Criptografia e Seguran

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Criptografia e Segurança de Rede Capítulo 6

• Quarta Edição
• por William Stallings
• Tradução Carlos Daniel Abreu

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Capítulo 6 Mais sobre cifras simétricas

• Estou familiarizado com todas as formas de
  escritas secretas, sendo eu mesmo o autor de uma
  monografia superficial sobre o assunto, em que
  analiso 160 cifras diferentes" disse Holmes.
• The Adventure of the Dancing Men, Sir Arthur
  Conan Doyle

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Criptografia Múltipla DES Triplo

• Era necessário substituir o DES
• Vulnerável a ataques por força bruta
• E também a ataques cripto-analíticos
• AES é uma alternativa para isto
• Outra opção é usar a criptografia múltipla com
  DES e chaves múltiplas
• DES triplo foi a forma escolhida

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DES Duplo

• Pode-se usar 2DES em cada bloco
• C EK2(EK1(P))
• Redução a um único estágio
• Ataque meet-in-the-middle
• Funciona em qualquer cifra de criptografia de
  bloco
• Desde que X EK1(P) DK2(C)
• Criptografe P para todos os valores possíveis de
  K1
• Então decriptografe C usando todos os valores
  possíveis de K2
• Pode mostrar O(256) passos

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DES triplo com duas chaves

• Deve-se usar 3 criptações
• Afigura a necessidade de 3 chaves distintas
• Mas pode usar 2 chaves com sequência
  Cript-Decript-Cript
• C EK1(DK2(EK1(P)))
• cript decript equivalentes em segurança
• se K1K2 então funciona com Simples DES
• Padronizado em ANSI X9.17 ISO8732
• Nenhum ataque conhecido

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DES triplo com três chaves

• Embora não tem ataques para duas chaves o DES
  triplo tem suas indicações
• Possui um tamanha de chave efetivo de 168 bits e
  é definido da seguinte maneira
• C EK3(DK2(EK1(P)))
• Diversas aplicações na internet adotaram o 3DES
  com três chaves, incluindo PGP, S/MINE

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Modos de operação de cifra de bloco

• Criptografia de cifra de bloco com tamanho do
  bloco fixo
• Ex. DES usa blocos de 64-bit c/ chaves de 56-bit
  
• Precisa de alguma maneira para en/decript
  arbitrária quantidade de dados
• ANSI X3.106-1983 modo de usar (agora FIPS 81)
  define 4 possíveis modos
• posteriormente 5 definições para AES DES
• Tem modos de blocos e fluxo

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Modo Eletronic Codebook

• Mensagem é quebrada em blocos independentes que
  são criptografados
• Cada bloco é um valor que é substituído, como um
  codebook, por isso do nome.
• Cada bloco é codificado independentemente dos
  outros blocos
• Ci DESK1(Pi)
• Uso ideal para transmissão segura de pequena
  quantidade de dados

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Electronic Codebook Book (ECB)
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Vantagens e Limitações do ECB

• Mensagens repetidas podem aparecer no criptograma
• Se alinhado com o bloco da mensagem
• Particularmente com os dados do gráfico
• Ou com mensagens que mudam muito pouco, que se
  tornam um problema de analise de code-book
• Fraqueza é devido a blocos de mensagem
  criptografada serem independentes
• Utilização principal é o envio de alguns blocos
  de dados

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Modo Cipher Block Chaining (CBC)

• Mensagem é quebrado em blocos
• Ligados juntos na operação de criptografia
• Cada bloco da cifra anterior é encadeado com o
  bloco do texto atual, por isso o nome.
• Usa o vetor inicial (IV) para iniciar o processo
• Ci DESK1(Pi XOR Ci-1)
• C-1 IV
• Uso Confidencialidade, autenticação

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Cipher Block Chaining (CBC)
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Message Padding

• No final da mensagem tem de lidar com um possível
  curto último bloco
• Que não é tão grande quanto o tamanho do bloco da
  cifra
• também com conhecidos valores de não-dados (ex.
  nulos)
• Ou PAD último bloco juntamente com a contagem do
  tamanho do PAD
• ex. b1 b2 b3 0 0 0 0 5
• significa ter 3 bytes de dados, então 5 bytes
  padcontador
• Isto pode requerer um bloco de entrada extra
  sobre a mensagem
• Existem outros, mais exóticos, que evitam a
  necessidade de um bloco extra

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Vantagens e Limitações do CBC

• Um bloco de texto-cifrado depende de todos os
  blocos anteriores
• Qualquer mudança a um bloco afeta todos os blocos
  seguintes
• Precisa do Vetor de Inicialização (IV)
• Precisa ser conhecido pelo emissor e receptor
• Se enviado limpo, atacantes podem mudar bits do
  primeiro bloco, e mudar o IV para compensar
• Por isso IV tem que ser um valor fixo (como na
  EFTPOS)
• Ou ser enviado criptografado no ECB antes do
  resto da mensagem

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Cipher FeedBack (CFB)

