De geheimen van het Web. Motivatie

De geheimen van het Web Cryptografie in ons dagelijks leven

Vincent Rijmen

Institute for Applied Information Processing and Communications (IAIK) - Krypto Group Faculty of Computer Science Graz University of Technology

IAIK Krypto Group

Motivatie ƒ Cryptografie is niet alleen voor spionnen

ƒOp het Web is cryptografie noodzakelijk ƒ Bescherming tegen virussen, inbraak, … ƒ Bescherming van privacy

ƒ Cryptografie is ook interessant

Cryptografie in ons dagelijks leven

2

1

IAIK Krypto Group

Overzicht ƒ Klassieke cryptografie ƒ Geheimhouding

ƒ Moderne toepassingen ƒ Geheimhouding ƒ Authenticiteit ƒ Elektronische verkiezingen ƒ Intelligente barcodes ƒ Auteursrechten

3

Cryptografie in ons dagelijks leven

IAIK Krypto Group

Klassieke cryptografie

E

Cryptografie in ons dagelijks leven

#!C&

#!C&

D

4

2

IAIK Krypto Group

Voorbeeld 1: Caesar cijfer ƒ Vervang letters ƒ A ← D, B ← E, C ← F, … ƒ Sleutel = offset Yhql ylgl ylfl Veni vidi vici

5

Cryptografie in ons dagelijks leven

IAIK Krypto Group

Voorbeeld 2: One Time Pad ƒRode telefoon ƒOffset wijzigt bij elke letter ƒ Perfect onbreekbaar veilig ƒ Sleutel: reeks offsets • Onvoorspelbaar • Aanmaak • Transport

Cryptografie in ons dagelijks leven

© Chris Christensen

6

3

IAIK Krypto Group

Niet-perfecte veiligheid Korte sleutel 01100

Random generator

01100011… Lange reeks offsets

ƒ Strenge eisen aan random generator ƒ Vb: Rijndael

7

Cryptografie in ons dagelijks leven

IAIK Krypto Group

Toepassing ƒ Militaire en diplomatieke communicatie ƒ Geheimhouding ƒ Gesprekspartners op voorhand gekend

ƒ Symmetrische cryptografie

Cryptografie in ons dagelijks leven

8

4

IAIK Krypto Group

Moderne toepassingen Ontdekking asymmetrische cryptografie [‘70] ƒ Geheimhouding ƒ Authenticatie ƒ Elektronische verkiezingen ƒ Intelligente barcodes ƒ Auteursrechten

Cryptografie in ons dagelijks leven

9

IAIK Krypto Group

Geheimhouding op het Web ƒ Wat moet geheim blijven: ƒ Interne communicatie • Tussen verschillende vestigingen van 1 bedrijf

ƒ Kredietkaartgegevens ƒ Emails ƒ …

ƒ Probleem: ƒ Wat als gesprekspartners op voorhand niet bekend?

Cryptografie in ons dagelijks leven

10

5

IAIK Krypto Group

Shamirs 3-wegsprotocol

Cryptografie in ons dagelijks leven

11

IAIK Krypto Group

Asymmetrische cryptografie

Cryptografie in ons dagelijks leven

12

6

IAIK Krypto Group

Asymmetrische wiskunde ƒ Hangslot ƒ Makkelijk te sluiten ƒ Moeilijk te openen

ƒ Wiskundig: 1-wegsfunctie ƒ Vermenigvuldig 2 grote priemgetallen n = a x b → a, b ?

ƒ Valluik: geheime `binnenweg’

Cryptografie in ons dagelijks leven

13

IAIK Krypto Group

Asymmetrische vercijfering ƒ Kies een 1-wegsfunctie f(x) ƒ Maak f(x) bekend ƒ Houd valluik geheim

ƒ Vercijferen = f(boodschap) ƒ Ontcijferen kan alleen met behulp van het valluik

Cryptografie in ons dagelijks leven

14

7

IAIK Krypto Group

In praktijk ƒ ƒ

1-wegsfuncties met valluik zijn traag Gemengde vercijfering: 1. 2. 3.

