Corso di Crittografia Alberto Leporati 3leporati/crittografia... · Corso di Crittografia 17...

17
Smart card e sicurezza Dipartimento di Informatica, Sistemistica e Comunicazione Università degli Studi di Milano - Bicocca Alberto Leporati e-mail: [email protected] [email protected] Corso di Crittografia Corso di Crittografia 2 Alberto Leporati Cos’è una smart card? Ha la forma di una carta di credito (ISO 7816) Nasce da ricerche fatte da Motorola e Bull nel 1976 Contiene un microcomputer: con relativamente poca memoria con relativamente poca potenza di calcolo senza tastiera, mouse e monitor Comunica con il mondo esterno tramite un lettore Corso di Crittografia 3 Alberto Leporati a contatti o senza contatti (contactless) ottiche (capacità fino a 6 MB) super smart card con/senza chip programmabile memorie ROM da 8 KB a 96 KB memorie EEPROM da 4 KB a 64 KB microprocessori da 8 o 16 bit mono o multi-funzione Java card Tipi di smart card Corso di Crittografia 4 Alberto Leporati Esempi di smart card a contatti

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Smart card e sicurezza

Dipartimento di Inform

atica, Sistemistica e Comunicazione

Universitàdegli Studi di Milano -Bicocca

Alberto Leporati

e-mail: [email protected]

[email protected]

Corso di Crittografia

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Identificatore

acquirente

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Value

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Tag

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pera

tivi

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Co

rso

di C

ritto

gra

fia

25

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Tip

i di S

iste

mi O

pera

tivi

�W

ind

ow

s f

or

Sm

art

Card

s

�am

bie

nte

di pro

gra

mm

azio

ne

per

sm

art

card

e lett

ori

�in

sie

me d

i prim

itiv

euguali

per

tutt

e le s

mart

card

�ogni sm

art

card

ha u

n d

river

associa

to,

forn

ito d

al

costr

utt

ore

, che t

rasfo

rma le p

rim

itiv

e s

tandard

in

quelle

specific

he p

er

la c

art

a

�Java

Card

(marz

o 1

99

7)

�i pro

gra

mm

i sono s

critti per

una m

acchin

a v

irtu

ale

, che v

iene inte

rpre

tata

dalla

macchin

a r

eale

�si possono im

ple

menta

re t

ecnic

he s

ofisticate

di

com

unic

azio

ne e

sic

ure

zza

tra p

rogra

mm

i

�m

olto p

ote

nte

ma lento

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

26

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

No

n è

un

Sis

tem

a O

pe

rativo

, n

éu

n

am

bie

nte

di p

rog

ram

ma

zio

ne

, m

a è

qu

asi

ob

blig

ato

rio

me

nzio

na

rlo

:

�P

C/S

C:

dri

ve

rsta

nd

ard

(d

e f

acto

) p

er

la

co

mu

nic

azio

ne

tra

PC

Win

do

ws e

sm

art

ca

rd

�in

co

rpo

rato

in

Win

dow

s 2

00

0e

XP

Com

unic

azio

ne c

on P

C W

indo

ws

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

27

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

�N

on

rip

rod

ucib

ilità

de

llaca

rta

�N

on

rip

rod

ucib

ilità

de

id

ati

ne

lm

icro

ch

ip

�S

icu

rezza

ne

ll’u

tiliz

zo

:

�p

rote

zio

ne

de

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ati

con

PIN

�p

ara

me

trib

iom

etr

ici

Sic

ure

zza

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

28

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Sic

ure

zza

(co

ntin

ua

)

Te

cn

ich

ed

icri

tto

gra

fia

:

�cri

tto

sis

tem

isim

me

tric

i

�cri

tto

sis

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ia

ch

iave

pu

bb

lica

�firm

ed

igita

li

�m

essa

ge

au

the

ntica

tio

n c

od

es

�fu

nzio

nid

ih

ash

ing

cri

tto

gra

fich

e

�g

en

era

tori

pse

ud

oca

su

ali

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Co

rso

di C

ritto

gra

fia

29

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

�C

ritt

osis

tem

i:

�sim

metr

ici a b

locchi: D

ES

, 3D

ES

, A

ES

, N

�sim

metr

ici a flu

sso:

cifra

tura

/decifra

tura

di audio

e

vid

eo,

tecnic

he d

i w

ate

rmark

ing,

N

�a c

hia

ve p

ubblic

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RS

A, E

lGam

al, N

�P

rim

itiv

e c

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ogra

fiche

:

�fu

nzio

ni di hashin

g

�genera

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i num

eri p

seudocasuali

�P

roto

colli

:

�firm

e d

igitali,

aute

nticazio

ne,

scam

bio

di chia

vi,

condiv

isio

ne d

i segre

ti,

N

Str

um

en

tid

ella

critt

og

rafia

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

30

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Str

um

en

tid

ella

critt

og

rafia

Pro

toco

llicri

tto

gra

ficip

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�a

ute

ntica

zio

ne

�sca

mb

iod

ich

iavi

�ca

lco

lose

gre

tod

ifu

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ni

�co

nd

ivis

ion

ed

ise

gre

ti

�d

imo

str

azio

nid

ico

no

sce

nza

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

31

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

De

fin

izio

ne

:

�PT

: sp

azio

de

ite

sti

in c

hia

ro;

�CT

: sp

azio

de

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ti;

�K

: sp

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de

llech

iavi;

�fu

nzio

nid

icifra

tura

:

E : PT ×

K →

CT

�fu

nzio

nid

id

ecifra

tura

:

D : CT ×

K →

PT

Critt

osis

tem

i

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

32

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Re

qu

isitifo

nd

am

en

tali:

�∀msg∈PT, ∀key∈K

D(E(m

sg, key), key) = msg

�è

estr

em

am

en

ted

ifficile

scop

rire

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da

llaso

laco

no

scen

za

dic = E(m

sg, key)

�è

estr

em

am

en

ted

ifficile

scop

rire

key

da

llaco

no

sce

nza

dic = E(m

sg, key)

e d

i

msg

Critt

osis

tem

i(c

on

tin

ua

)

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Co

rso

di C

ritto

gra

fia

33

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Re

qu

isitia

gg

iun

tivip

er

le s

ma

rt c

ard

:

�freedom from noise

: il

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po

di

ese

cu

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ne

de

gli

alg

ori

tmin

on

do

vre

bb

e

dip

en

de

red

aiva

lori

dikey,

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e c;

�ilconsumodienergia

no

n d

eve

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en

de

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lore

dikey,

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e c

, e

ino

ltre

de

ve

esse

reil

più

un

ifo

rme

po

ssib

ile.

Critt

osis

tem

i(c

on

tin

ua

)

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

34

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

La c

hia

ve u

sata

per

decifra

re è

la s

tessa

(o è

facilm

ente

deriva

bile

dalla

) chia

ve u

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per

cifra

re.

Esem

pi:

�D

ES

(o,

meg

lio,

DE

A)

�svilu

ppato

nel 1977 d

alla

IB

M

�prim

o c

ritt

osis

tem

asta

ndard

: U

S F

IPS

46

�A

ES

(Rijn

dae

l)�

svilu

ppato

da J

. D

aem

en e

da V

. R

ijmen

�nuovo s

tandard

Critt

osis

tem

isim

me

tric

i

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

35

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Pe

r pro

ge

ttare

i c

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sis

tem

isim

me

tric

i si sfr

utta

no d

ue

pri

ncip

i, d

ovuti a

C. S

ha

nno

n:

�confusione

: m

od

ific

he d

i msg

e/o

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imp

lica

no

va

ria

zio

ni “i

mp

reved

ibili

”d

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ch

e n

on

da

nn

o in

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azio

ni

all'

avve

rsa

rio

�diffusione: la

mo

dific

a d

i un

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lo b

it d

i msg

o d

i key

mo

dific

a a

lme

no

la

me

tàde

i b

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I cri

ttosis

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iu

sa

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elle

sm

art

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so

no

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lita

me

nte

a

blo

cch

i (D

ES

o A

ES

) n

ei du

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od

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i fu

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nam

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:

�E

CB

(Ele

ctr

on

ic C

ode

Bo

ok)

�C

BC

(Cip

her

Blo

ck C

ha

inin

g)

Critt

osis

tem

isim

me

tric

i(c

on

t.)

