Κρυπτογραφία

Κλασσικοί Αλγόριθμοι – Ασφάλεια και Κρυπτανάλυση. Μονοαλφαβητικοί Αλγόριθμοι Αντικατάστασης: Αλγόριθμος Ολίσθησης, Γενικευμένος Αλγόριθμος Αντικατάστασης, Αλγόριθμος Affine. Πολυαλφαβητικοί Αλγόριθμοι Αντικατάστασης: Αλγόριθμος Vigenere, Αλγόριθμος Hill. Κλασσικοί Αλγόριθμοι Αναδιάταξης: Αλγόριθμος Μετάθεσης. Απόλυτη και Υπολογιστική Ασφάλεια. Ο Αλγόριθμος One-Time-Pad (OTP). Εντροπία και Ασφάλεια Κρυπτοαλγορίθμων. Πλεονασμός Φυσικής Γλώσσας και Ασφάλεια. Απόσταση Ενοποίησης. Τυχαιότητα και Ψευδοτυχαιότητα: Γεννήτορες παραγωγής ψευδοτυχαιότητας. Μοντέρνα Συμμετρικά Κρυπτοσυστήματα: Αλγόριθμοι Τμήματος και Αλγόριθμοι Ροής. Αλγόριθμος DES, Αλγόριθμος Triple-DES, Αλγόριθμος S/DES. Tρόποι λειτουργίας συμμετρικών αλγορίθμων: Τρόποι ECB, CBC, OFB, CFB, CTR. Ακεραιότητα με Μονόδρομες Συναρτήσεις Hash: Σχεδίαση και Ασφάλεια συναρτήσεων Hash, εφαρμογές στην ασφάλεια συστημάτων και δικτύων. Αυθεντικότητα με Συναρτήσεις MAC: Σχεδίαση και ασφάλεια συναρτήσεων MAC, εφαρμογές στην ασφάλεια συστημάτων και δικτύων. Συνδυασμένες υπηρεσίες: Εμπιστευτικότητα και Αυθεντικότητα με συμμετρικά συστήματα. Ασύμμετρα Συστήματα ΔΚ. Κρυπτογράφηση με τον Αλγόριθμο RSA. O Αλγόριθμος Rabin. Ντετερμινιστική και Πιθανοτική Κρυπτογράφηση με ΔΚ. Ο Αλγόριθμος κρυπτογράφησης Elgamal. Ο Αλγόριθμος Κρυπτογράφησης Goldwasser-Micali. Ψηφιακή Υπογραφή με αλγορίθμους ΔΚ. Ψηφιακή Υπογραφή με τον Αλγόριθμο RSA. Συνδυασμένες υπηρεσίες: Εμπιστευτικότητα και Αυθεντικότητα με κρυπτοσυστήματα ΔΚ. Διαχείριση Δημόσιου Κλειδιού: Πιστοποιητικά Χ.509. Κεντρικά Μοντέλα Εμπιστοσύνης – Υποδομές ΔΚ: Ιεραρχική πιστοποίηση, Δια-πιστοποίηση, Ιεραρχίες Πολλών Επιπέδων. Μοντέλα Κατανεμημένης Εμπιστοσύνης. Το μοντέλο PGP.

Σκοπός του μαθήματος είναι:

• Η κατανόηση των αντιπροσωπευτικότερων κλασσικών τεχνικών κρυπτογραφίας και κρυπτανάλυσης, οι οποίες θεωρούνται πρόγονοι των μοντέρνων συμμετρικών κρυπτογραφικών αλγορίθμων.
• Η κατανόηση και θεμελίωση της έννοιας της απόλυτης ασφάλειας, που αποτελεί το μέγιστο επίπεδο ασφάλειας που μπορεί να χαρακτηρίζει κάθε κρυπτογραφικό αλγόριθμο
• Η κατανόηση των μαθηματικών εννοιών που θα αποτελέσουν τα θεμέλια για την περιγραφή των κρυπτογραφικών τεχνικών κρυπτογράφησης και ψηφιακής υπογραφής,
• Η κατανόηση των αρχών λειτουργίας, της δομής και της ασφάλειας των μοντέρνων συμμετρικών αλγορίθμων για την προστασία της εμπιστευτικότητας και της ακεραιότητας/αυθεντικότητας των μηνυμάτων που ανταλλάσσονται σε ένα δίκτυο επικοινωνίας παρουσία παθητικών και ενεργητικών εχθρών
• Η εξοικείωση με τους μηχανισμούς δημόσιου κλειδιού (ΔΚ) που χρησιμοποιούνται για την προστασία της εμπιστευτικότητας, ακεραιότητας και αυθεντικότητας των μηνυμάτων που ανταλλάσσονται μεταξύ απομακρυσμένων οντοτήτων σε μη ασφαλή δίκτυα.
• Η επισκόπηση των εννοιών και ζητημάτων που σχετίζονται με τα πιστοποιητικά ΔΚ, τη διαχείριση τους καθώς και τις υποδομές ΔΚ για την αυθεντικότητα των δημόσιων κλειδιών των χρηστών σε ένα σύστημα επικοινωνίας.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο/η φοιτητής/φοιτήτρια θα είναι σε θέση να:

• κρυπτογραφεί και αποκρυπτογραφεί μηνύματα με αλγορίθμους αντικατάστασης ή/και αλγορίθμους αναδιάταξης,
• κρυπταναλύει έναν κλασσικό κρυπτογραφικό αλγόριθμο ώστε να αποκτήσει πρόσβαση στο αρχικό μήνυμα ή/και στο κρυπτογραφικό κλειδί.
• Καθορίζει τις προϋποθέσεις για την επίτευξη απόλυτης ασφάλειας σε ένα κρυπτογραφικό πρωτόκολλο,
• Μετατρέπει έναν κρυπτογραφικό αλγόριθμο σε απολύτως ασφαλή και να αποδεικνύει την ασφάλεια του,
• Διατυπώνει και να εξηγεί τα σημαντικότερα μαθηματικά προβλήματα στα οποία βασίζεται σήμερα η κρυπτογραφία ΔΚ
• Περιγράφει και να υλοποιεί τις τεχνικές που χρησιμοποιούν οι συμμετρικοί αλγόριθμοι για την κρυπτογράφηση μηνυμάτων και τον υπολογισμό της τιμής Hash η MAC τους,
• Κρυπτογραφεί / αποκρυπτογραφεί μηνύματα με τον Αλγόριθμο DES,
• Χρησιμοποιεί τον κατάλληλο τρόπο λειτουργίας για την κρυπτογράφηση μηνυμάτων, οποιουδήποτε μήκους, με έναν αλγόριθμο τμήματος ή ροής,
• Χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο τμήματος για τον υπολογισμό της τιμής hash ή MAC ενός μηνύματος,
• Συνδυάζει τεχνικές προστασίας της εμπιστευτικότητας και της αυθεντικότητας για την προστασία ενός καναλιού επικοινωνίας.
• Περιγράφει και να υλοποιεί τις τεχνικές που χρησιμοποιούν οι αλγόριθμοι ΔΚ για την κρυπτογράφηση και ψηφιακή υπογραφή μηνυμάτων,
• Εντοπίζει τις αδυναμίες ενός κρυπτογραφικού αλγόριθμου ΔΚ, καθώς και τους τρόπους αντιμετώπισης των,
• Καταδεικνύει τους λόγους για τους οποίους οι ντετερμινιστικοί αλγόριθμοι κρυπτογράφησης υστερούν έναντι των πιθανοτικών αλγορίθμων,
• Περιγράφει με ποιους τρόπους ένα πιστοποιητικό ΔΚ μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην ασφάλεια επικοινωνιών έναντι ενεργητικών εχθρών

• Κρυπτογραφία και ασφάλεια δικτύων – αρχες και εφαρμογες. William Stallings, ΙΩΝ 2012.
• Σύγχρονη Κρυπτογραφία – Θεωρία και Εφαρμογές. M. Burmester, Σ. Γκρίτζαλης, Σ. Κάτσικας. Β. Χρυσικόπουλος. Παπασωτηρίου, 2010.