Genereer een eenmalige sleutel k Vercijfer boodschap met k (symmetrisch) Vercijfer k (asymmetrisch)

15

Cryptografie in ons dagelijks leven

IAIK Krypto Group

Authenticiteit ƒ Belangrijker dan geheimhouding ƒ Bv.: bankgeheim of foute informatie

ƒ Verschillend van geheimhouding ƒ Voorbeeld 1: substitutie-aanval

Cryptografie in ons dagelijks leven

16

8

IAIK Krypto Group

Substitutie-aanval

Bert, I Love you

Dirk, I Hate you

E E

#!C&

#!C&

$%];

L>£~

(@}j

(@}j

L>£~

$%];

17

Cryptografie in ons dagelijks leven

IAIK Krypto Group

Authenticiteit ƒ Belangrijker dan geheimhouding ƒ Verschillend van geheimhouding ƒ Voorbeeld 1: substitutie-aanval ƒ Voorbeeld 2: asymmetrische vercijfering • Iedereen kan data vercijferen

Cryptografie in ons dagelijks leven

18

9

IAIK Krypto Group

Elektronische handtekening ƒ Authentizering van digitale gegevens ƒ Waarom geen gewone handtekening? ƒ Document kan gewijzigd worden na handtekening ƒ Handtekening is copieerbaar

Cryptografie in ons dagelijks leven

19

IAIK Krypto Group

Digitale handtekening ƒ Asymmetrisch vercijferen in omgekeerde volgorde ƒ 1-wegsfunctie f ƒ Handtekening y op document x met f(y) = x ƒ Iedereen kan verifiëren dat f(y) = x ƒ y berekenen vereist valluik

ƒ Digitale handtekening y ƒ Valluik bekend aan slechts 1 persoon ƒ Verschilt voor elk document Cryptografie in ons dagelijks leven

20

10

IAIK Krypto Group

Toepassing 1: Internet bankieren ƒ Eerste generatie: speciale software ƒ Gebruikersinterface ƒ Sleutel om communicatie te vercijferen

ƒ Tegenwoordig: ƒ Geen installatie extra software gewenst

Cryptografie in ons dagelijks leven

21

IAIK Krypto Group

Toepassing 2: e-Commerce ƒ Belangrijkste betaalmiddel op Web is de kredietkaart ƒ Gegevens moeten geheim blijven

ƒ Partijen die elkaar nooit ontmoet hebben ƒ Asymmetrische vercijfering

ƒ Klant haalt 1-wegsfunctie van de winkel ƒ Hoe zeker zijn welke de juiste functie is?

Cryptografie in ons dagelijks leven

22

11

IAIK Krypto Group

Certificaten De heer Jan Peeters van Peeters Boekhandel heeft 1-wegsfunctie no. 12A5678. Getekend: Yvo Bros Handelsregister

ƒ Certificaat = elektronisch document ƒ Elektronische handtekening!

23

Cryptografie in ons dagelijks leven

IAIK Krypto Group

Certificaten-boom ƒ Hoe de handtekening van het certificaat verifiëren?

Ministerie van BiZa

Handelsregister

Boekhandel Peeters Cryptografie in ons dagelijks leven

24

12

IAIK Krypto Group

Verdere toepassingen ƒ Echtheid van websites ƒ Oorsprong van software, software-updates

ƒ Toekomst …

Cryptografie in ons dagelijks leven

25

IAIK Krypto Group

Elektronische verkiezingen Waarom? ƒ Hogere opkomst ƒ Goedkoper bij frequent gebruik ƒ Resultaten ogenblikkelijk bekend ƒ Foutloos

Cryptografie in ons dagelijks leven

26

13

IAIK Krypto Group

Gewone verkiezingen samengevat 1. 2.

Kleur een bolletje Vouw de stembrief toe, breng naar de stembus (geheime communicatie) Schud stembussen en voeg samen (anonimiteit) Open de stembrieven Tel de stemmen

3. 4. 5.

Cryptografie in ons dagelijks leven

27

IAIK Krypto Group

Elektronische opties 1.

Stap per stap omzetten •

2.

