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Reti di Calcolatori - Crittografia
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Reti di Calcolatori - Crittografia

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La crittografia nelle reti di calcolatori

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  • 1. RETI DI CALCOLATORI Crittografia
  • 2. La crittografiaLa crittografia è la scienza che studia la scrittura e la lettura di messaggi in codice ed è il fondamento su cui si basano i meccanismi di autenticazione, integrità e segretezza. 2
  • 3. La crittografiaL’autenticazione stabilisce al tempo stesso l’identità del mittente e del destinatario delle informazioni. L’integrità garantisce che i dati non siano stati alterati e la segretezza che nessuno, al di fuori di mittente e destinatario, sia in grado di interpretarli. 3
  • 4. La crittografiaSolitamente, i meccanismi crittografici utilizzano sia un algoritmo sia un valore segreto, detto chiave. In genere, la struttura degli algoritmi è pubblica; le chiavi, invece, vengono mantenute segrete per ottenere la sicurezza richiesta. 4
  • 5. La crittografiaIl numero di bit necessari per garantire la sicurezza crittografica non è facile da determinare. Più è lungo lo spazio di chiave (l’intervallo di possibili valori), più diventa difficile forzare la chiave con un attacco di forza bruta. 5
  • 6. La crittografiaUn attacco di forza bruta è un tentativo di arrivare alla chiave nel quale si applicano all’algoritmo tutte le possibili combinazioni di valori, finché non si riesce a decifrare il messaggio. 6
  • 7. La crittografia Possibili combinazioni per gli attacchi di forza brutaLunghezza chiave (in bit) Numero combinazioni possibili 40 240 = 1.099.511.627.776 56 256 = 7,205759403793 x 1016 64 264 = 1,844674407371 x 1019 112 2112 = 5,192296858535 x 1033 128 2128 = 3,402823669209 x 1038 7
  • 8. La crittografiaIn generale, si tendono a utilizzare chiavi più lunghe possibile, per ridurre le probabilità di forzatura. È comunque necessario tener presente che più lunga è la chiave, maggiori sono i costi in termini di potenza di calcolo dei processi di crittografia e decifrazione. L’obiettivo è che la forzatura sia “più costosa” del valore intrinseco delle informazioni protette. 8
  • 9. La crittografiaLe funzioni crittografiche per l’autenticazione, l’integrità e la segretezza dei dati sono tre:• chiavi simmetriche;• chiavi asimmetriche;• funzioni hash non invertibili. 9
  • 10. Crittografia a chiave simmetricaLa crittografia simmetrica, altrimenti detta crittografia a chiave segreta, utilizza una chiave comune e il medesimo algoritmo crittografico per la codifica e la decodifica dei messaggi. In sostanza, due utenti che desiderano comunicare devono accordarsi su di un algoritmo e su di una chiave comuni. 10
  • 11. Crittografia a chiave simmetrica A B Chiave Chiave Segreta Segreta Codifica Internet DecodificaMsg Msg 11
  • 12. Crittografia a chiave simmetricaUno degli algoritmi più semplici è il cifrario di Cesare, che sostituisce ognuna delle lettere del messaggio originale con la lettera dell’alfabeto che si trova n posti più avanti nell’alfabeto stesso.Es. n=3 SCANO ⇒ VFDQR 12
  • 13. Crittografia a chiave simmetricaGli algoritmi di uso comune più difficili da decifrare utilizzano uno sei seguenti sistemi:• DES (Data Encryption Standard);• 3DES (Triple DES);• RC-4 (Rivest Cipher 4);• IDEA (International Data Encryption Algorithm). 13
  • 14. DESIl DES è uno schema crittografico operante su blocchi di 64 bit e utilizza una serie di fasi per trasformare 64 bit di input in 64 bit di output. Nella sua forma standard, l’algoritmo utilizza chiavi a 64 bit, 56 dei quali scelti a caso. Gli altri 8 bit sono bit di parità. 14
