𝑜𝑑 26.
- 6. 136 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffre de Vigenère : Exemple 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • Texte en clair : CIPHERTEXTE • Clé : SECURE • Texte Chiffré : UMRBVVLIZNV CLAIR C I P H E R T E X T E PCLAIR 2 8 15 7 4 17 19 4 23 19 4 CLÉ S E C U R E S E C U R PCLÉ 18 4 2 20 17 4 18 4 2 20 17 PCHIFFRÉ 20 12 17 1 21 21 11 8 25 13 21 CHIFFRÉ U M R B V V L I Z N V Calcul du texte chiffré Alphabet 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 Position 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Position des lettres dans l’alphabet
- 7. 137 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffrement par transposition 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • Les deux techniques examinées précédemment montrent la substitution d'un symbole de texte chiffré à un symbole de texte en clair. Un type de mappage différent est obtenu en effectuant une sorte de permutation sur les lettres en clair. Cette technique est appelée chiffrement par transposition. • L’un des schémas de transposition les plus complexe consiste à écrire le message d’origine dans un rectangle, ligne par ligne, et à lire le message, colonne par colonne, en permutant l'ordre des colonnes. L'ordre des colonnes est définie par une clé. • Exemple 1 : Texte en clair : C I P H E R T E X T E Clé : 24135 Texte Chiffré : P E C R H X I T E T • Exemple 2 : Texte en clair : C R Y P T O L O G I E E S T U N E S C I E N C E Clé : 436251 Texte Chiffré : O E S E P I N N R O T I C L S C T E E C Y G U E Clé 2 4 1 3 5 Texte C I P H E R T E X T Sens d’écriture Sens de lecture Clé 4 3 6 2 5 1 Texte C R Y P T O L O G I E E S T U N E S C I E N C E
- 8. 138 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffrement symétrique 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique Dans un schéma de chiffrement symétrique (souvent appelé aussi cryptographie symétrique), cinq concepts/termes peuvent être distingués : • Texte en clair (Plaintext, en anglais) : un message ou un ensemble de données d’origine et intelligible. Il est introduit en entrée dans un algorithme de chiffrement afin de générer un texte chiffré. Il est également la sortie d’un algorithme de déchiffrement ; • Algorithme de chiffrement (Encryption algorithm, en anglais) : un algorithme qui effectue diverses substitutions et transformations sur le texte en clair afin de fournir un texte chiffré ; • Clé secrète (Secret key, en anglais) : c’est une valeur secrète unique partagée entre deux interlocuteurs. Un texte en clair est chiffré et déchiffré avec la même clé secrète qui est fournie comme entrée dans les deux algorithmes de chiffrement et déchiffrement. En fait, les substitutions et les transformations effectuées par l'algorithme de chiffrement (aussi de déchiffrement) dépendent de la clé secrète • Texte chiffré (Ciphertext, en anglais) : un message brouillé et inintelligible qui est produit en sortie d’un algorithme de chiffrement à partir d’un texte en clair et une clé secrète. Notez que, pour un message donné, deux clés différentes produiront deux textes chiffrés différents • Algorithme de déchiffrement (Decryption algorithm, en anglais) : un algorithme de cryptage exécuté à l'envers. Il prend le texte chiffré et la clé secrète et produit le texte en clair d'origine. Principe de la cryptographie symétrique
- 9. 139 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffrement symétrique 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • L’avantage majeur de la cryptographie symétrique est la simplicité des algorithmes de chiffrement/déchiffrement symétrique. Par conséquent, ces algorithmes sont rapides et ne sont pas gourmand en termes de ressources systèmes • Cependant, un système de chiffrement symétrique souffre de plusieurs inconvénients : • Il ne peut garantir que la confidentialité, mais pas les autres objectifs (authenticité et intégrité) ; • Gestion complexe des clés secrètes notamment lorsque le nombre des entités communicantes est important. En fait, une clé secrète ne peut être partagée qu’entre deux entités. Pour communiquer avec d’autres entités il faudra d’autres clés secrètes ; • Le partage d’une clé secrète entre deux interlocuteurs doit être réalisé d’une manière sécurisé pour qu’elle ne soit pas dévoilée. En effet, la robustesse du chiffrement symétrique, en terme de sécurité ,dépend essentiellement de la robustesse et la confidentialité de la clé secrète. • Deux catégories de chiffrement symétrique peuvent être distingués : • Chiffrement par flots (Stream ciphers, en anglais) : le chiffrement d’un texte claire est réalisé bit par bit. Par conséquent, il n’y a aucun besoin de récupérer tout le texte pour commencer le chiffrement. Pour cette raison, le chiffrement par flots est considéré très rapide. • Chiffrement par blocs (Block ciphers, en anglais) : Le chiffrement d’un texte clair est réalisé par groupement de mots, souvent appelé bloc, de taille définie (e.g., 64 bits).
