Este documento fornece uma introdução aos principais conceitos e técnicas de criptografia, incluindo a história da criptografia, criptografia de chave simétrica e assimétrica, assinatura digital e funções hash.

1. Introdução a Criptografia
Natanael Fonseca
Arquiteto de Software
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2. Ementa
1. Princípios básicos da Segurança da Informação
2. Introdução a Criptografia;
– Criptografia;
– Criptograma;
– Ciframento e Desiframento;
– CriptoAnálise;
– Criptologia;
– Anagrama;
– Esteganografia.
3. Um pouco de história;
– ATBASH;
– Cítala Espartana;
– Ciframento de César;
– Cifrário de Vigenére;
4. Criptografia de chave simétrica;
5. Criptografia de chave assimétrica;
6. Diffie-Hellman;
7. Modelo Hibrido;
8. SSL;
9. Assinatura Digital;
10. Funções de Hash;
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3. Princípios Básicos da Segurança da
Informação
• Confidencialidade:
– Significa proteger informações contra sua revelação para alguém
não autorizado.
• Autenticidade:
– Está associado com identificação correta de um usuário ou
computador.
• Integridade:
– Consiste em proteger a informação contra modificação sem a
permissão explícita do proprietário daquela informação.
• Disponibilidade:
– Consiste na proteção dos serviços prestados pelo sistema de
forma que eles não sejam degradados ou se tornem
indisponíveis sem autorização
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4. Criptografia
Do grego, Kryptós: “escondido, oculto” e Graphein: “escrita”. È a arte
ou ciência de escrever mensagens ocultas ou codificadas, ou seja,
consiste em técnicas que procuram tornar possível a comunicação
secreta entre dois agentes, sobre um canal aberto.
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5. Criptograma
• É um texto cifrado que obedece a um código e a uma lógica
pré-determinados para decifrar a mensagem. O criptograma
pode ser montado envolvendo números, letras, números e
letras e símbolos gráficos.
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6. Ciframento e Deciframento
• Cifrar uma mensagem, consiste em aplicar uma técnica de
criptografia para obter um criptograma a partir de um
mensagem.
• Decifrar uma mensagem, consiste em aplicar uma técnica de
criptografia para obter a mensagem original contida em um
criptograma.
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7. CriptoAnálise
A criptoanálise é a arte de tentar descobrir o texto cifrado
e/ou a lógica utilizada em sua encriptação (chave).
As pessoas que participam desse esforço são denominadas
criptoanalistas. Da fusão da criptografia com a
criptoanálise, forma-se a criptologia.
http://www.cryptool.org/en/jcryptool
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8. Criptologia
• É a disciplina científica que reúne e estuda os conhecimentos
(matemáticos, computacionais, psicológicos, filológicos, etc.) e
técnicas necessários à criptoanálise (solução de criptogramas) e
à criptografia (escrita codificada).
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9. Anagrama
• (do grego ana = "voltar" ou "repetir" + graphein = "escrever")
é uma espécie de jogo de palavras, resultando do rearranjo
das letras de uma palavra ou frase para produzir outras
palavras, utilizando todas as letras originais exatamente uma
vez. Um exemplo conhecido é o nome da personagem
Iracema, claro anagrama de América, no romance de José de
Alencar.
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10. Esteganografia
Do grego: ("escrita escondida"). É o estudo e uso das
técnicas para ocultar a existência de uma mensagem
dentro de outra. Em outras palavras, esteganografia é o
ramo particular da criptologia que consiste em fazer
com que uma forma escrita seja camuflada em outra a
fim de mascarar o seu verdadeiro sentido.
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11. Técnicas de Esteganografia
• Ruído;
• Espalhando a Informação;
• Ordenação;
• Dividindo a Informação;
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12. Criptografia e Esteganografia
Nunca confundir, Pois são conceitos diferentes !
“Enquanto a primeira oculta o significado, a
segunda oculta a existência da mensagem.”