  • 15. 3DES3DES è una versione alternativa di DES. Tale sistema, che può utilizzare una, due o tre chiavi diverse, prende un blocco di 64 bit e vi applica operazioni di codifica, decodifica e ricodifica. 15
  • 16. RC-4RC-4 è un algoritmo privato, inventato da Ron Rivest e commercializzato da RSA Data Security. Viene solitamente utilizzato con una chiave a 128 bit, ma le dimensioni della chiave sono variabili. 16
  • 17. IDEAIl sistema IDEA, realizzato come alternativa a DES, opera sempre su blocchi di 64 bit, ma utilizza una chiave di 128 bit. Si tratta di un algoritmo brevettato ed è utilizzabile per usi commerciali solo su licenza. 17
  • 18. Crittografia a chiave simmetricaLa crittografia a chiave segreta viene sostanzialmente utilizzata per garantire la segretezza dei dati, in quanto gran parte degli algoritmi simmetrici sono stati progettati per essere applicati all’hardware e sono stati ottimizzati per la codifica di grandi masse di dati. 18
  • 19. Crittografia a chiave simmetricaI punti critici dei sistemi a chiave segreta sono i seguenti:• necessità di cambiare frequentemente le chiavi segrete per evitare il rischio che vengano scoperte;• sicurezza nella generazione delle chiavi segrete;• sicurezza nella distribuzione delle chiavi segrete. 19
  • 20. Crittografia asimmetricaLa crittografia asimmetrica viene spesso definita come crittografia a chiave pubblica e può utilizzare lo stesso algoritmo, oppure algoritmi diversi ma complementari, per codificare e decodificare i dati. Sono necessari due valori diversi, ma correlati, per la chiave: una chiave pubblica e una privata. 20
  • 21. Crittografia asimmetricaPer comunicare utilizzando la crittografia a chiave pubblica, A e B necessitano di una coppia chiave pubblica – chiave privata. Ognuno dei due deve creare la propria coppia di chiavi. Nelle comunicazioni fra loro, A e B utilizzano chiavi diverse per codificare e decodificare i dati. 21
  • 22. Crittografia asimmetrica Pub PubPri Pri 1 Pub 1 A B 2 Pub1 Crea una coppia chiave privata - chiave pubblica2 Scambia solo chiavi pubbliche 22
  • 23. Crittografia asimmetricaAlcuni degli utilizzi più comuni per gli algoritmi a chiave pubblica comprendono:• l’integrità dei dati;• la segretezza dei dati;• l’accettazione del mittente;• l’autenticazione del mittente. 23
  • 24. Crittografia asimmetricaPerché avvenga uno scambio di dati segreto, debbono verificarsi le seguenti condizioni:1. A e B creano le proprie coppie di chiavi pubbliche e private;2. A e B si scambiano le chiavi pubbliche;3. A scrive a B e codifica il messaggio utilizzando la chiave pubblica di B prima di trasmetterlo via Internet; 24
  • 25. Crittografia asimmetrica4. B utilizza la propria chiave privata per decifrare il messaggio;5. B risponde, codifica il messaggio utilizzando la chiave pubblica di A e lo trasmette via Internet;6. A utilizza la propria chiave privata per decifrare il messaggio. 25
  • 26. Crittografia asimmetrica Come garantire l’integrità e la segretezza dei dati con la crittografia a chiave pubblica Coppia chiave pub. – chiave priv. Coppia chiave pub. – chiave priv.1 Pub 1 Pub Pri Pri Chiave pub. di B 2 Chiave pub. di A A B Internet 3 4 Codifica Decodifica Chiave pub. di B Chiave priv. di BMessaggio Messaggio Messaggio originale originale codificato 6 5 Decodifica Codifica Chiave priv. di A Chiave pub. di ARisposta di Messaggio 26 Risposta diAlessandro Alessandro codificato
  • 27. Crittografia asimmetricaLa segretezza è garantita nel momento che A trasmette il messaggio originale, in quanto solo B può decodificarlo con la propria chiave privata. Allo stesso tempo, viene assicurata anche l’integrità dei dati, perché il messaggio non può essere modificato se non con la chiave privata di B. Lo stesso vale per la risposta, in quanto solo A ha accesso 27 alla propria chiave privata.
