Presentación de PowerPoint...Módulo 5. Fundamentos de la criptografía Lección 5.5. Mecanismos y...

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Class4cryptAula virtual de criptografía aplicada

Class4crypt c4c5.5 - © jorgeramio 2021

Profesor Dr. Jorge Ramió A.

Clase c4c5.5Mecanismos y máquinas

de cifraMadrid, martes 09 de febrero de 2021

Temario de las clases Class4crypt

Class4crypt c4c5.5 - © jorgeramio 2021 Lección 5.5 - página 3

• Módulo 1: Principios básicos de la seguridad

• Módulo 2: Matemáticas discretas en la criptografía

• Módulo 3: Complejidad algorítmica en la criptografía

• Módulo 4: Teoría de la información en la criptografía

• Módulo 5: Fundamentos de la criptografía

• Módulo 6: Algoritmos de criptografía clásica

• Módulo 7: Funciones hash en la criptografía

• Módulo 8: Criptografía simétrica en bloque

• Módulo 9: Criptografía simétrica en flujo

• Módulo 10: Criptografía asimétrica

Clases publicadas en Class4crypt (1/3)


1. Presentación de Class4crypt

2. Ciberseguridad y criptografía

3. Algoritmo RSA

4. Operaciones modulares y conjunto de restos

5. Percepción de la inseguridad según las décadas

6. Criptografía asimétrica y la analogía de los candados

7. Protocolo de intercambio de clave de Diffie y Hellman

8. Ataque man in the middle al intercambio de clave de

Diffie y Hellman

9. Cifrado por sustitución polialfabética: algoritmo de

Vigenère

10. Criptoanálisis al cifrado de Vigenère por el método

Kasiski

11. El homomorfismo de los enteros en la criptografía

12. Inverso aditivo, inverso xor e inverso multiplicativo

13. Cálculo de inversos con el algoritmo extendido de

Euclides

14. Algoritmo de exponenciación modular rápida

15. Generación de claves RSA y estándar PKCS#1

16. Cifrado y descifrado con RSA parte 1

17. Cifrado y descifrado con RSA parte 2



18. Introducción a la criptografía moderna

19. Comparación entre cifra simétrica y cifra asimétrica

20. Fundamentos de la cifra simétrica en flujo

21. Registros de desplazamiento realimentados lineales

y no lineales

22. Aleatoriedad en registros LFSR con polinomio

primitivo

23. Fundamentos de la cifra simétrica en bloque

24. Algoritmo DES: redes de Feistel y cajas S

25. Algoritmo DES: expansión de clave, cifra y rellenos

26. ECB y CBC, modos de cifra con confidencialidad

27. CFB, OFB y CTR, modos de cifra con confidencialidad

28. Ataques al DES, DES Challenge y 3DES

29. Clasificación de los sistemas de cifra clásica

30. Vulnerabilidades de la información y amenazas

31. Seguridad informática vs seguridad de información

32. Tríada confidencialidad, integridad y disponibilidad

33. Raíces primitivas en un primo p

34. Fundamentos de complejidad algorítmica

35. El problema de la mochila

36. El problema del logaritmo discreto



37. El problema de la factorización entera

38. Cantidad de información e incertidumbre

39. Entropía de la información y codificador óptimo

40. Ratio y redundancia del lenguaje

41. Cifrado aleatorio y distancia de unicidad

42. Métodos de difusión y confusión en criptografía

43. Reto 1: Navidades 2021

44. Definiendo criptografía y criptoanálisis + pista Reto 1

45. Esquema y elementos de un criptosistema

46. Principios de Kerckhoffs y fortaleza de la cifra

47. Introducción a la esteganografía

48. Mecanismos y máquinas de cifra

09/02/2021 > 29.000 visualizaciones


¡COMENZAMOS!

Módulo 5. Fundamentos de la criptografía

Lección 5.5. Mecanismos y máquinas de cifra

1. Viaje histórico por los mecanismos, las máquinas y los personajes de la criptografía clásica

2. Cifradores de los siglos V, II y I antes de Cristo

3. Algunos cifradores a partir del siglo XV: Alberti, Vigenère, Jefferson, Playfair, Wheatstone, Bazeries y Hill

4. El telegrama de Zimmermann (WWI) y la máquina Enigma (WWII)

5. Personajes destacados: Allan Poe, Alan Turing y Claude Shannon

Class4crypt c4c5.5


Viaje histórico por los mecanismos de cifra

Lección 5.5 - página 9Class4crypt c4c5.5 - © jorgeramio 2021

• Como la historia de la criptografía clásica es muy extensa, en las próximas diapositivas haremos un breve paseo histórico por las máquinas, mecanismos y artilugios de cifra más significativos, así como algunos personajes que han marcado ese tipo de criptografía

• Escítala (s V a.C.)