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

36

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Va

nta

gg

id

ei cri

tto

sis

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isim

me

tric

i:

�d

ifficili

da

cri

tto

an

aliz

zare

�cifra

ture

/de

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mo

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ve

loci

Sva

nta

gg

i:

�ri

ch

iedo

no

la

co

no

sce

nza d

i u

na

ch

iave s

egre

ta

Va

nta

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ei cri

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sis

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ia c

hia

ve

pu

bb

lica

:

�n

on

ric

hie

do

no

la

con

oscen

za

di u

na

chia

ve

se

gre

ta

Sva

nta

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�si b

asa

no s

u ip

ote

si n

on

dim

ostr

ate

�cifra

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/de

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len

te

�ri

ch

iedo

no

una

PK

I

Co

nfr

on

totr

acritt

osis

tem

i

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Co

rso

di C

ritto

gra

fia

37

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

�P

roto

collo

diD

iffie-H

ellm

an

per

lo s

cam

bio

di

chia

vi:

�pro

tocollo

basato

sullo

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odis

cre

to;

�richie

de

inoltre

che

sia

difficile

calc

ola

reaxy

a p

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ire

daax

e ay

�S

olu

zio

niib

rid

e:

�sista

bili

sce

una

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ve

disessio

ne

usando

un

critt

osis

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aa c

hia

ve

pubblic

a(R

SA

, E

lGam

al, e

cc.)

�sicifra

no/d

ecifra

no

i dati

utiliz

zando

un c

ritt

osis

tem

a

sim

metr

ico

Alte

rna

tive

aiP

KC

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

38

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

�P

roposti

indip

end

ente

mente

da

Vic

tor

Mill

er

e

da

Ne

al K

oblit

znel19

85.

�Le c

urv

e e

llitt

iche

son

odel tipo:

y2= x

3+ ax+ b

senza

punti

sin

go

lari,

definite in u

no

spazio

vett

oriale

bid

ime

nsio

nale

.

�P

er

gli

scopicritt

ogra

ficisiusan

ospesso

gli

spaziGF(p)

e GF(p

n), c

on n > 1

inte

ro.

�V

anta

gg

io: riduzio

ne

note

vole

de

llalu

ngh

ezza

de

llechia

vi.

�S

vanta

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oria

ancora

poco

svilu

ppata

.

Critt

osis

tem

ib

asati

su

curv

e e

llitt

ich

e

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

39

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

51

20

32

0

20

48

21

0

10

24

16

0

RS

A~

EC

C

Critt

osis

tem

ib

asati

su

curv

e e

llitt

ich

e

�O

ffro

no lo s

tesso liv

ello

di

sic

ure

zza d

ei critt

osis

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i

tradiz

ion

ali

ma u

tiliz

za

no

chia

vi p

iùcort

e

�L’u

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i chia

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iùcort

e c

om

port

a:

�m

aggio

re v

elo

cità

�m

inore

consum

o e

nerg

etico

�m

em

orizzazio

ne e

ffic

iente

�m

inore

utiliz

zo d

ella

larg

hezza d

i banda

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

40

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Curv

e e

llittic

he: som

ma

dipunti

dis

tinti

su�

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Co

rso

di C

ritto

gra

fia

41

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Curv

e e

llittic

he:

raddoppio

diun p

unto

su�

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

42

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

y2 = x

3+ x

definitasu

F23

Esem

pio

dicurv

aelli

ttic

asuGF(p)

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

43

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Un P

RN

un a

lgoritm

oche

calc

ola

una

funzio

ne

G:{0,1}n→

{0,1}p(n)

do

ve p(n)>

nper

ognin

natu

rale

.

In a

ltern

ativa

siposso

no

usare

PR

NG

fis

ici,

basati

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�circu

itiele

ttriciin

sta

bili

;

�para

metr

ibio

metr

ici;

opp

ure

un

acom

bin

azio

ne

PR

NG

fis

ico

+ a

lgoritm

o

Ge

nera

tori

din

um

eri

pse

ud

ocasu

ali

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

44

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

�S

olu

zio

ne

idea

le: g

ene

rato

rehardware

din

um

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ca

su

ali.

