Cursus Cryptografie INLEIDING

Transcriptie

1 Cursus Cryptografie INLEIDING

2 Cursus Cryptografie INLEIDING

3 Inhoud van dit college 2

4 Inhoud van dit college Algemene informatie Wat is cryptografie en hoe veilig is het Klassieke cryptografie - oud en modern Stroomvercijfering als in mobiele telefonie Openbare sleutel cryptografie Quantum cryptografie Theorie en techniek van cryptoanalyse Eigenschappen van cryptosystemen Literatuur over cryptografie Cryptografie in de geschiedenis 2

5 Cursusopzet College theorie... bestuderen oefeningen... doen geschiedenis... luisteren Syllabus inleiding klassieke systemen cryptoanalyse informatietheorie moderne systemen publickkey systemen schuifregisters 3

6 Cursusopzet College Syllabus indeling theorie... bestuderen oefeningen... doen geschiedenis... luisteren inleiding klassieke systemen cryptoanalyse informatietheorie moderne systemen publickey systemen schuifregisters 4

7 Cursusopzet College theorie... bestuderen oefeningen... doen geschiedenis... luisteren Syllabus indeling Mastersecties inleiding klassieke systemen cryptoanalyse informatietheorie moderne systemen publickey systemen schuifregisters 4

8 Tentameneisen 5

9 Tentameneisen Kunnen vercijferen en ontcijferen van klassieke geheimschriften Beantwoorden vragen overige hoofdstukken Voorbeeld van tentamen zie het practicumwerkboek 5

10 Practicum 6

11 Practicum gedurende de cursus transpositie, polyalfabeet, encicode, isomorfie, Kerckhoff s superpositie, hagelin 6

12 Practicum gedurende de cursus transpositie, polyalfabeet, encicode, isomorfie, Kerckhoff s superpositie, hagelin facultatieve bonusopgaven, telt mee voor cijfer beloning afhankelijk aantal en moeilijkheidsgraad 6

13 Practicum gedurende de cursus transpositie, polyalfabeet, encicode, isomorfie, Kerckhoff s superpositie, hagelin facultatieve bonusopgaven, telt mee voor cijfer beloning afhankelijk aantal en moeilijkheidsgraad wedstrijdopgaven geef oplossing + analyseverslag sluiting 20 april :00 uur per 1. drugsbende * 2. invasie van Normandië ** 3. aanval op Pearl Harbour *** 4. val van Bardia Noord-Afrika ***** 6

14 Practicum gedurende de cursus transpositie, polyalfabeet, encicode, isomorfie, Kerckhoff s superpositie, hagelin facultatieve bonusopgaven, telt mee voor cijfer beloning afhankelijk aantal en moeilijkheidsgraad wedstrijdopgaven geef oplossing + analyseverslag sluiting 20 april :00 uur per 1. drugsbende * 2. invasie van Normandië ** 3. aanval op Pearl Harbour *** 4. val van Bardia Noord-Afrika ***** voor de liefhebber enkele meer op de website 6

15 Website informatie 7

16 Website informatie naar cryptografie links in: staff.fnwi.uva.nl/h.vandermeer/ hvdmeer.myqnapcloud.com/ roosterinformatie collegeschema t.b.v. voorbereiding download syllabus in landschapsformaat download college sheets download cryptogrammen bonusopgaven download cryptogrammen wedstrijdopgaven download extra s waaronder Zendia-oefening 7

17 Wat is Cryptografie 8

18 Wat is Cryptografie een voorbeeld terminologie klassieke cryptografie openbare sleutel quantum cryptografie 8

19 Probleemstelling Julius Caesar heeft een groot probleem Als ik het aanvalsplan verstuur valt het vast en zeker in de handen van die vreselijke Galliërs! Wat daaraan te doen? 9

20 Gebruik Cryptografie CAESAR cryptosysteem 10

21 Gebruik Cryptografie CAESAR cryptosysteem vercijferen = 3 plaatsen verder A D B E X A 10

22 Gebruik Cryptografie CAESAR cryptosysteem vercijferen = 3 plaatsen verder A D B E X A ontcijferen = 3 plaatsen terug D A E B A X 10

23 Gebruik Cryptografie CAESAR cryptosysteem vercijferen = 3 plaatsen verder A D B E X A ontcijferen = 3 plaatsen terug D A E B A X sleutel = 3 plaatsen andere sleutels 1, 2, 4, 5, 10