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13. Um pouco de História
Ao que se tem conhecimento, as técnicas de
criptografia mais antigas, foram usadas para
construir:
» ATBASH
» Cítala Espartana;
» Ciframento de César;
» Substituição MonoAlfabética;
» Cifrário de Vigenére;
» Dentre outros..............muitos outros.........
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14. ATBASH
Na Bíblia, o livro de Jeremias usa um código extremamente simples do
alfabeto hebreu para a história de Babel: a primeira letra do alfabeto hebreu
(Aleph) é trocada pela última (Taw), a segunda letra (Beth) e trocada pela
penúltima (Shin) e assim sucessivamente. Destas quatro letras deriva o
nome da cifra: Aleph Taw Beth SHin - ATBASH. l Aplicando o sistema do
Atbash ao alfabeto latino obtemos a seguinte tabela de substituição:
A B C D E F G H I J K L M
Z Y X W V U T S R Q P O N
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15. Cítala Espartana
Uma forma de transposição utiliza o primeiro dispositivo de criptografia
militar conhecido, a cítala espartana, que remonta ao séc. V a.C. O cítala
consiste num bastão no qual é enrolada uma tira de couro ou pergaminho,
como mostrado na figura abaixo.
O remetente escreve a mensagem ao longo do bastão e depois desenrola
a tira, a qual então se converteu numa seqüência de letras sem sentido. O
mensageiro usa a tira como cinto, com as letras voltadas para dentro.
O destinatário, ao receber o "cinto", enrola-o no seu bastão, cujo diâmetro
é igual ao do bastão do remetente. Desta forma, pode ler a mensagem.
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16. Ciframento de César
• Apesar da sua simplicidade (ou exatamente devido a ela), esta cifra foi
utilizada pelos oficiais sulistas na Guerra de Secessão americana e pelo
exército russo em 1915.
•
A cifra ROT13, que surgiu em 1984 na USENET, baseia-se numa
substituição na posição 13 (A por N, B por O, etc).
•
Com o uso de dois discos concêntricos contendo todas as letras do
alfabeto, a substituição se torna extremamente simples. Estes discos,
inclusive, já foram utilizados como brinquedo que fazia a alegria de muitas
crianças (... e de adultos também).
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17. Cifrário de Vigenére
• O uso das carreiras de Vigenère é muito sujeito a erros. A
leitura é penosa e, depois de algum tempo, bastante
fatigante. Trabalhar com réguas sobre a tabela de alfabetos
cifrantes também acaba cansando. Devido a este fato, a partir
de 1880, muitos criptólogos passaram a utilizar a chamada
Régua de Saint-Cyr .
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18. Chave simétrica
• Esse é um tipo de chave mais simples, onde o emissor e o
receptor fazem uso da mesma chave, isto é, uma única chave
é usada na codificação e na decodificação da informação.
Existem vários algoritmos que usam chaves simétricas, como
o DES, o IDEA, e o RC.
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19. Algoritmos de Chave Simétrica
• DES (Data Encryption Standard): criado pela IBM em 1977, faz uso de chaves de 56
bits. Isso corresponde a 72 quatrilhões de combinações. É um valor absurdamente
alto, mas não para um computador potente. Em 1997, esse algoritmo foi quebrado
por técnicas de "força bruta" (tentativa e erro) em um desafio promovido na
internet;
• IDEA (International Data Encryption Algorithm): criado em 1991 por James Massey
e Xuejia Lai, o IDEA é um algoritmo que faz uso de chaves de 128 bits e que tem uma
estrutura semelhante ao DES. Sua implementação em software é mais fácil do que a
implementação deste último;
• RC (Ron's Code ou Rivest Cipher): criado por Ron Rivest na empresa RSA Data
Security, esse algoritmo é muito utilizado em e-mails e faz uso de chaves que vão de
8 a 1024 bits. Possui várias versões: RC2, RC4, RC5 e RC6. Essencialmente, cada
versão difere da outra por trabalhar com chaves maiores.
Há ainda outros algoritmos conhecidos, como o AES (Advanced Encryption Standard)
- que é baseado no DES - , o 3DES, o Twofish e sua variante Blowfish, entre outros.