�T

utta

via

, ta

le g

en

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tore

sa

reb

be

influ

en

za

tod

ava

ria

zio

nid

ite

mp

era

tura

, corr

en

te, ca

mp

im

ag

ne

tici,

rad

iazio

ni, e

cc.

⇓ ⇓⇓⇓�

So

luzio

ne

mis

tah

ard

ware

/so

ftw

are

.

Attu

alm

en

tesiu

sa

no

reg

istr

ia

sco

rrim

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line

are

co

n

fee

dba

ck

(LF

SR

s)

pilo

tati

da

oscill

ato

ri, a

lo

rovo

lta

co

ntr

olla

tid

au

na

diffe

renza

dip

ote

nzia

le.

Altro

pro

ble

ma

: in

izia

lizzazio

ne

de

llesm

art

card

.

PR

NG

(co

ntin

ua

)

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Co

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gra

fia

45

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

�L

a c

on

osce

nza

de

l p

rossim

onu

mero

pse

ud

oca

su

ale

ge

nera

top

essere

mo

lto

utile

pe

r l’a

vve

rsari

o.

�A

d o

gn

ise

ssio

ne

occorr

em

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ori

zzare

ne

llaE

EP

RO

M

de

llacart

ail

se

me

da

usare

ne

llap

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asessio

ne

.

Pri

mo

atta

cco: to

glie

rel’a

lime

nta

zio

ne

alla

ca

rta

pri

ma

ch

eri

esca

a m

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iln

uo

vo

sem

e.

Se

co

ndo

attacco

: fa

re u

n g

ran

num

ero

dise

ssio

ni(a

d

esem

pio

10

0.0

00)

fin

ch

éla

EE

PR

OM

non

rie

sce

più

a m

em

ori

zzare

nu

oviva

lori.

Att

acch

ia

l P

RN

G

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

46

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

�U

nafunzionedihash crittografica

èu

na

fun

zio

neone-

wayH:{0,1}*→

{0,1}n, con

nfissa

to, ch

eg

od

ede

llase

gu

en

tepro

pri

età

:

∀x ∈

{0,1}*

èe

str

em

am

en

ted

ifficile

tro

va

re

un

x’∈

{0,1}*

tale

cheH(x) = H(x’)

In ta

lca

so

sid

ice

cheH

ècollision-free

.

�L

e fun

zio

nip

iùcom

une

men

teu

tiliz

za

teso

no

:

ISO

/IE

C 1

01

18-2

, M

D4

, M

D5

, M

DC

-4, R

IPE

MD

-128

, R

IPE

MD

-160, S

HA

-1 (

sta

nd

ard

US

FIP

S 1

80

-1)

�L

e fun

zio

nid

ih

ash

so

no

utili

pe

r le

fir

me

dig

ita

li

�R

ara

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te, ve

ng

ono

usa

tep

er

gen

era

red

eiM

AC

Ha

sh

ing

critt

og

rafico

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

47

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Un

o schema di firm

a digitale

èun

a c

opp

ia d

i

alg

ori

tmi (sign,verify)

tali

che:

�sign

usa u

n’in

form

azio

ne s

egre

takey

per

pro

durr

eu

na f

irm

a d

igita

le σ

= sign(M

, key)

de

l docum

ento

M

�verify

usa u

n’in

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azio

ne p

ubb

licap

per

contr

olla

rese σ

èuna f

irm

a v

alid

a p

er M

; in

part

ico

lare

:

verify(σ, M, p)=True⇔

sign(M

, key)= σ

Firm

ed

igita

li

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

48

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

�La f

irm

a σ

dip

end

eda

l docum

ento

Mda

firm

are

.

�P

er

ragio

ni di eff

icie

nza,

solit

am

ente

solo

l’hash

di M

vie

ne f

irm

ato

(dato

che è

di lu

ng

hezza

fissata

-ad e

sem

pio

160 b

its

con S

HA

-1).

�S

e s

olo

chi è

auto

rizzato

a firm

are

conosce key

,

non p

uò in s

egu

ito ripudiareσ

o a

fferm

are

che

σè

la firm

a d

i un m

essagg

io d

ivers

oda M

.