24 Cryptoanalyse 11

25 Cryptoanalyse Cryptanalix 11

26 Terminologie 12

27 Terminologie cryptologie = cryptografie + cryptoanalyse 12

28 Terminologie cryptologie = cryptografie + cryptoanalyse cryptografie = geheim schrijven κρύπτω = verbergen γραφή = geschrift klaartekst, cryptogram, cijfertekst 12

29 Terminologie cryptologie = cryptografie + cryptoanalyse cryptografie = geheim schrijven κρύπτω = verbergen γραφή = geschrift klaartekst, cryptogram, cijfertekst cryptoanalyse = breken geheimschrift known-plaintext, ciphertext-only, chosen-plaintext 12

30 Terminologie cryptologie = cryptografie + cryptoanalyse cryptografie = geheim schrijven κρύπτω = verbergen γραφή = geschrift klaartekst, cryptogram, cijfertekst cryptoanalyse = breken geheimschrift known-plaintext, ciphertext-only, chosen-plaintext steganografie = verborgen schrijven στέγω = bedekken 12

31 Terminologie cryptologie = cryptografie + cryptoanalyse cryptografie = geheim schrijven κρύπτω = verbergen γραφή = geschrift klaartekst, cryptogram, cijfertekst cryptoanalyse = breken geheimschrift known-plaintext, ciphertext-only, chosen-plaintext steganografie = verborgen schrijven στέγω = bedekken traffic analysis = berichtenverkeersanalyse 12

32 Klassieke cryptografie 13

33 Netwerk cryptografie 14

34 Netwerk cryptografie link encryptie afluisteren onderweg mogelijk end-to-end encryptie zo veilig als het cryptosysteem 14

35 Klassiek cryptosysteem transpositie substitutie 15

36 Klassiek cryptosysteem transpositie substitutie CTAFORYGIERP 15

37 Klassiek cryptosysteem transpositie substitutie klaaralfabet ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ cijferalfabet DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC VLUCHT POLITIE = YOXFKW SROLWLH CTAFORYGIERP 15

38 Klassiek cryptosysteem transpositie substitutie klaaralfabet ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ cijferalfabet DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC VLUCHT POLITIE = YOXFKW SROLWLH - een of beide alfabetten gepermuteerd CTAFORYGIERP 15

39 Klassiek cryptosysteem transpositie substitutie klaaralfabet ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ cijferalfabet DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC VLUCHT POLITIE = YOXFKW SROLWLH - een of beide alfabetten gepermuteerd - periodiek substitutiepatroon CTAFORYGIERP 15

40 Klassiek cryptosysteem transpositie substitutie CTAFORYGIERP klaaralfabet ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ cijferalfabet DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC VLUCHT POLITIE = YOXFKW SROLWLH - een of beide alfabetten gepermuteerd - periodiek substitutiepatroon - niet periodiek substitutiepatroon 15

41 Klassiek cryptosysteem transpositie substitutie CTAFORYGIERP klaaralfabet ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ cijferalfabet DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC VLUCHT POLITIE = YOXFKW SROLWLH - een of beide alfabetten gepermuteerd - periodiek substitutiepatroon - niet periodiek substitutiepatroon - meerdere letters tegelijk vervangen 15

42 Klassiek cryptosysteem transpositie substitutie CTAFORYGIERP klaaralfabet ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ cijferalfabet DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC VLUCHT POLITIE = YOXFKW SROLWLH - een of beide alfabetten gepermuteerd - periodiek substitutiepatroon - niet periodiek substitutiepatroon - meerdere letters tegelijk vervangen - woorden en uitdrukkingen vervangen 15

43 PublicKey systeem 16

44 PublicKey systeem Aragorn K1-paar Boromir K2-paar Arwen K3-paar 16

45 Publickey in gebruik in: public key Arwen Geheimhouding uit: secret key Arwen Maar is dit Aragorn? 17

46 Publickey in gebruik in: public key Arwen Geheimhouding uit: secret key Arwen Maar is dit Aragorn? in: secret key Aragorn Authentiseren uit: public key Aragorn Ja! dit is Aragorn! 17

47 Quantum cryptografie 18

48 Quantum cryptografie Quantum mechanica Onzekerheidsrelatie van Heisenberg: Δx Δp Gevolg: onzekerheid in plaats én impuls quantum deeltje Effect: meting interfereert met de toestand 18