- 10. 140 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffrement symétrique 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • Plusieurs algorithmes de chiffrement symétrique ont été proposé dans la littérature, tel que : • DES (Data Encryption Standard) est un algorithme de chiffrement par bloc qui utilise des clés de 56 bits ; • 3DES (Triple DES) consiste à appliquer successivement l'algorithme DES trois fois sur un même bloc de taille 64 bits avec deux ou 3 clés. Par conséquent, la taille des clés utilisées varie entre 112 à 168 bits ; • AES (Advanced Encryption Standard) comprend trois algorithmes de chiffrements selon la longueur de la clé utilisée: • AES-128 utilise une longueur de clé de 128 bits pour chiffrer et déchiffrer un bloc de messages • AES-192 utilise une longueur de clé de 192 bits pour chiffrer et déchiffrer un bloc de messages • AES-256 utilise une longueur de clé de 256 bits pour chiffrer et déchiffrer un bloc de messages • RC4 (Rivest Cipher 4) est un algorithme de chiffrement par flots qui utilise des clés de tailles variables. • Le tableau suivant fournit une comparaison entre les différents algorithmes de chiffrement symétriques cités précédemment Algorithme de chiffrement symétrique Longueur de la clé (bits) Taille de bloc (bits) Caractéristiques DES 56 64 Non sécurisé (déjà cassé) 3DES 112, 168 64 Sécurité satisfaisante AES 128, 192, 256 128 Sécurité excellente RC4 Variable Par flots Rapide Tableau comparatif des algorithmes de chiffrements symétrique
- 11. 141 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffrement asymétrique 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • Contrairement au chiffrement symétrique, un schéma de chiffrement asymétrique utilise une paire de clés distincte : • Une clé privée : une clé secrète (confidentielle) a une seule entité (un seul interlocuteur). Elle ne doit pas être partagée avec aucune autres entité. • Une clé publique : une clé connue part toutes les entités qui veulent désigner un destinataire spécifique. • Une paire de clé (privé et publique) est sélectionnée de sorte que si l'une est utilisée pour le chiffrement, l'autre est utilisée pour le déchiffrement (et vice versa). Les transformations exactes effectuées par l'algorithme dépendent de la clé fournit comme entrée. • Une clé publique peut être partagée librement sans aucun souci d’identification d’une clé privée à partir d’une clé publique. Principe de la cryptographie asymétrique
- 12. 142 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffrement asymétrique 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • Les étapes nécessaires de l’exécution d’un algorithme de chiffrement symétrique sont : 1. Un utilisateur (Bob) génère une paire de clés (clé publique et clé privé) ; 2. Bob publie sa clé publique, tandis que la clé associée reste privée. Comme illustré dans la figure ci-dessous, Bob envoie sa clé publique à Alice ; 3. À la réception, Alice conserve la clé publique de Bob. En effet, chaque utilisateur doit conserver tous les clés publiques obtenues des autres ; 4. Lorsque Alice souhaite envoyer un message confidentiel à Bob, elle crypte le message à l'aide de la clé publique de Bob ; 5. Lorsque Bob reçoit le message, il le déchiffre à l'aide de sa clé privée. Par conséquent, aucun autre destinataire ne peut déchiffrer le message car seule Alice connaît la clé privée d'Alice. Processus d’exécution de la cryptographie asymétrique
