Relatório Final Do Projeto - Luís Filipe MB

8/17/2019 Relatório Final Do Projeto - Luís Filipe MB

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Aluno: Luís Filipe Martins Barros Ra: 21000315Processamento da Informação 2016.1 – Prof.ª Cláudia Abrão

ALGORITMO DE CRIPTOGRAFIA

DES EM JAVA Relatório final do projeto


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1. INTRODUÇÃO

1.1 Contextualização

Criptografia, do grego kryptós, segredo, e graphein, escrita, é a utilização de

códigos e cifras para proteger informações sigilosas. Os primeiros registros de

mensagens criptografadas remontam à Mesopotâmia, 1500 anos antes de Cristo.

Naquela época, os materiais disponíveis para aplicar os métodos de encriptação

resumiam-se a formas de argila e aparatos para escrever nelas. Ao longo dos anos a

criptografia evoluiu até se tornar o que é hoje, uma parte fundamental da vida moderna,

presente em praticamente qualquer dispositivo capaz de enviar informações. Enquanto

antes a capacidade de codificar e decifrar mensagens era limitada pela capacidadehumana, hoje temos computadores poderosos bilhões de vezes mais velozes que

qualquer mente humana, construídos especificamente para encriptar e decifrar

mensagens digitais.

Algoritmos de criptografia modernos utilizam uma chave para transformar

sequências de dados em um emaranhado sem nexo de caracteres, tornando impossível

para usuários ou softwares descobrirem a mensagem original sem saber qual foi a chave

utilizada no processo. O algoritmo DES não é diferente. Criado no início da década de 70

pela IBM, a pedido do órgão de padronização do governo americano, que percebeu a

necessidade de ter um único sistema de criptografia para todas as trocas de informaçõesconfidenciais do Estado, este algoritmo tem como base a criptografia Lúcifer, de Horst

Feistel. Em 1976 foi decretado como padrão americano (e por consequência, tornou-se

também padrão mundial) e permaneceu assim até 1999, quando foi atualizado para

uma versão mais forte, o Triplo-DES, devido ao medo que as novas gerações de

supercomputadores seriam capazes de quebrar a criptografia por força bruta. A

alteração para 3-DES foi somente um paliativo até que um novo padrão pudesse ser

estabelecido, o que ocorreu em 2002 com o surgimento do AES, substituto definitivo do

DES. Entretanto, a versão simples do DES continuou a ser utilizada em larga escala até

2004 e o 3-DES continuará a ser utilizado até 2030 para informações sensíveis, mas que

não chegam a ser confidenciais.

A criptografia DES está definida em um documento oficial do National Institute

of Standards and Technology (NIST), órgão de padronização americano. Detalhes do

processo, como as tabelas de permutação e as tabelas S-Boxes, que são a alma do

processo de encriptação, podem ser verificados neste arquivo, que está disponível no

site oficial do órgão. O fluxograma a seguir sintetiza todo o procedimento, desde a

estrada até a saída final do sistema:


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Figura 1. Fluxograma do algoritmo de encriptação DES.

Como é possível perceber na imagem acima, 16 chaves são utilizadas, que são

obtidas da chave principal através de vários deslocamentos de bits.

1.2 Motivação

A motivação para a escolha deste projeto foi a relevância do tema e sua presença

no cotidiano da vida moderna. A compreensão do funcionamento de algoritmos decriptografia e capacidade de implementá-los pode ser uma habilidade útil em diversas


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carreiras, especialmente aquelas ligadas à ciência da computação. A escolha do DES se

deve ao fato de ser um padrão amplamente utilizado, com grau de complexidade

adequado para um programador de nível intermediário, e ainda pela sua similaridade

ao 3-DES, que é relevante até os dias atuais. A linguagem Java foi preferida em relação

ao Portugol por estar presente em praticamente qualquer dispositivo tecnológico

informacional, e por sua riqueza de bibliotecas e funções que podem ser úteis na

implementação do algoritmo.

1.3 Objetivos

O objetivo primário do trabalho é construir um projeto em Java que aplique

algoritmo DES para encriptar uma mensagem de 8 caracteres ASCII, ou seja, 64 bits. Para

isso, o programa receberá uma chave de 8 caracteres ASCII, como uma senha. A saída

do programa deverá ser uma sequência de 64 bits. Além disso, deverá ser construídooutro projeto em Java para realizar a decriptografia, tendo como entrada a sequência

obtida do outro projeto e a mesma chave que foi utilizada. A saída deverá ser

exatamente igual à mensagem de 8 caracteres que foi a entrada do primeiro programa.

