Download as PDF, PPTX
Information system security wk3-2
- 1. IT346 Information SystemSecurity Week 3-2: Symmetric Key Cryptography อ.พงษ์ศกดิ์ ไผ่แดง ั Faculty of Information Technology Page 1
- 2. โหมดการทางานของ Block Cipher Block Cipher เข้ารหัสข้อมูลทีละบล็ อค ‣ หากข้อมูลมีขนาดใหญ่กว่า 1 block จะตัดข้อมูลเป็ นชิ้ นขนาดเท่า block ‣ แต่ถาเรา encrypt ข้อมูลทีละ block โดยตรง เมื่อข้อมูลมากกว่า 1 block มีค่า ้ ของข้อมูลตรงกัน ค่า ciphertext ของ block เหล่านันก็จะตรงกันด้วย ทาให้ ้ ่ การ encryption ไม่ได้ประสิทธิภาพเต็มที่ เพราะมีการรัวไหลเกี่ยวกับข้อมูล full encrypt encrypt Exrw Faculty of Information Technology time part encrypt vjyo gMsQ time encrypt vjyo Page 2
- 3. โหมดการทางานของ Block Cipher เราแก้ปัญหาการซ้ากันของ ciphertext ของแต่ละบล็ อค เมื่อ plaintext ของบล็อคซากัน ด้วยโหมดการทางานของ block cipher ้ ‣ Ciphertext ของแต่ละ block จะขึ้นกับ plaintext ของ block นันๆ และ ้ plaintext ของ block อื่นๆด้วย ‣ Encryption เป็ น probabilistic มากขึ้น คือไม่สามารถคาดเดา output อย่าง แน่ นอนจาก input นันๆของ block ได้ ้ Faculty of Information Technology Page 3
- 4. โหมดการทางานของ Block Cipher โหมดที่สาคัญได้แก่ Mode การทางานแบบ Block Cipher โดยตรง ‣ Electronic Code Book (ECB) ‣ Cipher Block Chaining (CBC) Mode การทางานแบบ Block Cipher ที่มีการดาเนิ นการแบบ Stream Cipher ‣ Cipher Feedback (CFB) ‣ Output Feedback (OFB) Faculty of Information Technology Page 4
- 5. Electronic Code Book(ECB) mode โหมดการทางานที่ง่ายที่สุด ข้อความที่เข้ามาจะถูกแบ่งออกเป็ น block ย่อย ๆ แต่ละ block ย่อยจะถูก encrypt อย่างเป็ นอิสระจาก block ย่อยอื่นๆ ทุกๆ block จะใช้กญแจเดียวกันเพื่อเข้ารหัส ุ Faculty of Information Technology Page 5
- 6. Electronic Code Book(ECB) mode Faculty of Information Technology Page 6
- 7. Cipher Block Chaining(CBC) mode ในโหมดนี้ แก้ปัญหาการซ้ากันของ ciphertext ของแต่ละบล็ อค เมื่อ plaintext ของบล็อคซากัน โดยอาศัยขันตอน Encryption ดังนี้ ้ ้ ‣ Chain ของการทางานรับ Input เข้ามา 2 ชุด คือ Block แรกของ plaintext และ block ข้อมูลเพิ่มเติมที่เรียกว่า Initial Vector (IV) หรือ เวกเตอร์เริ่มต้น โดยที่ IV ไม่จาเป็ นจะต้องเป็ นความลับ แต่เราไม่นิยมใช้ IV ซ้ากับคู่ key เดียวกัน ‣ Block ที่ 2 จะ XOR กับ ciphertext ของ block แรก จากนัน encrypt ด้วยkey ้ เดิม และได้ผลลัพธ์เป็ น ciphertext ของ block ที่ 2 ‣ Block ที่ 3 จะ XOR กับ ciphertext ของ block ที่ 2 จากนัน encrypt ด้วยkey ้ เดิม และได้ผลลัพธ์เป็ น ciphertext ของ block ที่ 3 ‣ ทาเช่นนี้ ไปเรื่อย ๆ กับบล็อคข้อความที่เหลือ Faculty of Information Technology Page 7