- 13. 143 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffrement asymétrique 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • Le tableau suivant résume certains des aspects importants du chiffrement symétrique et chiffrement asymétrique. • Pour faire la distinction entre les deux classes de chiffrement, nous nous référons à la clé utilisée dans le chiffrement symétrique en tant que clé secrète. Les deux clés utilisées pour le chiffrement asymétrique sont appelées clé publique et clé privée. Chiffrement symétrique Chiffrement asymétrique Le chiffrement et le déchiffrement sont réalisés par le même algorithme et la même clé Le chiffrement et le déchiffrement sont réalisés par le même algorithme avec une paire de clés, une pour le chiffrement et une pour le déchiffrement L'expéditeur et le destinataire doivent partager l'algorithme et la clé. L'expéditeur et le destinataire doivent chacun avoir l'une des paires de clés correspondantes (pas la même). La clé doit rester secrète Une des deux clés ( la clé privée) doit être gardée secrète Tableau comparatif du chiffrement symétrique et asymétrique
- 14. 144 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffrement asymétrique : Rivest-Shamir-Adleman (RSA) 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • Le Rivest-Shamir-Adleman (RSA) est l'approche à usage général la plus utilisée et mise en œuvre pour le chiffrement asymétrique. • Principe de fonctionnement de RSA : 1. Génération des clés : • Sélectionnez deux grands nombres premiers, p et q. Les nombres premiers doivent être grands pour qu'ils soient difficiles à deviner • Calculez 𝑛 = 𝑝 × 𝑞 • Calculez la fonction Φ 𝑛 = 𝑝 − 1 × 𝑞 − 1 • Sélectionnez un entier e tel que : 𝑃𝐺𝐶𝐷 Φ 𝑛 , 𝑒 = 1 et 1 < 𝑒 < Φ 𝑛 • Calculez d tel que 𝑒 × 𝑑 = 1𝑚𝑜𝑑Φ 𝑛 • La clé publique : 𝑃𝑈 = 𝑒, 𝑛 • La clé privée : 𝑃𝑅 = 𝑑, 𝑛 2. Chiffrement : Étant donné M un texte en clair, représenté par un nombre (tel que M<n), le texte chiffré C est calculé comme suit : 𝐶 = 𝑀𝑒 𝑚𝑜𝑑 𝑛 3. Déchiffrement : En utilisant la clé privé, le texte en clair pourra être retrouvé comme suit : M = 𝐶𝑑 𝑚𝑜𝑑 𝑛
- 15. 145 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffrement asymétrique : Rivest-Shamir-Adleman (RSA) 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • Exemple d’exécution du schéma RSA : 1. Génération des clés : P = 11, q=17 𝑛 = 𝑝 × 𝑞 = 11 × 17 = 187 Φ 𝑛 = 𝑝 − 1 × 𝑞 − 1 = 16 × 10 = 160 𝑃𝐺𝐶𝐷 Φ 𝑛 , 𝑒 = 1 et 1 < 𝑒 < Φ 𝑛 → 𝑒 = 7 𝑒 × 𝑑 = 1𝑚𝑜𝑑Φ 𝑛 , 𝑑 = 23 tel que 7 × 23 = 161 • La clé publique : 𝑃𝑈 = 7,187 • La clé privée : 𝑃𝑅 = 23,187 2. Chiffrement : • Texte en clair : 𝑀 = 90 • Texte chiffré : 𝐶 = 907 𝑚𝑜𝑑 187 = 95 3. Déchiffrement : • Texte chiffré : 𝐶 = 95 • Texte en clair : M = 9523 𝑚𝑜𝑑 187 = 90
- 16. 146 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Chiffrement asymétrique 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique • L’avantage principal du chiffrement asymétrique est l’absence du besoin de partage d’une clé secrète, tel que le cas du chiffrement symétrique. Ce qui élimine le besoin d’avoir un canal sécurisé pour la distribution des clés secrètes. • L’inconvénient majeur du chiffrement asymétrique est la complexité. Les algorithmes de chiffrement asymétrique sont lourds et gourmand en termes de ressources systèmes. • Comme le chiffrement symétrique, le chiffrement asymétrique n’offre que la confidentialité des données.