• Polibios (s II a.C.)

• César (s I a.C.)

• Alberti (1466)

• Vigenère (1586)

• Jefferson (1795)

• Poe (1843)

• Playfair (1854)

• Wheatstone (1860)

• Bazeries (1901)

• Zimmermann (1917)

• Enigma (1923)

• Hill (1929)

• Turing (1943)

• Shannon (1949)

Cifrador escítala (siglo V antes de Cristo)


• Siglo V antes de Cristo: cifrador escítala

• Primer sistema de cifra conocido, usado por espartanos en la antigua Grecia

• Se trata de una cifra por permutación

• ¿Cómo funciona?• Se escribe el texto longitudinalmente

en una cinta enrollada en un bastón y éste se gira cuando se termina la fila

• Al desenrollar la cinta se obtiene un criptograma con letras desordenadas

• La clave es el diámetro del bastón

Cifrador de Polibio (siglo II antes Cristo)


• Siglo II antes de Cristo: cifrador de Polibio

• El historiador griego Polibio usaba como cifra una matriz de 5x5

• Es una cifra por sustitución• Cada letra del texto en claro se lee

como la intersección de una fila y una columna, dando lugar a un criptograma de dos letras

• Por ejemplo, la letras S se cifrará como como el digrama DC

• M = UN SALUDO• C = DECCD CAACA DEADC D

Cifrador del César (siglo I antes de Cristo)


Cifrado: Ci = Mi + 3 mod 27

Descifrado: Mi = Ci - 3 mod 27

A B C D E F G H I J K L M N Ñ O P Q R S T U V W X Y Z

00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Alfabeto español

Se trata de una cifra por sustitución monoalfabética

• ¿Cómo funciona?• Texto en claro M = AVE CESAR• Criptograma C = DYH FHVDU• Es demasiado elemental y se ataca

fácilmente mediante fuerza bruta

Disco de Alberti (1466)


• ¿Cómo funciona?

• En el disco exterior, letras en latín (no aparecen H, J, Ñ, K, U, W e Y) y los números 1, 2, 3, 4. En el disco interior en vez de números están & (et), h, k, y

• Si el texto en claro es M = EL SECRETO

• Se obtiene el criptograma C = roqrg yric

• Leon Battista Alberti da comienzo a la cifra polialfabética, puesto que puede moverse el disco interno durante la cifra según una clave y número de letras cifradas

Tabla de Vigenère (1586)


• Cifrador polialfabéticode Blaise de Vigenère

• Al usar más de un alfabeto, hacía muy difícil el ataque por simples estadísticas del lenguaje

• Durante más de 275 años fue indescifrable

• Se cifraba mediante la tabla que se muestra usando una clave


• M = AMIGA

• CLAVE = UNO

• C = UYWAN

• M + N mod 27 = Y

T E X T O

CLAVE

Cilindro de Jefferson (1795)


• Thomas Jefferson, conocido como padre de la criptografía americana, inventa en 1795 un sistema de cifra basado en un conjunto de discos con las 26 letras del alfabeto inglés


• Emisor y receptor ponen los discos en el orden que indique la clave, por ejemplo, para 7 discos la clave puede ser 6, 3, 2, 4, 1, 7, 5. Para cifrar, el emisor rota cada disco hasta que se forme el mensaje deseado y pueda leerse en una fila. Para crear el criptograma, el emisor seleccionará cualquier otra fila, que lógicamente será un texto sin sentido

Edgar Allan Poe (1843)


“Hace muchos años trabé íntima amistad con un caballero llamado William Legrand. Descendía de una antigua familia protestante y en un tiempo había disfrutado de gran fortuna, hasta que una serie de desgracias lo redujeron a la pobreza. Para evitar el bochorno que sigue a tales desastres, abandonó Nueva Orleans, la ciudad de sus abuelos, y se instaló en la isla de Sullivan, cerca de Charleston, en la Carolina del Sur.” …

• Publica en el Philadelphia DollarNewspaper el primer cuento donde el criptoanálisis de un misterioso criptograma de cifra por sustitución monoalfabética, oculto mediante esteganografía, es la trama central

Cifrado de Playfair (1854)


• Inventado por Charles Wheatstone, fue en realidad Lyon Playfair quien promueve su uso militar

Wheatstone Playfair ZYXWV

UTSRQ

PON/ÑML

KI/JHGF

EDCBA

ZYXWV

URQPO

N/ÑMKI/JH

GFDCS

LTAEB

Clave: BEATLES

• ¿Cómo funciona?• Si M1M2 están en la misma fila, C1C2 son las dos letras de la derecha mod 5• Si M1M2 están en la misma columna, C1C2 son las dos letras de abajo mod 5• Si M1M2 están en filas y columnas distintas, C1C2 son las letras de la diagonal opuesta desde M1