49 Quantum cryptografie Quantum mechanica Onzekerheidsrelatie van Heisenberg: Δx Δp Gevolg: onzekerheid in plaats én impuls quantum deeltje Effect: meting interfereert met de toestand Realisatie cryptografie met polarisatie van één foton 18

50 Quantum cryptografie Quantum mechanica Onzekerheidsrelatie van Heisenberg: Δx Δp Gevolg: onzekerheid in plaats én impuls quantum deeltje Effect: meting interfereert met de toestand Realisatie cryptografie met polarisatie van één foton = 0 = 1 = 0 = 1 18

51 Quantum cryptografie Quantum mechanica Onzekerheidsrelatie van Heisenberg: Δx Δp Gevolg: onzekerheid in plaats én impuls quantum deeltje Effect: meting interfereert met de toestand Realisatie cryptografie met polarisatie van één foton = 0 = 1 = 0 = 1? 18

52 Quantum cryptografie Quantum mechanica Onzekerheidsrelatie van Heisenberg: Δx Δp Gevolg: onzekerheid in plaats én impuls quantum deeltje Effect: meting interfereert met de toestand Realisatie cryptografie met polarisatie van één foton = 0 = 1 = 0 = 1 verkeerd masker geeft kans 1 /2 op 0 of 1 18

53 Quantum bit-transport bits: verzonden: meting: ontvangst: verificatie: resultaat:

54 Quantum afluisteren bits: verzonden: afluister: ontvangst: meting: ontvangst: verificatie: resultaat:

55 Enkele voorbeelden Het Voynich manuscript echt of middeleeuwse fake? 21

56 Uit mijn praktijk 22

57 Uit mijn praktijk 22

58 Uit mijn praktijk 22

59 Liquidatie Yamamoto 23

60 Liquidatie Yamamoto Opperbevelhebber Japanse vloot Buitengewoon geliefd en populair Architect aanval op Pearl Harbour op 7 december 1941 Liquidatie op 18 april 1943 een enorme morele klap voor de Japanse marine 23 Isoroku Yamamoto ( ) foto plm. 1940

61 Isoroku Yamamoto 4 april april

62 Breaking the Purple and JN25 codes and the attack on Pearl Harbour

63 Breaking the Purple and JN25 codes and the attack on Pearl Harbour

64 Salomon eilanden

65 Salomon eilanden 1943 Ontcijferd bericht in JN25 code The Commander in Chief Combined Fleet will inspect Ballale, Shortland, and Buin in accordance with the following: depart Rabaul on board medium attack plane (escorted by 6 fighters); arrive Ballale. Immediately depart for Shortland on board subchaser arriving at

66 Operation Vengeance President Franklin D. Roosevelt ordered Secretary of the Navy Frank Knox to "get Yamamoto." 27

67 Operation Vengeance President Franklin D. Roosevelt ordered Secretary of the Navy Frank Knox to "get Yamamoto." President of the US get Yamamoto 18 april 1943 de P38 s stijgen op van Guadalcanal Yamamoto s vliegtuig crasht in de jungle 27

68 Regels voor veiligheid Hoofdregel Veiligheid berust op geheimhouden van de sleutel niet op geheimhouden van het geheimschrift 28

69 Regels voor veiligheid Hoofdregel Veiligheid berust op geheimhouden van de sleutel niet op geheimhouden van het geheimschrift Il faut qu il n exige pas le secret, et qu il puisse sans inconveniénient tomber entre les mains de l ennemi Auguste Kerckhoffs, 1883, La Cryptographie Militaire 28

70 Regels voor veiligheid Hoofdregel Veiligheid berust op geheimhouden van de sleutel niet op geheimhouden van het geheimschrift Il faut qu il n exige pas le secret, et qu il puisse sans inconveniénient tomber entre les mains de l ennemi Auguste Kerckhoffs, 1883, La Cryptographie Militaire Praktische criteria: - kosten cryptoanalyse versus waarde geheim - tijd nodig voor cryptoanalyse versus levensduur geheim 28