- 8. Cipher Block Chaining(CBC) mode ขันตอน Decryption เป็ น ดังนี้ ้ ‣ Ciphertext ของ block ที่ 1 ถูกส่งไป decrypt โดยใช้ key ตัวเดียวกันที่ใช้ใน ขันตอน encryption ผลลัพธ์จากการดาเนิ นงานในขันตอนนี้ นาไป XOR กับ ้ ้ IV ได้ผลลัพธ์เป็ น plaintext ของ block ที่ 1 ‣ Decrypt Ciphertext ของ block ที่ 2 แล้ว XOR กับ Ciphertext ของ block ที่ 1 ผลลัพธ์ที่ได้ คือ plaintext ของ block ที่ 2 ่ ‣ ดาเนิ นการเช่นนี้ ไปเรื่อย ๆ จนกระทัง decrypt ทุก block เสร็จสมบูรณ์ได้เป็ น plaintext Faculty of Information Technology Page 8
- 9. Cipher Block Chaining(CBC) mode C0 = IV Ci = EK(Pi XOR Ci-1) C0 = IV Pi = DK(Ci) XOR Ci-1 Faculty of Information Technology Page 9
- 10. Cipher Feedback (CFB)mode เหมาะสาหรับการทางานที่ใช้ตวอักษรเป็ นหลัก ั ‣ เช่น โอเปอเรเตอร์ที่พิมพ์ตวอักษรส่งไปในเครือข่ายทันทีทนใดเพื่อส่งข้อมูลไป ั ั ่ ให้อีกฝังหนึ่ ง ‣ ข้อความจะถูก encrypt ในรูปแบบของหน่ วยที่มีขนาดเล็ก เช่น อาจจะเป็ น ขนาด 8 บิต แทนที่จะเป็ น block ขนาดใหญ่ Faculty of Information Technology Page 10
- 11. Cipher Feedback (CFB)mode Encryption มีขนตอนการทางาน ดังนี้ ั้ ‣ IV จะถูกเก็บอยู่ใน shift register ค่า IV จะถูก encrypt ได้ผลลัพธ์เป็ นcipher IV ขนาด 64 bits ‣ พิจารณาจาก bit ที่อยู่ทางซ้ายสุด j บิต ของ cipher IV แล้วนามา XOR กับ j บิตแรกของ plaintext block ที่ 1 จะได้ผลลัพธ์ออกมาเป็ น ciphertext block ที่ 1 ‣ ส่งค่า ciphertext block ที่ 1 ไปให้ผรบ ู้ ั ‣ นา IV มา shift bit ไปทางซ้าย j ตาแหน่ ง จากนันนา ciphertext block ที่ 1 ้ มาเติมให้บิตทางขวาสุด j ตาแหน่ ง ่ ‣ ทาซ้าจากขันตอนที่ 1 ถึง 4 จนกระทัง plaintext ถูกเข้ารหัสทังหมด ้ ้ Faculty of Information Technology Page 11
- 12. CFB Mode Encryption Decryption Faculty ofInformation Technology Page 12
- 13. Output Feedback (OFB)mode คล้ายคลึ งกับโหมดแบบ CFB แตกต่างตรงที่ ‣ ในกรณี แบบ CFB นัน ciphertext จะถูกนาไปเป็ น IV ของการ encryption ขัน ้ ้ ต่อไป ‣ แต่โหมดแบบ OFB นัน ciphertext ของ IV จะถูกนาเป็ น IV ของกระบวนการ ้ เข้ารหัสขันต่อไป ้ Faculty of Information Technology Page 13
- 14. Output Feedback (OFB)mode Faculty of Information Technology Page 14