  • 28. Crittografia asimmetricaIl punto debole di questo meccanismo sta nel fatto che chiunque può far finta di essere A e trasmettere a B un messaggio in codice, utilizzando la chiave pubblica di B, la quale, in effetti, è pubblicamente disponibile. 28
  • 29. Crittografia asimmetricaPerché lo scambio sia autenticato, debbono verificarsi le seguenti condizioni:1. A e B creano le proprie coppie chiave pubblica – chiave privata;2. A e B si scambiano le chiavi pubbliche;3. A scrive a B, codificando il messaggio con la propria chiave privata, e trasmette i dati in codice via 29 Internet;
  • 30. Crittografia asimmetrica4. B utilizza la chiave pubblica di A per decifrare il messaggio;5. B risponde, codifica il messaggio con la propria chiave privata e trasmette i dati in codice ad A via Internet;6. A decifra il messaggio con la chiave pubblica di B. 30
  • 31. Crittografia asimmetricaPer garantire, con il sistema della chiave pubblica, l’autenticità degli scambi, oltre all’integrità e alla segretezza dei dati, è necessario introdurre la doppia crittografia. Per prima cosa, A codifica il messaggio a B con la chiave pubblica di B; quindi ricodifica il messaggio con la propria chiave privata. Il messaggio potrebbe essere decodificato da chiunque, ma solo B può decodificare il secondo con la propria chiave privata. 31
  • 32. Crittografia asimmetricaPer i loro limiti di prestazioni, gli algoritmi crittografici a chiave pubblica non sono solitamente utilizzati per garantire la segretezza, ma si rivelano particolarmente utili per le applicazioni che richiedono una forma di autenticazione attraverso firme digitali e gestione delle chiavi. Tra i più comuni, si segnalano gli algoritmi di Ron Rivest, di Adi Shamir e di Leonard Adleman (RSA) e quello di El Gamal. 32
  • 33. Funzioni hashUna funzione hash trasforma un messaggio di lunghezza arbitraria in output di lunghezza fissa (chiamato hash o digest del messaggio originale). 33
  • 34. Funzioni hashPer soddisfare le condizioni di sicurezza stabilite per le funzioni hash, gli algoritmi devono avere le seguenti proprietà:• devono essere coerenti (a input uguali corrispondono output uguali);• devono essere casuali, o apparire tali, per impedire l’interpretazione accidentale del messaggio originale; 34
  • 35. Funzioni hash• devono essere univoci (la probabilità che due messaggi generino il medesimo hash deve essere virtualmente nulla);• devono essere non invertibili (risalire al messaggio originale dall’output deve essere impossibile). 35
  • 36. Funzioni hashLe funzioni hash non invertibili vengono normalmente utilizzate per assegnare un’impronta digitale a un messaggio o a un file. Come le impronte dei polpastrelli, un’impronta hash è univoca e costituisce una prova dell’integrità e dell’autenticità del messaggio. 36
  • 37. Funzioni hashEsemplificando, se A e B vogliono accertarsi che nessuno sia intervenuto sul contenuto del messaggio in fase di transizione utilizzano proprio una funzione hash non invertibile. 37
  • 38. Funzioni hashPer garantire l’integrità dei dati trasferiti fra A e B, devono verificarsi le seguenti condizioni:1. A scrive un messaggio e ne utilizza il testo come input di una funzione hash non invertibile;2. il risultato della funzione hash viene accodato al messaggio e ne costituisce l’impronta digitale; 38
  • 39. Funzioni hash3. B separa il messaggio dall’impronta e utilizza il testo del messaggio come input della medesima funzione hash utilizzata da A;4. se i due hash corrispondono, B è certo che nessun altro sia intervenuto sul messaggio. 39
  • 40. Funzioni hash MsgA B1 3 Impronta Impronta Impronta 2 4 Impronta 40
  • 41. Funzioni hashIl problema, in questo caso, è che non c’è modo di proteggere l’impronta da eventuali intrusi. È possibile infatti che qualcuno interferisca, impersonando il mittente o il destinatario delle comunicazioni sicure. Pertanto, per essere utilizzate in maniera sicura, le funzioni hash vanno combinate con sistemi a chiave pubblica per l’assegnazione di firme digitali. 41
