Protezione dei Dati Digitali:
Scenari ed Applicazioni
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Sommario
♦ Parte I : Scenari
♦ Parte II : La Teoria
♦ Parte III: La Pratica
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Parte I: Scenari
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Applicazioni quotidiane (1/2)
♦ Transazioni finanziarie
– E-commerce
– Online banking
– Carte pre-pagate
♦ Trasmissione di contenuti con copyright
– Pay-per-view, cable TV
– Multimedia broadcasting
– Multimedia online purchasing
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Applicazioni quotidiane (2/2)
♦ Reti di telecomunicazione
– Protocolli di autenticazione
– Controllo di accessi
– Comunicazione sicura
♦ Dispositivi mobili e senza fili
– Telefoni cellulari (GSM, GPRS, UMTS)
– Dispositivi palmari (Palmtop)
– Wireless LANs
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Esempio: e-Commerce
♦ Informazioni riservate come i dati di una
carta di credito possono essere inviati
attraverso la rete
…Card number…
…Expiration date…
♦ Nessuna persona non autorizzata dovrebbe essere
in grado di recuperare il messaggio originale
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Esempio: Multimedia
Broadcasting
♦ Un film o un evento potrebbe essere diffuso
attraverso Internet
♦ La sottoscrizione al servizio è necessaria
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Esempio: Autenticazione di Rete
♦ Le comunicazioni su una rete potrebbero
essere monitorate da altre macchine
login:
****
♦ Protocolli di sicurezza sono impiegati per
schermare le comunicazioni ed assicurare la
riservatezza
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Esempio: Dispositivi Wireless
♦ Le comunicazioni senza fili (radio o ad
infrarossi) sono aperte all’ intercettazione
♦ Il rischio di
intercettazione è
direttamente
proporzionale alla
portata della
trasmissione
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Parte II: La Teoria
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Le Quattro Proprietà (1/2)
Un sistema di comunicazione sicura richiede:
♦ Confidenzialità: nessuna estraneo è
autorizzato a conoscere l’ informazione
♦ Integrità: l’ informazione non è stata
alterata
♦ Autenticazione: l’ informazione proviene
veramente dalla sorgente che la reclama
♦ Non-repudiabilità: la sorgente dell‘
informazione non può negare tale
trasmissione
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Le Quattro Proprietà (2/2)
♦ Confidenzialità
♦ Integrità
♦ Autenticazione
♦ Non-repudiabilità
Simmetrica (storica)
Crittografia
Asimmetrica (recente)
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Crittografia Simmetrica
♦ Usata da secoli: Cesare usava un codice molto
semplice basato su metodi simmetrici
♦ Il messaggio trasmesso non è comprensibile senza
una certa informazione (la chiave)
♦ Per stabilire il canale di comunicazione la chiave
usata viene condivisa tra mittente e ricevente
♦ Principali standard: Data Encryption Standard
(DES), 3DES, Advanced Encryption Standard
(AES)
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Crittografia Simmetrica
Plain
Message
Enciphering
routine
Attacks
Sender
Insecure
Communication
Channel
Coded
Message
Deciphering
routine
Shared key
Plain
Message
Coded
Message
Receiver
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Crittografia Simmetrica
♦ Pregi:
– Molto scalabile: l’algoritmo di cifratura può essere
scelto in base alle esigenze dell’applicazione
– Processi di de/cifratura molto veloci ed efficienti
– Struttura algoritmica semplice, comunque assicura
riservatezza dei dati
♦ Difetti:
– Lo scambio della chiave deve avvenire attraverso un
canale sicuro alternativo
– Numero di chiavi esagerato: ogni singola coppia di
utenti deve avere la sua propria chiave
♦ Gli algoritmi possono essere classificati in:
– Cifratura a blocco: dati processati per blocchi
– Cifratura a flusso: dati processati come un flusso di byte
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Crittografia Asimmetrica
♦ Utilizza coppie di chiavi: una è pubblica, l’altra
assolutamente segreta (privata)
♦ Le chiavi sono strettamente correlate: ciò che è
criptato con una chiave può essere decriptato solo