• M = YESTERDAY se escribe en digramas y se usa relleno si fuese necesario M = YE ST ER DA YX • C = WT FB TP KD ZY

Disco de Wheatstone (1860)


• El sistema de disco de Wheatstone (un invento de DeciusWadsworth en 1817) sigue básicamente el mismo principio de cifra que el disco de Alberti

• Pero, en este caso se utiliza el alfabeto inglés de 26 letras más el espacio en blanco para el texto en claro, representado de forma ordenada en el disco exterior

• El disco interior contiene solamente los 26 caracteres del lenguaje y se encuentran distribuidos aleatoriamente

• Muy importante: las agujas están engranadas de forma que cuando la externa gira 27 posiciones, la interna lo hace 26

• Esto hace que dos letras iguales seguidas en el texto en claro se cifren de forma diferente y que cada vez que se pase por un espacio en blanco, por una nueva palabra, se cambie la cifra

Cilindro de Bazeries (1901)


• El cifrador de Étienne Bazeries está basado en el cilindro de Jefferson, inventado 100 años antes por Thomas Jefferson

Zimmermann (1917)


• Esto precipita que los EEUU entrasen en la primera confrontación bélica mundial, declarando la guerra a Alemania

• David Khan (1967): "Nunca un único criptoanálisis ha tenido tan enormes consecuencias"

• El 17 de enero de 1917 William Montgomery, criptoanalista de la sección diplomática de la Habitación 40 del Almirantazgo de la Marina Británica en Londres, intercepta un telegrama cifrado que el Ministro de Relaciones Exteriores alemán, Arthur Zimmermann, envía a su embajador en México

• Tras romper la cifra, descubren que el mensaje anunciaba una alianza con México para atacar a los Estados Unidos, a cambio de recuperar territorios de Texas, Nuevo México y Arizona

Enigma (1923)


• Patentada en 1918 por Scherbius & Ritter, se puso a la venta en 1923 para su uso comercial• En 1926 la Armada alemana la adopta para uso militar y poco después se extiende a las demás

fuerzas armadas alemanas• Tuvo un gran protagonismo antes y durante la Segunda Guerra Mundial

Matrices de Hill (1929)


• Se cifran bloques de dos o más letras con una matriz clave, que debe tener inversa en el módulo de cifra

• Pueden alcanzarse espacios de clave inmensos. Si n es primo y el bloque b letras: espacio nb2

(n = 37, b = 8, espacio = 3764 2333)• No obstante, este sistema poligrámico inventado por Lester Hill

será vulnerable a ataques por texto en claro conocido

• Si M = SOLEDAD, P1P2P3 = SOL = 18 14 11 ⇨ mod 26• Sea K = K11K12K13 = 13 22 19, K21K22K23 = 14 01 14,

K31K32K33 = 01 09 08 (con inversa K-1 mod 26)• C1 = K11*P1 + K12*P2 + K13*P3 mod 26• C1 = 13*18 + 22*14 + 19*11 mod 26 = 234+308+209 • C1 = 751 mod 26 = 23 = X … etc.

• P = P1P2P3 = SOL• C = C1C2C3 = XEY

Turing (1943)


• Alan Turing es tal vez uno de los personajes más influyentes en la historia de la criptografía de los últimos 100 años

• Es el precursor de la informática y de muchos inventos (máquina de Turing, CAPTCHA, etc.)

• Basado en el trabajo previo del matemático polaco Marian Rejewski, en Bletchley Park, en las afueras de Londres, Turing descifra los mensajes dirigidos a las tropas nazis cifrados con la máquina Enigma

• En 1943 se rompían 85.000 mensajes al mes

Shannon (1949)


• Claude Elwood Shannon, sienta las bases de la teoría de la información, aplicada a la criptografía y al secreto de los sistemas

• En 1948 y 1949 publica dos artículos muy importantes

• Además de entropía, ratio y redundancia del lenguaje, etc., define los sistemas con y sin secreto perfecto

• Class4crypt• 4.1. Cantidad de información e incertidumbre

• 4.2. Entropía de la información y codificador óptimo

• 4.3. Ratio y redundancia del lenguaje

• 4.4. Secreto perfecto y distancia de unicidad

• 4.5. Métodos de difusión y confusión en la criptografíaPionero de la IA (1956)