  • 42. Funzioni hashTra le funzioni hash più comuni, si segnalano:• l’algoritmo MD4 (Message Digest 4);• l’algoritmo MD5 (Message Digest 5);• l’algoritmo SHA (Secure Hash Algorithm). 42
  • 43. Funzioni hashGli algoritmi MD4 e MD5 sono stati elaborati da Ron Rivest per il MIT (Massachusetts Institute of Technology), mentre l’algoritmo SHA è stato sviluppato dal NIST (National Institute of Standards and Technology). 43
  • 44. Funzioni hashGli attuali prodotti per la sicurezza utilizzano principalmente algoritmi MD5 e SHA, entrambi basati sul sistema MD4. MD5 elabora l’input a blocchi di 512 bit e produce un digest di 128 bit. SHA elabora blocchi di 512 bit e produce un digest di 160 bit. SHA richiede un maggiore lavoro da parte del processore ed è leggermente più lento di MD5. 44
  • 45. Firme digitaliUna firma digitale è un digest in codice che viene utilizzato per comprovare l’identità del mittente e l’integrità del documento. Le firme digitali si basano su di una combinazione di tecniche crittografiche a chiave pubblica e funzioni hash non invertibili. 45
  • 46. Firme digitaliPerché B possa creare una firma digitale, si devono verificare le seguenti condizioni:1. B crea una coppia chiave privata – chiave pubblica;2. B dà ad A la propria chiave pubblica; 46
  • 47. Firme digitali Creazione di una firma digitale 1 PubPri 1 Pub B A 21 Il mittente crea una coppia chiave privata - chiave pubblica2 Il mittente invia la chiave pubblica al ricevente 47
  • 48. Firme digitali3. B scrive un messaggio, che utilizza come input per una funzione hash non invertibile;4. B codifica l’output dell’algoritmo hash, il digest del messaggio, con la propria chiave privata, ottenendo così la firma digitale.Il messaggio che B trasmette ad A è l’insieme del documento e della firma digitale. 48
  • 49. Firme digitali Creazione di una firma digitale 2 Msg Il messaggio originale è l’input di una funzione hash non invertibile006FBBC95 L’output è l’hash del messaggio L’hash viene codificato con la chiave Codifica privata del mittente La firma digitale FIRMA è l’hash crittografato 49
  • 50. Firme digitaliPer il destinatario, le operazioni da svolgere per verificare il messaggio e la firma digitale sono le seguenti:1. A separa il messaggio ricevuto in documento originale e firma digitale;2. A utilizza la chiave pubblica di B per decifrare la firma digitale e ottenere il sunto del messaggio originale; 50
  • 51. Firme digitali3. A utilizza il documento originale come input della medesima funzione hash utilizzata da B per ottenere il digest del messaggio;4. A controlla che i digest del messaggio siano uguali.Se tutto quadra, sono comprovate sia l’integrità del documento, sia l’autenticità del mittente. 51
  • 52. Firme digitali Msg Msg FIRMA FIRMA Il ricevente separa messaggio e firma Decodifica firma conDecodifica chiave pubblica mittente Il messaggio originale è l’input di una funzione Il risultato è006FBBC95 l’hash crittografato hash non invertibile Il risultato è l’hash del messaggio 006FBBC95 52
  • 53. Firme digitaliLo scambio iniziale di chiavi deve avvenire in modo tale da garantire la sicurezza. È questa la ragione fondamentale dell’esistenza di certificati digitali. 53
  • 54. Firme digitaliUn certificato digitale è un messaggio con firma digitale che contiene la chiave privata di un terzo di fiducia, il quale dichiara che una determinata chiave pubblica appartiene a una certa persona o entità e ne garantisce nome e caratteristiche. Se lo scambio iniziale non avviene nell’ambito di una relazione di fiducia, chiunque può simulare di essere una determinata entità. 54

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