College Cryptografie. Cursusjaar 2011 Inleiding. 7 februari 2011

Transcriptie

1 College Cryptografie Cursusjaar 2011 Inleiding 7 februari

2 Cursusopzet Wat is cryptografie Klassieke cryptografie Openbare sleutel Quantum Cryptografie Gebroken code geheimschrift Veiligheid Cryptoanalyse Taalkenmerken Literatuur Onderwerpen 2

3 college syllabus theorie bestuderen inleiding oefeningen klassieke systemen doen cryptoanalyse geschiedenis informatietheorie luisteren moderne systemen publickey systemen schuifregisters Cursusopzet 3

4 voorbeeld terminologie klassieke cryptografie openbare sleutel quantum cryptografie Wat is cryptografie 4

5 Hoe te voorkomen dat het plan in de handen van de Galliërs valt als de boodschapper wordt onderschept? Probleemstelling 5

6 Bij vercijferen elke letter door een andere vervangen. De vervangende letter staat drie verder: A D, B E,..., Z C. Bij ontcijferen drie terug: D A, E B,..., C Z. In dit cryptosysteem geldt: sleutel = aantal stappen elke letter heeft vaste vervanger Cryptografie gebruiken 6

7 Geheimhouding betrekkelijk 7

8 cryptologie = cryptografie + cryptoanalyse cryptografie = geheim schrijven κρύπτ ω = verbergen γ ραφή = het schrijven, geschrift cryptoanalyse = oplossen of breken van geheimschrift known-plaintext = overeenkomstige cijfer- en klaartekst ciphertext-only = met alleen cryptogrammen chosen-plaintext = met zelf vercijferd materiaal steganografie = verborgen schrijven στ ɛγω = bedekken traffic analysis = berichtenverkeersanalyse Terminologie 8

9 intelligence Opponent analyse? Zender M encryptie C onveilig kanaal decryptie M Ontvanger K veilig kanaal Klassieke cryptografie 9

10 transpositie: C R Y P T O G R A F I E CTAFORYGIERP substitutie: klaaralfabet ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ cijferalfabet DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC VLUCHT POLITIE = YOXFKW SROLWLH variaties: een of beide alfabetten gepermuteerd periodiek substitutiepatroon meerdere letters tegelijk vervangen enzovoorts Klassieke cryptosystemen 10

11 M K C M K-public K-secret C Kp Ks Ks Kp klassiek publickey Aragorn K1-paar Boromir K2-paar Arwen K3-paar Openbare sleutel 11

12 in: public key Arwen Geheimhouding uit: secret key Arwen Is dit Aragorn? in: secret key Aragorn Authenticatie uit: public key Aragorn Ja! dit is Aragorn! Openbare sleutel 12

13 Quantum mechanica Onzekerheidsrelatie van Heisenberg: Δx.Δp Onzekerheid in plaats en impuls kunnen niet beide tegelijkertijd willekeurig klein gemaakt worden. Gevolg: meten aan quantumobjecten interfereert met hun toestand, zodat het effect van de meting nooit verwaarloosbaar klein kan zijn. Techniek: polarisatie van één foton in verschillende richtingen oriëntatie = 1 = 0 oriëntatie = 1 = 0 Quantum Cryptografie 13

14 Sleuteltransport sleutelbits: verzonden: metingen: ontvangen: p 0 = 1 2 p 1 = 1 2 verificatie: sleutel: Quantum Cryptografie 14

15 Afluisteren sleutelbits: verzonden: onderschept: ontvangen: metingen: ontvangen: verificatie: sleutel: Quantum Cryptografie 15

16 Gebroken code geheimschrift 16

17 Isoroku Yamamoto ( ) Opperbevelhebber Japanse vloot Buitengewoon geliefd en populair Architect aanval Pearl Harbour op 7 december 1941 (film 1970: Tora! Tora! Tora!) Dood op een enorme klap voor het Japanse moreel (Foto plm. 1940) Liquidatie van Yamamoto 17

18 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); 0800 arrive Ballale. Immediately depart for Shortland on board subchaser... arriving at Salomon eilanden De gelegenheid 18

19 Opdracht 18 april 1943: SQUADRON 339 P-38 MUST AT ALL COSTS REACH AND DESTROY PRESIDENT ATTACHES EXTREME IMPORTANCE TO MISSION 0800 vertrek 16 P38-Lightnings 0934 Japanse toestellen in zicht Yamamoto vindt de dood in de jungle (artist impression) Uitvoering 19

20 hoofdregel Veiligheid berust op geheimhouden van de sleutel niet op geheimhouden van het cryptosysteem uit Desiderata de la Cryptographie Militaire... Il faut qu'il n'exige pas le secret, et qu'il puisse sans inconveniénient tomber entre les mains de l'ennemi... Aug. Kerckhoffs, 1883, La Cryptographie Militaire praktische criteria: kosten van cryptoanalyse meer dan waarde geheim tijd voor cryptoanalyse langer dan levensduur geheim Veiligheid 20

