Криптографические алгоритмы Массимо Бертаччини

Algorytmy kryptograficzne. Przewodnik po algorytmach w blockchain, kryptografii kwantowej, protokołach o wiedzy zerowej oraz szyfrowaniu homomorficznym

Massimo Bertaccini

Naruszenie bezpieczeństwa systemu lub poufności danych to nie tylko kwestia utraty ważnych informacji, strat finansowych czy wizerunkowych. W skrajnych wypadkach może to być sprawa zdrowia i życia wielu ludzi. W świecie, w którym rozmaici przestępcy doskonalą swój arsenał, kryptografia i cyberbezpieczeństwo nabierają nowego znaczenia, a umiejętność efektywnej implementacji algorytmów kryptograficznych kolejnych generacji staje się cennym atutem.

Ta książka ułatwi studentom i inżynierom zrozumienie zasad działania algorytmów kryptograficznych następnej generacji. Przedstawiono w niej koncepcje algorytmów symetrycznych i asymetrycznych, jak również omówiono wszystkie nowoczesne techniki uwierzytelniania, przekazywania danych i wyszukiwania danych szyfrowanych. Wyjaśniono także techniki ochrony przed szpiegowaniem i hakerami. Zaprezentowano informacje o algorytmach Evolute o wiedzy zerowej, konsensusie w technologii blockchain, krzywych eliptycznych, kryptografii kwantowej i wyszukiwaniu homomorficznym. Nie zabrakło wyczerpującej prezentacji technik ataków i kryptoanalizy ważniejszych algorytmów stosowanych w informatyce.

W książce między innymi:

• kluczowe koncepcje kryptografii, algorytmy, protokoły i standardy
• efektywna implementacja algorytmów kryptograficznych
• nowe schematy i protokoły dla technologii blockchain i kryptowalut
• pionierskie algorytmy kryptografii kwantowej
• przeprowadzanie ataków na zaszyfrowane dane

Algorytmy: poznaj serce kryptografii nowej generacji!

O autorze

Massimo Bertaccini jest badaczem i przedsiębiorcą. Zajmuje się kryptografią, cyberbezpieczeństwem i technologią blockchain. Razem z zespołem inżynierów opracował i zaimplementował pierwszy na świecie silnik wyszukiwania, który potrafi działać z danymi zaszyfrowanymi. Obecnie wykłada modele matematyczne na EMUNI University.

Spis treści:

O autorze

O korektorze merytorycznym

Wprowadzenie

CZĘŚĆ 1. Krótka historia i zarys kryptografii

ROZDZIAŁ 1. Pierwsze kroki w kryptografii

• Krótkie wprowadzenie do kryptografii

  Liczby systemu dwójkowego, kod ASCII i notacje

  Wielkie twierdzenie Fermata, liczby pierwsze i arytmetyka modularna

• Krótka historia kryptografii i ogólne omówienie algorytmów kryptograficznych

  Kamień z Rosetty

  Szyfr Cezara

  ROT13

  Szyfr Beale'a

  Szyfr Vernama

• Uwagi dotyczące bezpieczeństwa i mocy obliczeniowej
• Podsumowanie

CZĘŚĆ 2. Kryptografia klasyczna (szyfrowanie symetryczne i asymetryczne)

ROZDZIAŁ 2. Wprowadzenie do szyfrowania symetrycznego

• Notacje i operacje w logice boolowskiej
• Rodzina algorytmów DES

  Simple DES

  DES

  Triple DES

  DESX

• AES Rijndael

  Ogólne omówienie algorytmu AES

  Ataki na AES i luki w zabezpieczeniach tego algorytmu

• Podsumowanie

ROZDZIAŁ 3. Szyfrowanie asymetryczne

• Wprowadzenie do szyfrowania asymetrycznego

  Pionierzy

• Algorytm Diffiego-Hellmana

  Logarytm dyskretny

  Wyjaśnienie algorytmu D-H

  Analiza algorytmu

  Kryptoanaliza algorytmu D-H i potencjalnych ataków na niego

• RSA

  Omówienie algorytmu RSA

  Analiza RSA

  Konwencjonalne ataki na algorytm RSA

  Zastosowanie algorytmu RSA do weryfikacji przestrzegania umów międzynarodowych

  Ataki niekonwencjonalne

• PGP
• Algorytm ElGamal
• Podsumowanie

ROZDZIAŁ 4. Wprowadzenie do funkcji skrótu i podpisów cyfrowych

• Ogólne omówienie funkcji skrótu
• Ogólne omówienie najważniejszych algorytmów generowania skrótu