Após o sucesso do objetivo primário, achei razoável definir alguns objetivos

secundários opcionais, para serem implementados a depender do tempo restante para

a entrega do trabalho. São eles:

Fazer com que seja possível criptografar e decriptografar séries de dados de

qualquer tamanho, e não só 64 bits.

Fazer com que seja possível criptografar e decriptografar arquivos do

computador do usuário.

Implementar interface gráfica para tornar a utilização mais amigável ao usuário.

Implementar a opção de criptografar e decriptografar com algoritmo 3-DES.

2. DESENVOLVIMENTO

Neste projeto foram utilizadas diversas variáveis, a maior parte deles vetores e

matrizes, alguns de inteiros, outros de chars ou strings. Além disso, alguns vetores foram

usados para inserir as tabelas de permutação e expansão. Para a criptografia, as

principais variáveis do módulo main estão dispostas a seguir, com seus respectivos

significados:

key - chave ascii, 8 caracteres ascii

key_int - chave decimal, separada em 8 blocos

key_bin - chave binário, separada em 8 blocos

key_in - chave pronta para o processo, vetor de 64 posiçõeskey_pc1 - chave após passar pela pc1


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key_left - matriz do bloco esquerdo da chave e subchaves

key_right - matriz do bloco direito da chave e subchaves

subkey - matriz de subchaves concatenadas

subkey_pc2 - matriz das subchaves após passar pela pc2

subkey_pc2_char - subkey_pc2 transformada em char

msg - mensagem que será criptografada

data - dados em ascii, 8 caracteres ascii

data_int - dados em decimal, separado em 8 blocos

data_bin - dados em binário, separado em 8 blocos

data_in - dados que entrarão no proceso, vetor de 64 posições

data_in_ip - data_in após passar pela permutação inicial

data_left - bloco da esquerda para as rodadas de encriptação

data_right - bloco da direita para as rodadas de encriptação

data_r_exp - data_right após passar pela expansão

data_r_xor - data_r_exp após xor com subkey_pc2_chardata_sbox - data_r_xor após passar pelas sbox (outro método)

data_feistel - data_sbox após passar por permutação P

data_xor_left - data_feistel após xor com data_left

data_concat - blocos direito e esquerdo concatenados após 16 rodadas de

encriptação

data_out - dados criptografados em binário (data_concat após permutação

final)

output - mensagem criptografada

As variáveis criadas para realizarem permutações são estas a seguir:

pc1 - vetor da tabela de permutação choice 1

pc2 - vetor da tabela de permutação choice 2

ip - vetor da tebela de permutação inicial

exp - vetor da tabela de expansão para o bloco da direita

p - vetor da permutação no fim da função feistel

fp - vetor da tabela de permutação final

As variáveis da decriptação são, na maior parte, as mesmas. A única grande

diferença entre os dois processos é que a primeira subchave se tornará a última, asegunda se tornará a penúltima e assim sucessivamente.

Tanto a criptografia como a decriptografia possuem duas funções: a função main

e a função sbox, que é responsável pela aplicação das tabelas de transformação. Esta

função usa as seguintes variáveis:

data_r_xor - bloco de dados da direita que passou por xor com uma subchave

sub - matriz dividida em 8 blocos de 6 bits

data_sbox - dados após processo das sboxes, divididos em grupos de 4

data_sbox_out - data_sbox concatenada em um único vetor


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Além disso, uma matriz tridimensional foi construída para armazenar os valores

das 8 tabelas de substituição que são necessárias:

sbox - matriz tridimensional com todas as 8 tabelas de substituição

3. SIMULAÇÃO E TESTES

3.1 Funcionamento do sistema

Ao iniciar o programa de criptografia, a seguinte mensagem é exibida na

interface:

Figura 2. Mensagem inicial exibida na execução do programa. Aqui, a mensagem que será trabalhada é

a string ‘mensagem’.

O usuário deve então entrar com o texto que deseja encriptar. Não é necessário

que tenha exatamente 8 caracteres, ele pode conter qualquer tamanho que for

necessário. Então, o programa pede a chave que será aplicada, que deverá conter

exatamente 64 bits:

Figura 3. Chave sendo solicitada ao usuário. Ela deve conter exatamente 64 bits, ou seja, 8 caracteres da

tabela ASCII padrão. Dois caracteres desta chave podem ser substituídos por um caractere de 16 bits databela ASCII expandida. Neste exemplo, a chave é a string ‘segredos’.


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Com estas entradas, o programa fornecerá como saída uma sequência de zeros

e uns, correspondente a mensagem criptografada:

Figura 4. Saída da mensagem criptografada.

Também é criado um arquivo chamado out_crip.txt na pasta do projeto, com a

sequência encriptada gravada nele.