71 Cryptoanalyse 29

72 Cryptoanalyse Oefening Taalkenmerken Letterpatronen Aanvalstypen Eigenschappen 29

73 Oefening - 1 ADHRF SID QINVJX IH XDNAJIXJHAD VFH YINEVJ YDZEVJHJ PFO J TTDPJX J YE PDVEHJ JTTE DNAJ HFVWD DTTJ DN YIO QFHEAJ O NEYLJAEVJ DNLDXF WJVDXIHJ EYLXDNEFH QIDHJ taal Spaans verdubbelde beginletter meestal l als in llegar, llevar, lleno, lluvia 1-letter woord a of y soms o 2-letter woord u. meestal un 3-letter woord..e meestal que 4-letter woord abbc meestal alli of ella

74 Oefening - 2 ADHRF SID QINVJX IH XDNAJIXJHAD VFH YINEVJ YDZEVJHJ PFO J TTDPJX ll... J YE PDVEHJ JTTE DNAJ HFVWD DTTJ ll ll. DN YIO QFHEAJ O NEYLJAEVJ DNLDXF WJVDXIHJ EYLXDNEFH QIDHJ taal Spaans verdubbelde beginletter meestal l als in llegar, llevar, lleno, lluvia 1-letter woord a of y soms o 2-letter woord u. meestal un 3-letter woord..e meestal que 4-letter woord abbc meestal alli of ella

75 Oefening - 3 ADHRF SID QINVJX IH XDNAJIXJHAD.e.....e...a....e..a..a..e VFH YINEVJ YDZEVJHJ PFO J TTDPJX......i.a.e.i.a.a... a lle.a. J YE PDVEHJ JTTE DNAJ HFVWD DTTJ a.i.e.i.a alli e..a...e ella DN YIO QFHEAJ O NEYLJAEVJ DNLDXF e i.a..i..a.i.a e..e.. WJVDXIHJ EYLXDNEFH QIDHJ taal Spaans verdubbelde beginletter meestal l als in llegar, llevar, lleno, lluvia 1-letter woord a of y soms o 2-letter woord u. meestal un 3-letter woord..e meestal que 4-letter woord abbc meestal alli of ella.a.e...a i...e.i....e.a 32

76 Oefening - 4 ADHRF SID QINVJX IH XDNAJIXJHAD.e... que.u..ar u. re..aura..e VFH YINEVJ YDZEVJHJ PFO J TTDPJX....u.i.a.e.i.a.a... a lle?ar J YE PDVEHJ JTTE DNAJ HFVWD DTTJ a.i.e.i.a alli e..a...e ella DN YIO QFHEAJ O NEYLJAEVJ DNLDXF e..u....i.a..i..a.i.a e..er. WJVDXIHJ EYLXDNEFH QIDHJ taal Spaans verdubbelde beginletter meestal l als in llegar, llevar, lleno, lluvia 1-letter woord a of y soms o 2-letter woord u. meestal un 3-letter woord..e meestal que 4-letter woord abbc meestal alli of ella.a.eru.a i..re.i...ue.a 33

77 Oefening - 5 ADHRF SID QINVJX IH XDNAJIXJHAD.en.. que.u..ar un re..auran.e VFH YINEVJ YDZEVJHJ PFO J TTDPJX..n.u.i.a.e.i.ana..y a lle.ar J YE PDVEHJ JTTE DNAJ HFVWD DTTJ a.i.e.ina alli e..a n...e ella DN YIO QFHEAJ O NEYLJAEVJ DNLDXF e..uy..ni.a y.i..a.i.a e..er. WJVDXIHJ EYLXDNEFH QIDHJ taal Spaans verdubbelde beginletter meestal l als in llegar, llevar, lleno, lluvia 1-letter woord a of y soms o 2-letter woord u. meestal un 3-letter woord..e meestal que 4-letter woord abbc meestal alli of ella.a.eruna i..re.i.n.uena 34

78 Oefening - 6 ADHRF SID QINVJX IH XDNAJIXJHAD ten.. que.us.ar un restaurante VFH YINEVJ YDZEVJHJ PFO J TTDPJX..n.usi.a.e.i.ana..y a lle.ar J YE PDVEHJ JTTE DNAJ HFVWD DTTJ a.i.e.ina alli esta n...e ella DN YIO QFHEAJ O NEYLJAEVJ DNLDXF es.uy..nita y si..ati.a es.er. WJVDXIHJ EYLXDNEFH QIDHJ taal Spaans verdubbelde beginletter meestal l als in llegar, llevar, lleno, lluvia 1-letter woord a of y soms o 2-letter woord u. meestal un 3-letter woord..e meestal que 4-letter woord abbc meestal alli of ella.a.eruna i..resi.n.uena 35