dall’altro elemento della coppia
♦ Non c’è nessuna necessità di condividere chiavi;
in ogni caso le chiavi pubbliche devono essere
facilmente recuperabili da ciascuno ed associabili
al corretto proprietario senza dubbi
♦ Esempi: RSA, ECC
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Crittografia Asimmetrica
Attacks
Plain
Message
Encrypt
A
Encrypt
A’s private
key
Insecure
Communication
Channel
Decrypt
B’s public
key
A’s public
key
B’s private
key
Decrypt
Plain
Message
B
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Autorità di Certificazione
♦ Lo schema asimmetrico presuppone la
disponibilità delle chiavi pubbliche
♦ Un’ autorità potrebbe immagazzinare tutte le
chiavi pubbliche e fornirle quando necessarie
♦ Le A.C. potrebbero essere organizzate in gerarchia
(PGP): ciascuna certifica solo un ramo dell’ intero
albero ed è certificata da una A.C. più elevata
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Coppie di Chiavi
♦ La chiave privata non dovrebbe essere
recuperabile data la chiave pubblica, o almeno tale
processo dovrebbe essere non praticabile (per costi
o tempi)
♦ Le chiavi sono correlate essendo le soluzioni di un
complesso problema algebrico
♦ La forza di un cripto-sistema risiede nella
complessità di tale problema
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Firma Digitale
♦ E’ una tecnica usata per “firmare” un documento,
cioè per certificarne l’origine
♦ Un’immagine condensata del documento è
calcolata tramite un algoritmo di “hashing”, cifrata
con la chiave privata e attaccata al messaggio
♦ Il ricevente confronta l’hashing ricevuto con
quello calcolato da lui stesso sul messaggio
♦ La cifratura garantisce l’identità della sorgente e
preserva il messaggio da qualsiasi alterazione
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Parte III: La Pratica
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SSL: Secure Socket Layer - 1
♦ Permette a client e server di autenticarsi l’un
l’altro e di stabilire una connessione criptata
♦ Durante l’handshake viene creato un canale sicuro
usando crittografia asimmetrica. Una chiave di
sessione condivisa viene scambiata in questa fase
♦ La chiave della sessione segreta
viene utilizzata per creare il canale
segreto
♦ Supporta l’uso di una moltitudine
di differenti algoritmi crittografici
(chiper settings)
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SSL: Secure Socket Layer - 2
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Transport Layer Security
♦ E’ la nuova versione di SSL, compatibile con SSL
♦ Con il protocollo di TLS Handshake viene
negoziata la chiave segreta per il canale sicuro
usando crittografia asimmetrica (di solito RSA)
♦ Il protocollo di TLS Record viene implementato
su un protocollo di trasporto affidabile come TCP
♦ Il protocollo di Record fornisce una connessione
privata (cifratura simmetrica) e affidabile (secure
hashing)
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IPsec
♦ E’ un insieme di protocolli che estendono IPv4;
inoltre fa parte delle specifiche di IPv6
♦ E’ simile a SSL, ma agisce a livello ‘rete’,
completamente trasparente all’applicazione:
mentre SSL assicura due applicazioni, Ipsec
assicura la rete
♦ La suite include
– Authentication Header
– Encapsulating Security Payload
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SecureMIME e Secure Shell
(SSH)
♦ S/MIME e’ uno standard usato per spedire dati
crittografati attraverso il comune canale e-mail
♦ Secure Shell (e sFTP) e’ un protocollo che
permette comunicazione, trasferimento di file ed
esecuzione di comandi da remoto in modo sicuro
♦ Si basano su tecniche di autenticazione a chiave
pubblica (RSA, DSA) e usano crittografia
simmetrica per trasmissione dati (3DES, ArcFour,
Twofish)
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Wireless LANs
♦ Lo standard aperto 802.1x specifica un livello di
autenticazione per le reti wireless; 802.11b è
l’attuale implementazione dello standard per
wireless LANs
♦ Attualmente funziona a 2.4GHz, oppure a 5GHz
♦ Molteplici algoritmi di cifratura sono permessi
♦ Tre attori sono coinvolti:
– Il richiedente (client software)
