Introducción a la Criptografía Moderna CC5301 (2014/01)
Profesor: Alejandro Hevia
Propósito: El propósito del curso es dotar al estudiante de herramientas de análisis para diseñar y evaluar formalmente algoritmos y protocolos criptográficos
tales como sistemas de encriptación simétrica y asimétrica, esquemas de
firmas digitales, entre otros.
Aspectos administrativos:
Cátedra: Lunes y Miércoles 10:15am-11:45am, Sala Q13
Auxiliar: Viernes 10:15am-11:45am, Sala Q13
Sitio web oficial (especialmente el Foro de Discusión): ucursos
Carga académica: 10 UD,
Requisitos: (CC30A, CC30B, MA34A) o (MA47A), o Autorización (por revisar)
Carácter del curso: electivo Cs. de la Computación
Material de lectura del curso
Se recomienda suplementar el material de cátedra con los
siguientes libros:
Sin embargo, los textos anteriores pueden no cubrir toda la materia discutida en clases.
Calendario de lectura del curso
Estas lecturas son altamente recomendadas para las clases de cátedra/
auxiliares indicadas.
- Semana 10 de Marzo 2014: capítulos 1 y 2 de [BR-pre]
(Introducción y
Criptografía clásica).
Y capítulos 1 y 2 del libro de KL
- Semana 17 de Marzo 2014: capítulos 2 de [BR-pre]
y capítulos 3.1 del libro de [KL]
- Semanas 24 y 31 de Marzo 2014: capítulos
3 (block ciphers) y
(También ver capítulo
2 (block ciphers) y
los apuntes de postgrado de [BR-post]).
Capítulo 5 del libro de [KL]
- Semanas 7 y 14 de Abril 2014: capítulo
4 (pseudo-random functions) de [BR-pre]
(también ver capítulo
4 de
los apuntes de postgrado de [BR-post]).
Sección 3.3 del libro de [KL].
Tareas
Aquí se publicarán detalles de las tareas del curso.
Temario
- Elementos Básicos:
- Introducción
- Conceptos Básicos: objetivo de seguridad (privacidad,
autentificación), adversarios, recursos.
Seguridad demostrable como una reducción.
- Criptografía Clásica (cifrados de sustitución
y variantes, ataques). One-time pad y seguridad perfecta, limitaciones.
- Criptografía Simétrica (Clave Privada):
- Cifradores de Bloque: Modelos, construcciones (DES, AES)
- Funciones Pseudo-aleatorias
- Encriptación Simétrica: Modelos de seguridad,
construcciones basadas en cifradores de bloque
- Funciones unidireccionales y resistentes a colisiones:
potenciales candidatos (MD5, SHA-1, SHA-256, SHA-3, otros), modelos de
seguridad, el ataque de los cumpleaños
- Autentificación de Mensajes: modelos y construcciones
(CBC-MAC, HMAC, UMAC, CMAC, y otros)
- Encriptación autentificada
- Mecanismos de Encapsulamientode Claves (KEM)
- Criptografía Asimétrica (Clave Pública):
- Teoría de Números Computacional
- Primitivas basadas en teoría de números
- Encriptación Asimétrica
- Firmas Digitales
- Criptografía en la Práctica:
- Infraestructura de Clave Pública (PKI)
- Problemas al implementar algoritmos criptográficos
- Acuerdo de Claves: Diffie-Hellman y intercambio de claves
autentificado (AKE).
- Canales seguros (SSL/TLS)
- Tópicos Avanzados (si el tiempo lo permite)
- Mecanismos para compartir secretos (Secret Sharing)
- Generación de bits pseudo-aleatorios
- Introducción a demostraciones interactivas y
protocolos de Nula Divulgación (Zero Knowledge)
- Criptografía Umbral. aplicación a DNSSEC y
votación electrónica, Mixnets y/o
DCnets.
- Introducción a protocolos criptográficos
genéricos (Computación Multi-partita Segura).
Evaluación:
La evaluación se basa en un control, un proyecto y un exámen
(con apuntes) más varias (entre 3 y 4) tareas cortas.