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20. Vantagens no uso da chave
simétrica
• Desempenho;
• Simplicidade;
• Constante Atualização;
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21. Desvantagens das chaves
simétricas
• A necessidade constante de chave secreta;
• Dificuldade para gerenciar grandes
quantidades de chaves em larga escala;
• Dificuldade para iniciar uma comunicação
segura entre entidades desconhecidas;
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22. Chave assimétrica
Também conhecida como "chave pública", a chave
assimétrica trabalha com duas chaves: uma denominada
privada e outra denominada pública. Neste método, um
emissor deve criar uma chave de codificação e enviá-la ao
receptor. Essa é a chave pública. Uma outra chave deve ser
criada para a decodificação. Esta, a chave privada, é secreta.
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23. Algoritmos de Chave Assimétrica
• RSA (Rivest, Shamir and Adleman): criado em 1977 por Ron Rivest, Adi Shamir e
Len Adleman nos laboratórios do MIT (Massachusetts Institute of Technology), é
um dos algoritmos de chave assimétrica mais usados. Nele, números primos são
utilizados da seguinte forma: dois números primos são multiplicados para se obter
um terceiro valor. Porém, descobrir os dois primeiros números a partir do terceiro
é muito trabalhoso. Se dois números primos grandes forem usados na
multiplicação, será necessário usar muito processamento para descobrí-los,
tornando essa tarefa praticamente inviável. Basicamente, a chave privada no RSA
são os números multiplicados e a chave pública é o valor obtido;
• ElGamal: criado por Taher ElGamal, esse algoritmo faz uso de um problema
matemático conhecido por "logaritmo discreto" para se tornar seguro. Sua
utilização é freqüente em assinaturas digitais.
Existem ainda outros algoritmos, como o DSA (Digital Signature Algorithm), o
Schnorr (praticamente usado apenas em assinaturas digitais) e Diffie-Hellman.
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24. Desvantagens
• Lentidão no processamento;
– Grandes quantidades de informações sendo criptografadas pode ser um
problema.
• Confiança no repositório de chaves públicas;
– Possibilidade de escolher quem terá a chave;
• Encontrar uma maneira de confiar na informação;
– Como garantir que a chave pública de João é realmente de João ?
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25. Diffie-Hellman
• Método de criptografia desenvolvido por Whitfield
Diffie e Martin Hellman e publicado em 1976.
• O algoritmo pode ser usado para a distribuição de
chaves, mas não para cifrar ou decifrar mensagens.
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26. Modelo Hibrido
• Trata-se de utilizar o melhor dos dois mundos.
– Encapsulamento da chave usando chave assimétrica;
• Ex: RSA.
– Encapsulamento dos dados usando chave simétrica;
• Ex: DES.
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27. Modelo Hibrido
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28. O Conhecido SSL(HTTPS)
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29. Assinatura Digital
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30. Funções de Hash
• O que é Hash ?
• O conceito teórico diz que :
• "hash é a transformação de uma grande
quantidade de informações em uma pequena
quantidade de informações".
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31. Uso do HASH
Sua utilização como componente de assinatura digital, é
necessária em virtude da lentidão dos algoritmos
assimétricos, ou seja, em vez disso é empregada uma
função de HASH, que gera um valor pequeno.
Algoritmos de hash mais usados, são:
• MD4;
• MD5;
• SHA-1;
• WHIRPOOL.
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32. Referencias
• Hook, David. Beginning Cryptography with Java, 1. ed. Wrox
Press, 2005. ISBN:0764596330.
• Knudsen, Jonathan B. Java Cryptography, 1. ed. O'Reilly, 1998.
ISBN: ISBN: 1-56592-402-9.
• Silva, Lino Sarlo Da. Public Key InfraEstructire - PKI, 1. ed.
NOVATEC, 2004. ISBN: 8575220462.
• Singh, Simon. Livro dos Codigos, 1. ed. Record, 2001. ISBN:
8501055980.
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