79 Oefening - 7 ADHRF SID QINVJX IH XDNAJIXJHAD ten.. que buscar un restaurante VFH YINEVJ YDZEVJHJ PFO J TTDPJX c.n musica me.icana..y a lle.ar J YE PDVEHJ JTTE DNAJ HFVWD DTTJ a mi.ecina alli esta n.c.e ella DN YIO QFHEAJ O NEYLJAEVJ DNLDXF es muy b.nita y sim.atica es.er. WJVDXIHJ EYLXDNEFH QIDHJ taal Spaans verdubbelde beginletter meestal l als in llegar, llevar, lleno, lluvia 1-letter woord a of y soms o 2-letter woord u. meestal un 3-letter woord..e meestal que 4-letter woord abbc meestal alli of ella.aceruna im.resi.n buena 36

80 Oefening - 8 ADHRF SID QINVJX IH XDNAJIXJHAD tendo que buscar un restaurante VFH YINEVJ YDZEVJHJ PFO J TTDPJX con musica mexicana voy a llevar J YE PDVEHJ JTTE DNAJ HFVWD DTTJ a mi vecina alli esta noche ella DN YIO QFHEAJ O NEYLJAEVJ DNLDXF es muy bonita y simpatica espero WJVDXIHJ EYLXDNEFH QIDHJ taal Spaans verdubbelde beginletter meestal l als in llegar, llevar, lleno, lluvia 1-letter woord a of y soms o 2-letter woord u. meestal un 3-letter woord..e meestal que 4-letter woord abbc meestal alli of ella haceruna impresion buena 37

81 Letterfrequentie cumulatief 38

82 Digram karakteristiek 39

83 Digram karakteristiek hoog-hoog ER-RE ES-SE EN-NE ST-TS TI-IT hoog-laag HE-EH TH-HT IN-NI NG-GN HA-AH 39

84 Letterpatronen ABCDEFG ABCCDEFF ABCCBA ADVISOR BALLYHOO HANNAH PHANTOM MATTRESS VICTORY veel weinig enkele 40

85 Letterpatronen ABCDEFG ABCCDEFF ABCCBA ADVISOR BALLYHOO HANNAH PHANTOM MATTRESS VICTORY veel weinig enkele ABCCBADDEFGHBBE = MASSAMOORDENAAR 40

86 Aanvalstypen Monalfabetische substitutie 26-letter alfabet alle sleutels proberen 26! = [et][ainors][ ][bgjkqvwxyz] letterpatronen ABBA AABD waarschijnlijk woord = crib attack headquarters specifieke methode consonantlijn 41

87 Systeemeigenschappen 42

88 Systeemeigenschappen involutie vercijfer- en ontcijferoperatie hetzelfde 42

89 Systeemeigenschappen involutie vercijfer- en ontcijferoperatie hetzelfde iteratie vercijfering kan herhaald worden idempotent herhaald vercijferen zonder effect 42

90 Systeemeigenschappen involutie vercijfer- en ontcijferoperatie hetzelfde iteratie vercijfering kan herhaald worden idempotent herhaald vercijferen zonder effect endomorf klaartekst en cijfertekst zelfde tekenverzameling voorbeeld letters cijfers is niet-endomorf 42

91 Systeemeigenschappen involutie vercijfer- en ontcijferoperatie hetzelfde iteratie vercijfering kan herhaald worden idempotent herhaald vercijferen zonder effect endomorf klaartekst en cijfertekst zelfde tekenverzameling voorbeeld letters cijfers is niet-endomorf gelijksoortig schijnbaar verschillend voorbeeld letters vervangen door figuurtjes 42

92 Systeemeigenschappen involutie vercijfer- en ontcijferoperatie hetzelfde iteratie vercijfering kan herhaald worden idempotent herhaald vercijferen zonder effect endomorf klaartekst en cijfertekst zelfde tekenverzameling voorbeeld letters cijfers is niet-endomorf gelijksoortig schijnbaar verschillend voorbeeld letters vervangen door figuurtjes commuteren in willekeurige volgorde te vercijferen transpositie en substitutie commuteren niet 42

93 Literatuur 43

94 Literatuur 43