- 15. กิจกรรม 1 ให้นกศึกษาจับกลุ่มเพื่อวิเคราะห์ปัญหาของ SymmetricKey ั Cryptography โดยพิจารณาจากประเด็นปั ญหาต่อไปนี้ ในการใช้งาน Symmetric Key Cryptography นัน key ที่ใช้ในการทา ้ Encryption และ Decryption ต้องมีความสัมพันธ์กนอย่างไร? ั Alice ต้องการส่งข้อมูลลับไปให้กบ Bob อย่างไรก็ตาม Alice ไม่เคยรูจก ั ้ ั Bob มาก่อน และไม่เคยมีปฏิสมพันธ์กบ Bob มาก่อน ในกรณี น้ ี Alice ั ั สามารถใช้ Symmetric Key Cryptography ในการเข้ารหัสข้อมูลไปให้ Bob โดยที่ Bob สามารถถอดรหัสได้เลยหรือไม่ ถ้าไม่ คิดว่าต้องมีกลไก ใดเกิดขึ้ นก่อนที่จะเริ่ม Symmetric Key Cryptography Faculty of Information Technology Page 15
- 16. Diffie-Hellman Diffie-Hellman อาศัยหลักการว่าการคานวณค่าของเอ็กโปเนนเชียล (Exponential) นันง่ายกว่าการคานวณล็ อกการิทึม (Logarithm) โดย ้ อัลกอริทึมนี้ จะอนุญาตให้คนสองคนสามารถสร้าง Secret Key เพื่อใช้ใน การเข้ารหัสข้อมูล ขันตอนการทางาน ้ เริ่มโดยการเลื อกตัวเลขจำนวนเฉพำะ ที่มีค่ามากค่าหนึ่ ง เป็ น p แล้วต้อง เลื อกอีกตัวเลขหนึ่ ง สมมติว่าเป็ น g โดยที่ g < p และ g ต้องเป็ น Primitive เมื่ออ้างกับ p (Primitive Root Modulo p) ‣ ถ้า g เป็ น Primitive ของ p ก็ต่อเมื่อ ถ้าเราสามารถหาจานวนเต็ม i โดยที่ gi = j (mod p) สาหรับทุกค่าของ j ที่มีค่าตังแต่ 1 ถึง p-1 ้ Faculty of Information Technology Page 16
- 17. Diffie-Hellman (Example) ตัวอย่าง เลือกg = 3, p = 5 ทดสอบคุณสมบัติ Primitive ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ g1 mod 5 = 3 mod 5 = 3 g2 mod 5 = 9 mod 5 = 4 g3 mod 5 = 27 mod 5 = 2 g4 mod 5 = 81 mod 5 = 1 g5 mod 5 = 243 mod 5 = 3 g6 mod 5 = 729 mod 5 = 4 ดังนัน 3 เป็ น primitive ของจานวนเฉพาะ 5 ้ Faculty of Information Technology Page 17
- 18. Diffie-Hellman วิธีการสร้าง SecretKey Bob Alice เลือกค่า g และ p เลือกเลขที่มีค่ามากๆ a คานวณ A = ga mod p ส่ง g, p, A ให้ Bob รับ B จาก Bob คานวณหาค่า K = Ba mod p Faculty of Information Technology g, p, A B รับ g, p, A เลือกเลขที่มีค่ามากๆ b ส่งค่า B = gb mod p ให้ Alice คานวณหาค่า K = Ab mod p Page 18
- 19. Diffie-Hellman g =3 and p = 5 Bob Alice เลือกค่า g=3 และ p=5 เลือก a = 2 คานวณ A = 32 mod 5 = 4 ส่ง g=3, p=5, A=4 ให้ Bob g=3, p=5, A=4 รับ B จาก Bob คานวณหาค่า K = 22 mod 5 = 4 Faculty of Information Technology B รับ g=3, p=5, A=4 เลือกเลขที่มีค่ามากๆ b = 3 ส่งค่า B = 33 mod 5 = 2 ให้ Alice คานวณหาค่า K = 43 mod 5 = 4 Page 19