El proyecto es desarrollado durante el semestre.
Posibles alternativas para el proyecto incluyen
- Desarrollo teórico de un sistema criptográfico (con seguridad demostrable)
para algún problema propuesto por el estudiante o el profesor,
- Diseño o implementación de un ataque criptoanalítico
reciente, o de un software criptográfico novedoso.
- Escritura y presentación de un artículo corto tipo
estado del arte,
discusión de artículo reciente, o
investigación en algún tema relativo al curso.
Temas para Posibles Proyectos
- Survey en tecnicas y aplicaciones de indistinguishability ofuscation
- Survey en tecnicas y aplicaciones de encriptación buscable
o encriptación determinista
o encriptación que preserva el orden
- Análisis de seguridad del protocolo de bitcoin y variantes.
- Análisis de seguridad de la implementación del protocolo
SSL (en particular, la verificación de certificados) dentro
de aplicaciones bancarias chilenas.
- Hacer un resumen y clasificación de qué países usan
sistemas de votación electrónica donde la verificación
es basada en técnicas
criptográficas.
- Survey on tecnicas y ataques usando
"related-key
attacks", más info en
este paper
o en
ésto.
- Survey de leakeage-resilient cryptography.
- Survey de ataques sobre hash functions actuales.
Incluir discusión respecto a cómo se
diseñó, las otras funciones de hash
actualmente discutidas para el
nuevo estándar,
detalles y ataques.
- Hacer un resumen, explicar, y quizas sugerir mejoras al paper
de cómo implementar PRF a partir de funciones
aún más débiles que PRF.
- Programa que detecta idioma de un texto, si está
comprimido, si es un ejecutable, imagen, etc., sin estar
necesariamente depender de que exista header de formato
Tareas
Las tareas consistirán en demostraciones y resolución de
problemas principalmente teóricos.
Nota Magister y Doctorado: La opción (3.)
arriba es la alternativa
sugerida para estudiantes
de Magister o Doctorado tomando el curso. Dependiendo del caso y
del alcance del proyecto, estudiantes de postgrado podrán
convalidar la nota del proyecto como nota simultánea de
proyecto y tareas. Tal convalidación debe ser aprobada
por el profesor al momento de presentar el tema del proyecto.
Notas y situación final
Dada la nota de control C1, notas de las n>=3 tareas T1,T2,..,Tn, la nota del proyecto NProyecto, y la
nota del examen Ex, la ponderación será la siguiente:
- NC = (C1+NProyecto + EX)/3
- NT = (NT1+.. +NTn)/n
- NF = 0,7*NC + 0,3*NT
El examen no reemplazaró la nota de control (C1).
Para aprobar el curso se requiere:
- NC≥4.0
- NProyecto ≥ 4.0
- NT ≥ 4.0
Bibliografía:
- Mihir Bellare y Phil Rogaway, “Introduction to Cryptography, Lecture Notes”, University of California San Diego, 2006.
(Disponible en versiones del curso para
pregrado, y de
postgrado) Se recomienda revisar ambos.
- J. Katz and Y. Lindell.
Introduction to Modern Cryptography, Chapman & Hall/CRC Press, 2007.
Disponible en biblioteca. Ver la errata y la sec. 4.6.3
revisada.
- J. Katz, Digital Signatures, Springer, 2010
- Douglas Stinson, “Cryptography, Theory and Practice”, Second edition, Editorial Cgapman and Hall/CRC, 2002
- Alfred J. Menezes, Paul C. van Oorschot, Scott A. Vanstone, “Handbook of Applied Cryptography”, CRC press, 1997.
Disponible
gratis!.
- Oded Goldreich, “Foundations of Cryptography, Basic Tools”, Cambridge University Press, 2001
- Oded Goldreich, “Foundations of Cryptography, Basic Applications”, Cambridge University Press, 2004
- Josef Pieprzyk, Thomas Hardjono, Jennifer Seberry, “Foundamentals of Computer Security”, Springer, 2003
Última modificación: 10 de Marzo 2014.
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