• Mensagem é tratada como um fluxo de bits
• Adicionada a saída da cifra de bloco
• Resultado é resposta para o próximo passo
• Padrão permite qualquer número de bit (1,8, 64 ou
  128 etc) para ser resposta
• denotado CFB-1, CFB-8, CFB-64, CFB-128 etc
• Mais eficiente para usar todos os bits no bloco
  (64 ou 128)
• Ci Pi XOR DESK1(Ci-1)
• C-1 IV
• Uso criptografia de fluxo de dados, autenticação

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Cipher FeedBack (CFB)
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Vantagens e Limitações da CFB

• Apropriado quando dados chegam em bits/bytes
• Mais comum modo de fluxo
• Limitação é necessário para parar enquanto
  encripta o bloco após todo n-bits
• Note que a cifra de bloco é usada no modo de
  encriptação em ambos os finais
• Erros propagam por muitos blocos depois do erro

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Output FeedBack (OFB)

• Mensagem é tratada como um fluxo de bits
• Saída da cifra é adicionada a mensagem
• Saída é então resposta (por isso o nome)
• Resposta é independente da mensagem
• Pode ser calculada antecipadamente
• Ci Pi XOR Oi
• Oi DESK1(Oi-1)
• O-1 IV
• Uso encriptação em fluxo de canal com ruídos

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Output FeedBack (OFB)
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Vantagens e Limitações do OFB

• Bits com erros não se propagam
• Maior vulnerabilidade para modificação do fluxo
  de mensagens
• Uma variação da cifra de Vernam
• Por isso deve-se nunca re-utilizar a mesma
  sequência (keyIV)
• emissor receptor devem continuar em sincronia
• Originalmente especificado com n-bit de resposta
• Pesquisas posteriores tem mostrado que somente
  resposta de bloco inteiro (Ex. CFB-64 ou
  CFB-128) deveria ser usado

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Modo Counter (CTR)

• Um novo modo, apesar de proposto a mais tempo
• Similar ao OFB mas encripta o valor counter ao
  invés de qualquer valor de resposta
• Deve ter um valor diferente da chave counter
  para cada bloco de texto (nunca re-utilizado)
• Ci Pi XOR Oi
• Oi DESK1(i)
• Uso criptografia em redes de alta velocidade

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Counter (CTR)
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Vantagens e Limitações do CTR

• Eficiência
• Pode fazer criptografias paralelas em h/w ou s/w
• Pode pré-processar em antecipação a necessidade
• Bom para bursty links de alta velocidade
• Acesso randômico para encriptar blocos de dados
• Segurança provável (bom como os outro)
• Mas deve-se certificar-se de nunca re-utilizar os
  valores da chave/counter, senão pode quebrá-lo
  (cf OFB)

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Cifras de fluxo

• Processa a mensagem bit a bit (como no fluxo)
• Tem um pseudo-aleatório fluxo de chave
• Combinando (XOR) com o fluxo de texto claro
• Aleatoriedade do fluxo de chave destrói
  completamente as propriedades estatísticas na
  mensagem
• Ci Mi XOR StreamKeyi
• Mas nunca se deve re-utilizar o fluxo de chave
• Senão pode-se recuperar a mensagem

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Estrutura da cifra de fluxo
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Propriedades da cifra de Fluxo

• Algumas considerações de design são
• Longo período sem repetições
• Estatisticamente randômico
• Depende de uma chave grande o bastante
• Grande complexidade linear
• Devidamente implementado, pode ser tão seguro
  quanto uma cifra de bloco com a chave do mesmo
  tamanho
• Porém mais simples rápido

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RC4

• Uma cifra proprietária pertencente ao RSA DSI
• Outro design de Ron Rivest , simples mas
  eficiente
• Tamanho da chave variável, cifra de fluxo de
  orientação de byte
• Amplamente utilizado (web SSL/TLS, wireless WEP)
• Chaves formam uma permutação randômica de todos
  os valores 8-bit
• Que usa a permutação para misturar as
  informações de entrada processando um byte por vez

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RC4 - Cronograma da chave

• Começa com um vetor S de números 0..255
• Usa a chave para boa e verdadeira mistura
• S forma state interno da cifra
• for i 0 to 255 do
• Si i
• Ti Ki mod keylen)
• j 0
• for i 0 to 255 do
• j (j Si Ti) (mod 256)
• swap (Si, Sj)

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RC4 Criptografia

• Criptografia continua misturando valores do vetor
• A soma dos pares misturados seleciona o valor do
  fluxo da chave da permutação
• XOR St com o próximo byte da mensagem para
  en/decriptar
• i j 0
• for each message byte Mi
• i (i 1) (mod 256)
• j (j Si) (mod 256)
• swap(Si, Sj)
• t (Si Sj) (mod 256)
• Ci Mi XOR St

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RC4 Overview
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RC4 Segurança

• Alegou segurança contra ataques conhecidos
• Tem algumas análises, nenhuma prática
• Resultado é muito não-linear
• Desde RC4 é uma cifra de fluxo, deve-se nunca
  re-utilizar a chave
• Tem uma preocupação com a chave WEP, mas devido a
  manipulação em vez do próprio RC4

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Sumário

• DES triplo
• Modos de operação
• ECB, CBC, CFB, OFB, CTR
• Cifras de fluxo
• RC4