– L’ autenticatore (Il punto di accesso)
– Il server di autenticazione
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Bluetooth
♦ Utilizza una portante a 2.4GHz con una banda di
79MHz, con Frequency Hopping Spread Spectrum,
che è meno affidabile ma più sicuro dell’ 802.11b
♦ La sequenza di salto (hop) è unica per ogni
sessione e nota solo ai dispositivi comunicanti
♦ Il protocollo usa indirizzi pubblici (univoci per
ciascun dispositivo), chiavi di autenticazione a
128-bit e tecniche di criptaggio
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Radio Wave Communications
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GSM (1/2)
♦ Autenticazione realizzata dal ‘challenge
handshake’ tramite un algoritmo proprietario noto
come ‘A3’ implementato nella SIM
♦ Il numero casuale usato per l’autenticazione viene
impiegato anche per generare la chiave di
comunicazione tramite l’algoritmo ‘A8’
♦ L’algoritmo di cifratura vero e proprio è chiamato
‘A5’ ed è implementato nell’ hardware del
dispositivo mobile
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GSM (2/2)
♦ I dettagli degli algoritmi non furono resi pubblici
in modo da rendere più robusto il sistema: non fu
una strada molto efficiente…
♦ Nel 1998 fu dimostrato che un attacco era
possibile quando la smart card fosse fisicamente
accessibile
♦ Recentemente alcuni ricercatori hanno scoperto
che attacchi over-the-air sono possibili tramite una
falsa stazione base, che richiede un investimento
di circa 10.000$.
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UMTS
♦ L’industria del GSM ha lasciato la via dell’
‘oscurità’ e sviluppa ora su principi scoperti da
comunità aperte
♦ Gli algoritmi di confidenzialità e integrità sono
basati sul Kasumi, un codice di cifratura a blocchi
a 64 bit, con chiave da 128 bit
♦ Nessun punto debole è noto ad oggi, anche se lo
standard è ancora recente
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Digital Video Encryption
♦ E’ usata per controllare e limitare la distribuzione
di contenuti multimediali con diritti d’autore
♦ Diversi algoritmi sono utilizzati a seconda del
campo applicativo:
– I DVD usano un sistema di Content Scrambling per
prevenire la pirateria e controllare il mercato home
video
• Il sistema di cifratura è stato infranto da un giovane utente
Linux che voleva guardare film sul suo computer: è ancora
sotto processo, ma sembra non verrà perseguito
– La TV richiede una sottoscrizione: le chiavi per la
decifratura sono contenute in una smart card
programmabile
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Streaming Content Protection
♦ Internet diventerà una delle prime sorgenti per la
distribuzione di musica/film e diffusione di eventi
♦ Protocolli di Streaming come RTSP (RealSoftware) e MMS (Microsoft) sono già stati
infranti da applicazioni dedicate che falsano il
protocollo di handshake
♦ Le attuali tecniche si basano su protocolli di
autenticazione deboli a non sfruttano i più recenti
algoritmi crittografici per impedire duplicazione
dei dati
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Hard Disk Encryption
♦ I dati potrebbero essere memorizzati in forma
cifrata per ottenere maggior sicurezza
♦ Le attuali soluzioni lavorano a livello dei ‘driver’:
una API su misura cifra i dati quando si scrive su
disco e li decifra quando li copia in memoria
♦ Le implementazioni software hanno un inevitabile
impatto sulle prestazioni del sistema
♦ Problemi:
– Flessibilità: dati cifrati ed in chiaro gestito nello stesso
disco, chiave resettata ad ogni cambio di utente
– La chiave deve essere memorizzata in dispositivi tipo
smart card, il computer deve avere un lettore
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Conclusioni
♦ Le tecniche crittografiche permettono
comunicazione sicura e veloce
♦ Spesso i problemi derivano dall’implementazione:
gli algoritmi sono intrinsecamente sicuri, le
piattaforme non sempre lo sono
♦ E’ meglio adottare una soluzione pubblica che è
considerata sicura dagli esperti del settore
piuttosto che una soluzione segreta che potrebbe
avere molti difetti e bachi
♦ Il livello degli utenti potenziali conta
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