Já o projeto de decriptografia começa exibindo a seguinte mensagem:

Figura 5. Mensagem inicial exibida na execução do programa de decriptografia. Aqui, a mensagem que

será trabalhada é a sequência obtida na saída da criptografia.

Esta entrada precisa necessariamente ter como tamanho um valor múltiplo de

64 bits, pois a decriptografia atua em blocos de 64 bits. Após isso, o programa pedirá a

chave de encriptação. Para obter os dados iniciais, devemos utilizar a mesma chave:

Figura 6. Chave sendo solicitada ao usuário. Deve-se usar a mesma chave do programa anterior.


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Por fim, o programa irá devolver a mensagem original. Além disso, também cria

um arquivo de texto chamado out_decrip.txt com a saída:

Figura 7. Saída da mensagem decriptografada.

Como é possível perceber, a saída do programa de decriptação equivale a

entrada do programa de encriptação.

3.2 Exemplos de execução do sistema

O código de criptografia é capaz de atuar em strings de qualquer tamanho, e o

de decriptografia é capaz de atuar em sequências de zeros e uns de tamanhos múltiplos

de 64. Vamos ver alguns exemplos de execução dos códigos para provar a sua

funcionalidade.

Utilizando chaves diferentes para a encriptação e decriptação, a saída final deveser diferente da mensagem:


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Deve ser possível atuar em mensagens menores que 8 caracteres:

Deve ser possível atuar em mensagens de mais de 8 caracteres:

A saída é muito grande para caber no recorte, mas foi criptografada com sucesso.


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4. CONCLUSÕES

O objetivo principal foi totalmente atingido, o algoritmo DES foi implementado

com sucesso. Dos objetivos opcionais, apenas o primeiro foi implementado. Osprogramas encriptam e decifram mensagens de qualquer tamanho.

Um ponto positivo do algoritmo é que ele cria um arquivo com a saída do

programa, facilitando para o usuário nos casos de mensagens muito grandes. Um ponto

negativo é que foram criados dois projetos distintos, um para criptografar e outro para

decifrar, o que aumenta o trabalho necessário para todo o processo

Nesta seção a equipe deverá comentar se os objetivos propostos na introdução

e os algoritmos desenvolvidos foram capazes de solucionar o problema abordado ou

não, baseados nos exemplos apresentados. Deverá ainda comentar sobre os pontospositivos e negativos do algoritmo e da implementação.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Federal Information Processing Standards. FIPS 46-3, Data Encryption

Standard. 1976. Disponível em: http://csrc.nist.gov/publications/fips/fips46-3/fips46-

3.pdf .

[2] WIKIPEDIA. Cryptography. Disponível em:

https://en.wikipedia.org/wiki/Cryptography.

[3] WIKIPEDIA. Data Encryption Standard. Disponível em:

https://en.wikipedia.org/wiki/Data_Encryption_Standard.

[4] WIKIPEDIA. DES supplementary material. Disponível em:

https://en.wikipedia.org/wiki/DES_supplementary_material.

[5] DES Step-by-step. Disponível em: http://dhost.info/pasjagor/des/start.php.

6. APÊNDICE

Projetos Java utilizados:

Des_cripv2 – projeto que faz a encriptação

Des_decrip - projeto que faz o deciframento

Cada um deles possui um código, de mesmo nome.
http://csrc.nist.gov/publications/fips/fips46-3/fips46-3.pdfhttp://csrc.nist.gov/publications/fips/fips46-3/fips46-3.pdfhttp://csrc.nist.gov/publications/fips/fips46-3/fips46-3.pdfhttp://csrc.nist.gov/publications/fips/fips46-3/fips46-3.pdfhttps://en.wikipedia.org/wiki/Cryptographyhttps://en.wikipedia.org/wiki/Cryptographyhttps://en.wikipedia.org/wiki/Data_Encryption_Standardhttps://en.wikipedia.org/wiki/Data_Encryption_Standardhttps://en.wikipedia.org/wiki/DES_supplementary_materialhttps://en.wikipedia.org/wiki/DES_supplementary_materialhttp://dhost.info/pasjagor/des/start.phphttp://dhost.info/pasjagor/des/start.phphttp://dhost.info/pasjagor/des/start.phphttp://dhost.info/pasjagor/des/start.phphttps://en.wikipedia.org/wiki/DES_supplementary_materialhttps://en.wikipedia.org/wiki/Data_Encryption_Standardhttps://en.wikipedia.org/wiki/Cryptographyhttp://csrc.nist.gov/publications/fips/fips46-3/fips46-3.pdfhttp://csrc.nist.gov/publications/fips/fips46-3/fips46-3.pdf

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