1

Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

  • Upload
    others

  • View
    23

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

1111

Dve decenija razvoja kriptologije u

Matematičkom institutu SANU

Miodrag Mihaljević

70 godina MI-SANU

Dan Odeljenja za računarstvo

Beograd, 27 maj 2016

Page 2: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

2

Roadmap

• Abstract of the Talk

• A Hystorical Prospective on Cryptology

• Cryptology and Information Security in MI-SANU

- A Summary of the Achiewements

• An Illustration of Recent Results:

- A Framework for Security Enhanced Encryption

Based on Channels with Synchronization Errors

- Information-Theoretic Security Evaluation

- Computational-Complexity Security Evaluation

• Concluding Notes

Page 3: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Abstract of the Talk

3

Page 4: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Cybersecurity

4

Page 5: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

jedan od ključnih izazova danas:

“CyberSecurity”

5

CYBERSECURITY

CRYPTOLOGY

INFORMATION SECURITY

Page 6: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

6

• Kriptologija je ključna matematička disciplina na

osnvu koje se izgradje informaciona i sajber

bezbednost.

• Ovo izlaganje sumira dostignuca tokom dve

decenije razvoja kriptologije u MI-SANU.

• Ukazuje se na ostvarene rezultate u domenima

osnovnih istrazivanja i tehnološki orijentisanih

projekata kojima je MI-SANU postao vodeca

nacionalna i regionalna institucija u oblasti

kriptologije i njenih primena za ostvarivanje

informacione i sajber bezbednosti.

• Posebno se ukazuje i na niz internacionalnih

saradnji koje su bitno doprinele visokoj

medjunarodnoj reputacji MI-SANU.

Page 7: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

I. Jedan istorijski pogled na

kriptologiju

Prvi Racunar

&

od “Veštine Tajnopisa” do Kriptologije

7

Page 8: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

8

Page 9: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Kriptoanaliza Enigme

Known plaintext attacking

scenario

• Kako dobiti

korespodentne parove

otvorenog teksta i šifrata

• ...

Paradigm of Exhaustive

Serach

• Kako pretraživati po

prostoru mogucih

hipoteza

• ...

9

Page 10: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

The working rebuilt Bomb at Bletchley Park museum. Each of

the rotating drums simulates the action of an Enigma rotor. Prvi (Elektomehanicki) računar

10

Page 11: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Radjanje

Kriptologije i Teorije Informacija

11

Page 12: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Claude Shannon (1916-2001)

12

Page 13: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Teorija Informacija i Kriptologija:

Novi Domeni Nauke

• Teorija Infrmacija

• C. E. Shannon, “A mathematical theory of communication”. Bell System Technical Journal, vol. 27, pp. 379–423 and 623–656, July and October 1948.

• Kriptologija

• C. E. Shannon "Communication Theory of Secrecy Systems". Bell System Technical Journal, vol. 28 (4), pp. 656–715, 1949.

Page 14: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Teorija Informacija i Kriptologija:

Novi Domeni Nauke

• Teorija Infrmacija

• C. E. Shannon, “A mathematical theory of communication”. Bell System Technical Journal, vol. 27, pp. 379–423 and 623–656, July and October 1948.

• Kriptologija

• C. E. Shannon "Communication Theory of Secrecy Systems". Bell System Technical Journal, vol. 28 (4), pp. 656–715, 1949.

Page 15: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Teorija Informacija i Kriptologija:

Novi Domeni Nauke

• Teorija Infrmacija

• C. E. Shannon, “A mathematical theory of communication”. Bell System Technical Journal, vol. 27, pp. 379–423 and 623–656, July and October 1948.

• Kriptologija

• C. E. Shannon "Communication Theory of Secrecy Systems". Bell System Technical Journal, vol. 28 (4), pp. 656–715, 1949.

Page 16: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Information and Coding Theory

Information Theory

Keywords

• Entropy

• Equivocation

• Channel Capacity

• ...

Coding Theory

Keywords

• Reliable Communications

• Linear Block Codes

• LDPC codes

• Decoding techniques

16

Page 17: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

KRIPTOLOGIJA

Kriptografija

(Cryptography)

• Tajnost

• Integritet

• Autentičnost

• Neporicivost

Kriptoanaliza

(Cryptanalysis)

• Tehnike provere

sigurnosti i “razbijanja”

kriptografskih algoritama

• Generičke tehnike

• Prilagodjene tehnike

• Scenariji evaluacije

17

Page 18: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

II. Cryptology and

Information Security in

MI-SANU

A Summary of the Achiewements

18

Page 19: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Kriptologija i Informaciona Bezbednost

u MI-SANU

Osnovna Istraživanja

(više od 20 godina – više

od 100 medjunarodnih

referenci)

• Medjunarodno

prepoznata kao vodeća u

nacionalnim i regionalnim

okvirima

• Intenzivna medjunarodna

saradnja (Japan, EU,

Indija, US)