21 M M =D(C,K ) C =E(M,K ) C K Regel van Bayes: kans op M gegeven C is P (M C ) = P (M )P (C M ) P (C ) P (C M ) P (C ) = 1 P (C M ) = P (C ) K M Optimale veiligheid 21

22 opgave taalkenmerken letterpatronen aanvalstypen systeem eigenschappen Cryptoanalyse 22

23 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 verdubbelde beginletter bijna zeker l, zoals llegar, llevar, llamar, lleno, lluvia,... 1-letter woord is a, y soms o 2-letter woord beginnend op u is meestal un 3-letter woord eindigend op e is meest que 4-letter woord met patroon abbc is meestal alli of ella Opgave cryptoanalyse 23

24 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 verdubbelde beginletter bijna zeker l, zoals llegar, llevar, llamar, lleno, lluvia,... 1-letter woord is a, y soms o 2-letter woord beginnend op u is meestal un 3-letter woord eindigend op e is meest que 4-letter woord met patroon abbc is meestal alli of ella Oplossing stap 1 van 7 24

25 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.a.e...a i...e.i....e.a verdubbelde beginletter bijna zeker l, zoals llegar, llevar, llamar, lleno, lluvia,... 1-letter woord is a, y soms o 2-letter woord beginnend op u is meestal un 3-letter woord eindigend op e is meest que 4-letter woord met patroon abbc is meestal alli of ella Oplossing stap 2 van 7 25

26 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.a.eru.a i..re.i...ue.a verdubbelde beginletter bijna zeker l, zoals llegar, llevar, llamar, lleno, lluvia,... 1-letter woord is a, y soms o 2-letter woord beginnend op u is meestal un 3-letter woord eindigend op e is meest que 4-letter woord met patroon abbc is meestal alli of ella Oplossing stap 3 van 7 26

27 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.a.eruna i..re.i.n.uena verdubbelde beginletter bijna zeker l, zoals llegar, llevar, llamar, lleno, lluvia,... 1-letter woord is a, y soms o 2-letter woord beginnend op u is meestal un 3-letter woord eindigend op e is meest que 4-letter woord met patroon abbc is meestal alli of ella Oplossing stap 4 van 7 27

28 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.a.eruna i..resi.n.uena verdubbelde beginletter bijna zeker l, zoals llegar, llevar, llamar, lleno, lluvia,... 1-letter woord is a, y soms o 2-letter woord beginnend op u is meestal un 3-letter woord eindigend op e is meest que 4-letter woord met patroon abbc is meestal alli of ella Oplossing stap 5 van 7 28

29 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 si..atica es.er. WJVDXIHJ EYLXDNEFH QIDHJ.aceruna im.resi.n buena verdubbelde beginletter bijna zeker l, zoals llegar, llevar, llamar, lleno, lluvia,... 1-letter woord is a, y soms o 2-letter woord beginnend op u is meestal un 3-letter woord eindigend op e is meest que 4-letter woord met patroon abbc is meestal alli of ella Oplossing stap 6 van 7 29

30 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 haceruna impresion buena verdubbelde beginletter bijna zeker l, zoals llegar, llevar, llamar, lleno, lluvia,... 1-letter woord is a, y soms o 2-letter woord beginnend op u is meestal un 3-letter woord eindigend op e is meest que 4-letter woord met patroon abbc is meestal alli of ella Oplossing stap 7 van 7 30

31 13% ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ Taalkenmerken 31

32 ETNROAISDLHCFPUMYWGVBXQKJZ 13% 70% ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ Frequentiedistributie Engels 32

33 Tx versus xt in het Engels Tx xt A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Bigram karakteristiek 33

34 monoalfabetische substitutie restklassen = letterpatronen ABCDEFG ADVISOR, PHANTOM, VICTORY,... veel ABCCDEFF BALLYHOO, BUTTRESS, MATTRESS weinig ABCCBA HANNAH enkele Restklassen 34

35 voorbeeld monoalfabetische substitutie sleutel is permutatie A...Z π (A..Z) alle sleutels proberen K = 26! sleutel opdelen [et][ainors][cdfhlmpuy][bgjkqvwxyz] = 2! 6! 9! 9! opdelen in restklassen letterpatronen ABBA, AABD waarschijnlijke woorden attack, gunfire, headquarters systeemspecifieke methoden consonantlijn Aanvalstypen 35

36 involutie E = D iteratie e(m,k ) = E(E(E( ))) idempotent E(E(E( ))) E(M,K ) endomorfie M,C {S} niet M {A...Z } C {0...9} gelijksoortigheid E = f (E) commutatie E 1 E 2 = E 2 E 1 Systeemeigenschappen 36

37 Literatuur 37