  Logika i notacje używane podczas implementacji funkcji skrótu

  Omówienie algorytmu SHA-1

  Uwagi i przykład SHA-1

• Uwierzytelnianie i podpis cyfrowy

  Podpis cyfrowy w RSA

  Podpis cyfrowy i algorytm ElGamal

  Podpis ślepy

• Podsumowanie

CZĘŚĆ 3. Protokoły i algorytmy nowej kryptografii

ROZDZIAŁ 5. Wprowadzenie do protokołów z wiedzą zerową

• Najważniejsze zastosowanie protokołu o wiedzy zerowej: jaskinia cyfrowa

  Nieinteraktywny protokół o wiedzy zerowej

  Interaktywny protokół o wiedzy zerowej Schnorra

  Wprowadzenie do zk-SNARK - upiorna matematyka księżycowa

  zk-SNARK w kryptowalucie Zcash

  Jednorundowy protokół o wiedzy zerowej

  ZK13 - protokół o wiedzy zerowej do uwierzytelniania i przekazywania klucza

• Podsumowanie

ROZDZIAŁ 6. Nowe algorytmy w kryptografii klucza prywatnego i publicznego

• Geneza algorytmu MB09
• Wprowadzenie do algorytmu MB09

  Omówienie systemu MB09

• Wprowadzenie do algorytmu MBXI

  Przykład liczbowy zastosowania algorytmu MBXI

• Niekonwencjonalne ataki na RSA
• Podpisy cyfrowe w MBXI

  Metoda bezpośredniego podpisu cyfrowego w MBXI

  Metoda podpisu cyfrowego z załącznikiem w MBXI

  Matematyczne aspekty podpisu cyfrowego w algorytmie MBXI

• Ewolucja algorytmów MB09 i MBXI - wprowadzenie do MBXX

  Omówienie protokołu MBXX

• Podsumowanie

ROZDZIAŁ 7. Krzywe eliptyczne

• Ogólne omówienie krzywych eliptycznych
• Operacje na krzywych eliptycznych

  Mnożenie skalarne

• Implementacja algorytmu Diffiego-Hellmana w krzywych eliptycznych
• Krzywa eliptyczna secp256k1 - podpis cyfrowy bitcoina

  Krok 1. Generowanie kluczy

  Krok 2. Podpis cyfrowy w secp256k1

  Krok 3. Weryfikacja podpisu cyfrowego

• Przykład liczbowy dotyczący podpisu cyfrowego i krzywej secp256k1
• Ataki na ECDSA i bezpieczeństwo krzywych eliptycznych

  Krok 1. Odkrycie losowo wybranego klucza, [k]

  Krok 2. Odtworzenie klucza prywatnego, [d]

• Rozważania o przyszłości kryptografii krzywych eliptycznych
• Podsumowanie

ROZDZIAŁ 8. Kryptografia kwantowa

• Wprowadzenie do mechaniki kwantowej i kryptografii kwantowej
• Eksperyment myślowy pomocny w zrozumieniu elementów mechaniki kwantowej

  Krok 1. Superpozycja

  Krok 2. Nieoznaczoność

  Krok 3. Spin i splątanie

• Kryptografia kwantowa
• Przekazywanie klucza kwantowego - BB84

  Krok 1. Inicjalizacja kanału kwantowego

  Krok 2. Przekazywanie fotonów

  Krok 3. Określenie klucza współdzielonego

• Potencjalne ataki i problemy techniczne
• Obliczenia kwantowe
• Algorytm faktoryzacji Shora

  Krok 1. Inicjalizacja kubitów

  Krok 2. Losowy wybór liczby - a

  Krok 3. Pomiar kwantowy

  Krok 4. Znalezienie właściwego kandydata - (r)

• Kwantowa transformacja Fouriera

  Krok 5. Rozkład na czynniki (n)

  Uwagi dotyczące algorytmu faktoryzacji Shora

• Kryptografia postkwantowa
• Podsumowanie

CZĘŚĆ 4. Szyfrowanie homomorficzne i silnik CSE

ROZDZIAŁ 9. Silnik Crypto Search Engine

• Wprowadzenie do CSE - homomorfizm
• Częściowy homomorfizm w algorytmie RSA
• Analiza szyfrowania homomorficznego i jego implikacje

  Matematyka i logika kryjące się za silnikami wyszukiwania

• Wprowadzenie do drzew w teorii grafów
• Kod Huffmana
• Skrót i logika boolowska
• Omówienie silnika CSE
• Innowacje w silniku CSE
• Analiza mocy obliczeniowej w silniku CSE

  Przykład złamania szyfrowania za pomocą techniki brute force

• Zastosowania silnika CSE
• Podsumowanie