Tehnička Rešenja

(više od 15 godina – više

od 50 tehničkih rešenja)

• Projekti sa vodećim

državnim i privrednim

institucijama

19

Page 20: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Ilustrativni Naučni Radovi i

Patenti

20

Page 21: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

21

Page 22: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

22

Page 23: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

23

Page 24: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

24

Page 25: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

25

Page 26: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

26

Page 27: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

27

Page 28: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Medjunarodna Saradnja

28

Page 29: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

29

Page 30: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

30

Page 31: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

31

Page 32: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

32

Page 33: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

33

Page 34: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

III. An Illustration of Recent

Results

34

Page 35: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

35353535

III.1. Introduction

Noisy Channels and Security

Enhancement of Encryption

Page 36: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Security of Encryption and

Implementation Complexity

• Mainly based on

heuristic assumptions

• Particularly when the

encryption is based

on employment of

finite state machines

• Lightweight

encryption implies

additional challenges

...

• Security

enhancement

appears as an

interesting approach

...

• Asymmetric

implementation

complexity of

encryption and

decryption also

appears as an

interesting issue 36

Page 37: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Noisy Channels

• Additive noise

• Binary Symmetric

Channel

• ...

• Binary Channels with

synchronization errors

• Bits deletion

• Bits insertion

• Bits Complementation

37

Page 38: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

III. 2. A Framework for Security

Enhancement Based on the Channels

with Synchronization Errors

38

Page 39: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

39

Desired Model of Encryption

an Attacker Should Face

Page 40: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

40

Encryption at Party I Encryption at Party II

Keystream Generator

+

Binary Channel

with

Insertion Errors

Attacker Side

Keystream Generator

+

Binary Channel

with

Deletion Errors

Page 41: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

41

A Framework for Encryption Based on Simulated Channels with

Synchronization Errors

Lightweight

Keystream Generator

+

+error correction

decoding

Lightweight

Keystream Generator

+

+

error correction

encoding

simulated channel

with sync. errors

Party-I

Party-II

stream-ciphering

stream-ciphering

error correction

encoding

simulated channel

with sync. errors

error correction

decoding

Page 42: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

42

A Framework for Encryption with Asymmetric Implementation Complexity

Lightweight

Keystream Generator

+

+error correction

decoding

Lightweight

Keystream Generator

+

+

error correction

encodingdecimation

decimation

random bits

embedding

(after channel with erasures)

(for channel with erasures)

Party-I

Party-II

stream-ciphering

stream-ciphering

Page 43: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

43

A Linear Binary Block Code

Encoding Paradigm

binary vector

Generator Matrix of

Linear Block Code

codeword

degraded codeword

with erased bitsx x x

channel with

bit erasures

Page 44: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

III.3. Particular Instantiation

Under Security Evaluation

Page 45: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

A Framework for Encryption and Decryption with

Asymmetric Implementation Complexity

Lightweight

Keystream Generator

+

Lightweight

Keystream Generator

+ decimation

random bits

embedding

Transmitting

Entity

Receiving

Entity

encryption

simulator of a

binary channel

with insertions

decryption

source of

randomness

M C X

G’

Y

YCM

G’

X

deterministic mapping

deterministic mapping

G

G

Page 46: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

III.4. Information-Theoretic

Security Evaluation

Page 47: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Preliminaries

Page 48: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost
Page 49: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost
Page 50: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Illustrative Numerical Example

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Page 51: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost
Page 52: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost
Page 53: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

III.5. Computational Complexity

Security Evaluation

Page 54: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost
Page 55: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost
Page 56: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost
Page 57: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost
Page 58: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Y. Liron and M. Langberg, “A Characterization of the Number of

Subsequences Obtained via the Deletion Channel”, IEEE Transactions

on Information Theory, vol. 61, no. 5, pp. 2300-2312, May 2015.

Page 59: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Y. Liron and M. Langberg, “A Characterization of the Number of

Subsequences Obtained via the Deletion Channel”, IEEE Transactions

on Information Theory, vol. 61, no. 5, pp. 2300-2312, May 2015.

Page 60: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost
Page 61: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost
Page 62: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost
Page 63: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Concluding Notes

Page 64: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

Osnovne Poruke

• Pre 25 godina

Kriptologija je postala

jedna od disciplina

koje se intenzivno

neguju u MI-SANU

čime se prate

savremeni i

najznačajniji tokovi u

matematici.

• Danas u MI-SANU postoji

medjunarodno

respektivna kolekcija

reultata u oblasti

kriptologije i informacione

bezbednosti koja MI-

SANU čine regionalnim

liderom u oblasti i

partnerom vodecih

svetskih centara.

64

Page 65: Dve decenija razvoja kriptologije u - MISANU · Dve decenija razvoja kriptologije u Matematičkom institutu SANU ... Kriptografija (Cryptography) • Tajnost • Integritet • Autentičnost

65

Thank You Very Much for the

Attention,

and

QUESTIONS Please!