Pro

pri

età

de

llefirm

ed

igita

li

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Co

rso

di C

ritto

gra

fia

49

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ert

o L

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valid

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igita

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rso

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ritto

gra

fia

50

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ert

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ritto

gra

fia

51

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ert

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hia

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la c

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a c

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olo

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llasm

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ca

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52

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ep

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A:

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S)

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SA

.

Alg

oritm

ip

er

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dig

ita

le

Page 14: Corso di Crittografia Alberto Leporati 3leporati/crittografia... · Corso di Crittografia 17 Alberto Leporati I dati sono immagazzinati nei file utilizzando il f ormato richiesto

Co

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ritto

gra

fia

53

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ert

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ora

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ttore

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ntici.

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azio

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metr

ica

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metr

ica

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ica

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term

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rmin

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2.

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a c

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om

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54

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trasfe

risci 10.000

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number, master key)

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, cifra

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key)

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Co

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gra

fia

56

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

-completamento del sistema

operativo

Fase 2: Preparazione della carta

-progettazione del chip

-generazione del sistema

operativo

-fabbricazione del chip e dei

moduli

-produzione del corpo della

carta

-inserimento dei m

oduli nel

corpo della carta

Fase 1: Produzione del chip e

della Smart Card

Attivitàtipiche

Fase del ciclo di vita

Cic

lod

ivita

de

llasm

art

ca

rd

Page 15: Corso di Crittografia Alberto Leporati 3leporati/crittografia... · Corso di Crittografia 17 Alberto Leporati I dati sono immagazzinati nei file utilizzando il f ormato richiesto

Co

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di C

ritto

gra

fia

57

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Attivitàtipiche

Fase del ciclo di vita

-de-attivazione delle

applicazioni

-de-attivazione della carta

Fase 5: Fine dell’utilizzazione

della carta

-attivazione dell’applicazione

-de-attivazione

Fase 4: Utilizzazione della carta

-inizializzazione

dell’applicazione

-personalizzazione

dell’applicazione

Fase 3: Preparazione

dell’applicazione

Cic

lodivita d

ella

sm

art

card

(C

on

t.)

Co

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ritto

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58

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ritto

gra

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59

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

Sette livelli (E0, El, ..., E6):

�E0

Unadequate security

�E1

Definition of a security target and

inform

al architecture schem

e.

Userand administratormanuals

include security

directions.

Secure

distributionmethodsmustbe

used

ITS

EC

Co

rso

di C

ritto

gra

fia

60

Alb

ert

o L

ep

ora

ti

�E2

Inform

aldetailedschem

eof architecture.

Test documentation.

Separation of TOE from other

components.

Checkson developmentsecurity.

Tracing of output in the starting phaseand of

allthe executedoperations.

�E3

Schem

eof the sourcecode and hardware.

Detailed description of matchingbetweenthe

two.

Standard implementationlanguages.

Reexecutionof testsafter error correction.

ITS

EC

(co

ntin

ua

)

Page 16: Corso di Crittografia Alberto Leporati 3leporati/crittografia... · Corso di Crittografia 17 Alberto Leporati I dati sono immagazzinati nei file utilizzando il f ormato richiesto

Co

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ritto

gra

fia

61

Alb

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o L

ep

ora

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Needto

show security

models, sem

i-form

alspecificationsof the applicationof security

functions, detailedarchitecture

schem

es.

Needto

prove testsvalidity.

�E5

Architecture

schem

esmustshow relationships

betweensecurity

components.

Inform

ationaboutthe integrationbetween

processes

and run-tim

elibraries.

�E6

Form

aldescriptionsof architecture

and of security

functions.

Needto

show correspondence

betweenform

alspecificationof security

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Form

alarchitecturalschem

esto

definedifferent

TOE configurations.

Configurationchecksforalltools.

ITS

EC

(co

ntin

ua

)

Co

rso

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ritto

gra

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dic

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5

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desig

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schem

e s

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iform

ally

verifie

d a

nd

teste

d

�E

AL

7

schem

e f

orm

ally

verified a

nd t

este

d

Co

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