Equivalent voor schudden is niet elegant

Gebruik homomorfe vercijfering

Cryptografie in ons dagelijks leven

28

14

IAIK Krypto Group

Gewone vercijfering stem1

%$£

+ stem2

6Y%

+ …

…

= uitslag 29

Cryptografie in ons dagelijks leven

IAIK Krypto Group

Homomorfe functie ƒ

Verwisselbare volgorde van operaties f(a + b) = f(a) + f(b)

ƒ

Voorbeeld: f(a) = 7 x a 7 x (3 + 5) = (7 x 3) + (7 x 5) 7 x 8 = 21 + 35 56 = 56

Cryptografie in ons dagelijks leven

30

15

IAIK Krypto Group

ƒ Voorbeeld 2: f(a) = 10a f(a + b) = f(a) x f(b)

10(3 + 5) = 103 x 105 108 = 1000 x 100000

Cryptografie in ons dagelijks leven

31

IAIK Krypto Group

Homomorfe vercijfering ƒ ƒ

Verc(a + b) = Verc(a) + Verc(b) Gebruik: 1. 2. 3. 4. 5.

Breng elektronische stem uit Vercijfer stem Verzamel vercijferde stemmen Tel de stemmen in vercijferde vorm Ontcijfer resultaat

Cryptografie in ons dagelijks leven

32

16

IAIK Krypto Group

Homomorfe vercijfering stem1

%$£

stem2

+ 6Y%

…

+ …

uitslag

= 6)(6

Cryptografie in ons dagelijks leven

33

IAIK Krypto Group

Elektronische verkiezingen: nadelen Interface niet voor iedereen evident Kwetsbaar voor hackers, virussen, … Problemen met wettelijke vereisten:

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Anonimiteit & geheimhouding Sporenloos Autonoom uitbrengen van de stem

Cryptografie in ons dagelijks leven

34

17

IAIK Krypto Group

Toepassingen ƒ Stemmingen met minder vereisten ƒ Die nu ook al per brief gebeuren ƒ Waar deelnemers elkaar minder kunnen beinvloeden ƒ Waar externe controle bestaat

ƒ Verkiezingen die nu al ergere problemen hebben

35

Cryptografie in ons dagelijks leven

IAIK Krypto Group

Elektronische barcodes ƒ RFID - geheugenchip ƒ Contactloos ƒ Kan veel meer informatie bevatten ƒ Haalt vermogen uit magnetisch veld

© Ari Juels Cryptografie in ons dagelijks leven

36

18

IAIK Krypto Group

Toepassingen ƒPaspoorten

© Ari Juels

ƒPratende reklamepanelen

37

Cryptografie in ons dagelijks leven

IAIK Krypto Group

Probleem: privacy Pruik #4456 (goedkoop model)

Nieuwe heup #459382

Manifest Vlaams Belang

1500 € Vrouwenondergoed Cryptografie in ons dagelijks leven

Serienummers: 597387,389473 … © Ari Juels 38

19

IAIK Krypto Group

Intelligente barcodes ƒ Chip met processor ƒ Authenticatie (elektronische handtekening) om te bepalen welke lezers `goede lezers’ zijn ƒ Geheimhouding (communicatie vercijferen): alleen goede lezers krijgen informatie ƒ Variabel serienummer ƒ…

ƒ Uitdaging: implementatie op beperkt platform

Cryptografie in ons dagelijks leven

39

IAIK Krypto Group

Bescherming auteursrecht ƒ Complex probleem ƒ Maatschappelijk aanvaarde balans tussen rechten van artiest, producent en gebruiker ƒ Enkele aspecten ƒ Aanbrengen van wijzigingen ƒ Ongeoorloofd copieren

Cryptografie in ons dagelijks leven

40

20

IAIK Krypto Group

Bescherming tegen wijzigingen ƒElektronische handtekening ƒ Detecteert elke wijziging ƒDetectie van belangrijke wijzigingen ƒ Fragiele watermerken ƒ Semantische handtekening

© Brian Evans Cryptografie in ons dagelijks leven

41

IAIK Krypto Group

Ongeoorloofd copieren ƒ Verhinderen van copieren ƒ Gebeurt meestal met niet-cryptografische technieken

ƒ Detectie van copieren ƒ Opsporen en bestraffen van daders ƒ Robuuste watermerken • Verbergen • Vercijferen

Cryptografie in ons dagelijks leven

42

21

IAIK Krypto Group

Besluit ƒ Kan cryptografie de wereld redden? ƒ Als wetenschap: nog in de kinderschoenen ƒ Nog veel onopgeloste problemen • Veiligheid • Nieuwe toepassingen

ƒ Als industrie: reeds grote belangen ƒ Praktijkgericht onderzoek

Cryptografie in ons dagelijks leven

43

22