- 17. CHAPITRE 1 DÉCOUVRIR LA CRYPTOGRAPHIE ET LES CERTIFICATS NUMÉRIQUES 1. Objectifs de la cryptographie 2. Cryptographie symétrique et Cryptographie asymétrique 3. Fonction de hachage 4. Certificats X.509 5. Quiz sur la cryptographie et la gestion des clés
- 18. 148 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Fonction de Hachage 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Fonction de hachage • Une fonction de hachage présente quatre propriétés principales : • Sortie de longueur fixe : l'entrée d'une fonction de hachage peut avoir une longueur variable, tandis que la sortie d'une fonction de hachage (hash) est de longueur fixe ; • Simple : Le calcul du hash d'un message est simple et rapide ; • Unidirectionnelle (one-way) : impossible de découvrir un message à partir de sa valeur hash ; • Résistante aux collisions : impossible d'avoir une même valeur hash pour deux messages différents. • Les principales fonctions d’hachage sont : • MD5 (Message Digest) conçue par Ron Rivest. MD5 fonctionne sur des blocs de 512 bits et sa sortie (la valeur hach) possède une longueur égale à 128 bits ; • SHA-1 (Secure Hash Algorithm 1) conçue par National Security Agency. SHA-1 fonctionne aussi sur des blocs de 512 bits et sa valeur hast est de longueur égale à 160 bits en sortie ; • SHA-2 (Secure Hash Algorithm 2) version plus récente que SHA-1. Les valeurs de hash de SHA-2 peuvent fournir des valeurs hash de longueurs de 256, 384 ou 512 bits ; • Whirlpool conçue par Vincent Rijmen, Paulo S. L. M. Barreto dans le cadre d’un projet. Elle génère des valeurs hash de longueur égale à 512 bits. Caractéristiques d’une fonction de Hachage
- 19. 149 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Fonction de Hachage 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Fonction de hachage • Puisqu’une fonction de hachage est irréversible, le processus de vérification d’une valeur hash (souvent appelée empreinte digitale) reçue est différent à celui utilisé dans le chiffrement (déchiffrer un message reçu pour découvrir le message d’origine) • Comme illustré dans la figure ci-contre, le processus de vérification d’une empreinte générée par une fonction de hachage est le suivant : • Alice se met d’accord avec Bob sur une même fonction de hachage ; • Alice calcule l’empreinte digitale de son message et l’envoie avec le message d’origine à Bob ; • Lorsque Bob reçoit le message et l’empreinte, il calcule à son tour l’empreinte du message reçu (en utilisant la même fonction de hachage) et compare si l’empreinte reçue et celle calculée sont égales. • Si elles sont égales alors le message n’a pas été modifié • Si elles ne sont pas égales alors le message a été modifié • D’où nous pourrons déduire que la fonction de hachage peut garantir l’intégrité des données. Néanmoins, pour une sécurité renforcée (confidentialité et intégrité), il faut utiliser conjointement un système de chiffrement et une fonction de hachage. • Une fonction de hachage ne permet pas de garantir l’authenticité. En fait, il n’est pas possible de vérifier et prouver l’identité de l’expéditeur d’un message. Processus de vérification d’une empreinte générée par une fonction de hachage
- 20. 150 Copyright - Tout droit réservé - OFPPT PARTIE 3 Signature Numérique 01 - Découvrir la cryptographie et les certificats numériques Fonction de hachage • La signature numérique est un schéma cryptographique utilisant les fonctions de hachage. • Pour assurer l'authenticité, un message doit être signé par l’expéditeur avec sa clé privée. • Comme illustré dans la figure ci-contre, le processus d’un schéma basé sur la signature numérique est le suivant : • Alice se met d’accord avec Bob sur une même fonction de hachage et partage avec lui sa clé publique ; • Alice calcule l’empreinte digitale de son message, puis elle signe l’empreinte (c.à.d., elle chiffre l’empreinte avec sa clé privé). Ensuite, Alice envoie le message en texte claire accompagné de la signature calculée à Bob ; • Lorsque Bob reçoit le message et la signature, il : • Déchiffre la signature avec la clé publique d’Alice pour récupérer l’empreinte reçu ; • Exécute la fonction de hachage sur le message reçu pour calculer son empreinte (empreinte calculé). • Bob vérifie ensuite si l’empreinte reçue est égale à celle calculée. • S’ils sont égaux, Bob peut prouver que c’est Alice qui a envoyé le message et que le message est intègre. • Sinon, Bob peut prouver que le message reçu a été modifié et que ce n'est pas Alice qui a signé le message. Processus de l’utilisation de la signature numérique