Información multimedia en píldoras Thoth


https://www.youtube.com/watch?v=Qwpm5ttnnbshttps://www.youtube.com/watch?v=jmvO3VoJeKg

https://www.youtube.com/watch?v=Qwpm5ttnnbs

https://www.youtube.com/watch?v=jmvO3VoJeKg

Conclusiones de la Lección 5.5


• La historia de la criptografía clásica data desde el siglo V antes de Cristo y podemos situarla hasta mediados del siglo XX

• Los sistemas de cifra eran maquinarias o simples artilugios, algunos de ellos muy ingeniosos y seguros para su época, sin la ayuda de los ordenadores

• Hay un gran número de investigadores, científicos e incluso escritores, que han aportado su grano de arena en el desarrollo de la criptografía

• Todo este desarrollo ha permitido que la criptografía actual sea una ciencia muy sólida, incluso teniendo hoy el gran desafío de la computación cuántica

• En este breve paseo histórico solo hemos podido mostrar a algunos de ellos

• En la bibliografía anexa encontrarás una gran cantidad de información

Lectura recomendada (1/3)


• Píldora Thoth 3 ¿Desde cuándo existe la criptografía?, Jorge Ramió, 2014

• https://www.youtube.com/watch?v=jmvO3VoJeKg

• Píldora Thoth 8 ¿Qué relación existe entre Alan Turing y la criptografía?, Jorge Ramió, 2014

• https://www.youtube.com/watch?v=Qwpm5ttnnbs

• Los doce césares, Cayo Suetonio Tranquilo, Edición eBooket

• https://uhphistoria.files.wordpress.com/2011/02/gaio-suetonio-los-doce-cesares.pdf

• El escarabajo de Oro, Edgar Allan Poe, 1843

• https://ciudadseva.com/texto/el-escarabajo-de-oro/

https://www.youtube.com/watch?v=jmvO3VoJeKg

https://www.youtube.com/watch?v=Qwpm5ttnnbs

https://uhphistoria.files.wordpress.com/2011/02/gaio-suetonio-los-doce-cesares.pdf

https://ciudadseva.com/texto/el-escarabajo-de-oro/



• El telegrama a México que definió la suerte de la Primera Guerra Mundial, BBC, Noviembre 2018

• https://www.bbc.com/mundo/noticias-46126084

• The Enigma encryption machine, Khan Academy

• https://www.khanacademy.org/computing/computer-science/cryptography/crypt/v/case-study-ww2-encryption-machines

• Alan Turing: El descifrado de la máquina Enigma, El País, Josep María Miret, Universitat de Lleida, 2013

• https://blogs.elpais.com/turing/2013/06/alan-turing-el-descifrado-de-la-maquina-enigma.html

https://www.bbc.com/mundo/noticias-46126084

https://www.khanacademy.org/computing/computer-science/cryptography/crypt/v/case-study-ww2-encryption-machines

https://blogs.elpais.com/turing/2013/06/alan-turing-el-descifrado-de-la-maquina-enigma.html



• The Codebreakers, David Khan, 1967, nueva edición 1996, microsiervos

• https://www.microsiervos.com/archivo/libros/the-codebreakers.html

• A mathematical theory of communication, Claude Shannon, Bell System Technical Journal 27 (1948)

• http://www.essrl.wustl.edu/~jao/itrg/shannon.pdf

• Communication theory of secrecy systems, Claude Shannon, Bell System Technical Journal 28 (1949)

• http://netlab.cs.ucla.edu/wiki/files/shannon1949.pdf

• Códigos Ocultos, Pierre Berloquin, 2020

• https://librero-ibp.es/codigos-ocultos/

Fin de la clase 5.5

https://www.microsiervos.com/archivo/libros/the-codebreakers.html

http://www.essrl.wustl.edu/~jao/itrg/shannon.pdf

http://netlab.cs.ucla.edu/wiki/files/shannon1949.pdf

https://librero-ibp.es/codigos-ocultos/

Lista de reproducción del módulo 5


• https://www.youtube.com/playlist?list=PLq6etZPDh0kucaDN4B4YC7T1L4t4m7t3P

• 5. Fundamentos de la criptografía• 5.1. Definiendo criptografía y criptoanálisis• 5.2. Esquemas y elementos de un criptosistema• 5.3. Principios de Kerckhoffs y fortaleza de la cifra• 5.4. Introducción a la esteganografía• 5.5. Mecanismos y máquinas de cifrar• 5.6. Clasificación de los sistemas de cifra clásica• 5.7. Introducción a la criptografía moderna• 5.8. Comparativa entre cifra simétrica y asimétrica

https://www.youtube.com/playlist?list=PLq6etZPDh0kucaDN4B4YC7T1L4t4m7t3P

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Más lecciones en el canal Class4crypt

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Fuera webcam y dentro música

> 1.920 suscriptoresal 09 febrero 2021

Lección 5.5 - página 32

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