La seguridad en la red: verdades, mentiras y consecuencias Aproximación práctica a la criptografía aplicada

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1 La seguridad en la red: verdades, mentiras y consecuencias Aproximación práctica a la criptografía aplicada 1

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3 Aproximación práctica a la criptografía aplicada 1- Qué es la criptografía aplicada 2- Propiedades: autenticación, integridad, confidencialidad 3- Algoritmos: simétricos, asimétricos y hash 4- Protocolos criptográficos 3

4 1- Qué es la criptografía aplicada? La criptografía es la ciencia de la ocultación del significado de un mensaje No oculta la existencia del propio mensaje (estenografía) Lo consigue mediante el cifrado o codificación La criptografía se usa para guardar secretos Viene del griego "kryptos", que significa "escondido La criptografía aplicada es el uso de la criptografía en las TIC. 4

5 Lo opuesto a la criptografía es el criptoanálisis Consiste en descubrir los mensajes secretos Siempre ha habido una batalla entre criptógrafos (que inventan nuevos métodos) y criptoanalistas, que tratan de obtener el significado de los mensajes secretos El criptoanálisis puede ser sencillo (descifrar el método César) o casi imposible 5

6 Elementos básicos de cualquier sistema criptográfico actual: Algoritmos criptográficos Texto "en claro" o texto legible Texto cifrado Claves Generadores de números aleatorios y semillas 6

7 Algoritmos criptográficos La primera aproximación histórica se basaba en tener un algoritmo secreto conocido por un grupo El problema era la "traición" de uno de los miembros del grupo Actualmente: El algoritmo es público, todo el mundo lo conoce Cuando se empieza a usar, todo el mundo lo ataca (control de calidad). Si sobrevive, es muy seguro El algoritmo depende (al menos) de una clave, que en principio es secreta y se cambia periódicamente Si existe traición, es más fácil cambiar la clave que el algoritmo Muchos grupos distintos pueden usar los mismos algoritmos, pero con diferentes claves 7

8 Texto legible y texto cifrado Al texto legible se le aplica un algoritmo de cifrado El cual, en general, depende de una clave Por lo tanto, el algoritmo es una función matemática f() El resultado es el texto cifrado, que es el que se envía o guarda Este proceso se llama cifrado o encriptación Si al texto cifrado se le aplica el mismo algoritmo, dependiente de la misma u otra clave (según métodos), se obtiene el texto legible original Este proceso se llama descifrado o desencriptación 8

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11 Principios fundamentales de la gestión de algoritmos criptográficos La seguridad de un algoritmo criptográfico moderno reside en su clave Si las claves son débiles, la transmisión secreta tendrá una seguridad débil Hay que generar y usar claves seguras Hay que cambiar tales claves con frecuencia 11

12 La criptografía puede implementarse... Por software Permite actualizaciones y modificaciones sencillas Es más lento, dependiendo del procesador y memoria Atacable por virus, troyanos, vulnerabilidades, etc. Por hardware Más rápido Combinación de software/hardware Labores repetitivas por hardware y resto por software 12

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15 2- Propiedades de seguridad Palabras clave Integridad Privacidad Autenticación 15

16 La criptografía hace mucho más difícil esto: 16

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18 3- Algoritmos criptográficos Criptografía simétrica o de clave privada Criptografía asimétrica o de clave pública Funciones de una sola vía o one way hash 18

19 Criptografía simétrica Son los más populares y utilizados históricamente Hasta el punto que muchas personas creen que sólo existen estos métodos para cifrar y descifrar Lo esencial es la clave "K" Sirve tanto para cifrar un texto como para descifrarlo Por eso se dice que el algoritmo es simétrico Es compartido sólo entre emisor y receptor Por eso se dice que la clave es privada 19

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21 Ventajas: Son más rápido que los algoritmos de clave pública (1000 veces más rápidos) Sirven bien para sistemas criptográficos hardware Inconvenientes: Cómo se distribuye de forma segura la clave entre emisor y receptor? Es la "gestión de administración de claves" La clave no puede caer en manos no autorizadas (o no puede haber "traición") Es necesaria una clave por cada pareja de usuarios. Una red de n usuarios necesita n(n-1)/2 claves 21

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23 Algoritmo DES (cont.) Existen gran cantidad de dispositivos hardware (cortafuegos, routers, etc.) que utilizan DES También lo usan protocolos como SSL o IPSec Del total de claves posible (2 elevado a 56), existen 64 claves inseguras, pero es improbable elegirlas 56 bits de clave resulta insuficiente hoy en día para muchos usos Se puede descifrar usando un software de fuerza bruta 23

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26 Funciones de una sola vía 26

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28 Debido a su naturaleza, han estado siendo usadas en informática desde hace mucho tiempo, con diferentes nombres: Función de compresión Message digest Checksum criptográfico Message integrity check (MIC) Etc. 28

29 Utilización: Estas funciones son públicas Su seguridad no reside en el proceso, sino en la naturaleza unidireccional del mismo Su uso más habitual es garantizar integridad Ej: que un fichero no ha sido modificado El hash de un fichero será distinto si se modifica. Si se tiene almacenado el hash del fichero sin modificar, éste resulta modificado y se vuelve a calcular el hash, se obtendrá un hash distinto al primero Si se quiere verificar que alguien tiene el mismo fichero, bastará con pedir que se calcule el hash. Ambos resúmenes deben ser idénticos 29

30 Utilización con clave: En general se usan sin clave, para que cualquiera pueda verificar el hash Pero si esta propiedad no es deseada, se puede utilizar también funciones de una sola vía que dependan de una clave Código de autenticación de mensaje o MAC (Message Authentication Code) es usarlo con clave El hash es una función tanto del texto original como de la clave Sólo aquél que disponga de la clave puede verificar el valor resumen 30

31 Algoritmos más utilizados: MD5 (Message Digest version 5) Usado especialmente en su modalidad con clave (HMAC MD5) Usado en IPSec, SSL, PGP y en guardado cifrado de contraseñas (por ejemplo, en foros phpbb) Produce un hash de 128 bits SHA-1 (Secure hash algorithm) El más utilizado en entornos profesionales Produce un hash de 160 bits Usado también en su modalidad con clave (HMAC SHA-1) 31

32 Autenticación Las funciones de una sola vía pueden ser usadas para autenticación Para encriptar contraseñas para guardarlas (/etc/passwd) o transmitirlas (SSL, IPSec), y luego compararlas con las introducidas Se usa una operación MAC con una función de una sola vía (HMAC MD5 ó HMAC SHA-1) Crea un resumen dependiente de una clave privada 32

33 Criptografía asimétrica La criptografía asimétrica o de clave pública consiste en lo siguiente: Cada participante genera, según un algoritmo, una pareja de claves relacionadas entre sí: Una clave pública Una clave privada Deducir la privada, conociendo la pública, debe ser computacionalmente muy complicado La pública debe ser conocida por todo el mundo (se transmite libremente) La privada sólo la conoce su propietario, es secreta Suelen ser muy grandes, por lo menos de 1024 bits o mayores, lo cual no es fácil de recordar o mantener 33

34 Encriptación: Cualquiera que conozca la clave pública del participante A, puede cifrar un mensaje utilizando dicha clave Sólo el participante A, utilizando su clave privada, podrá descifrar el mensaje La encriptación es sencilla, pero la desencriptación es muy complicada, e imposible sin la clave privada 34

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38 Firma digital El participante A tiene un mensaje que quiere enviar a otra serie de participantes, incluido el participante B A cifra el mensaje mediante su clave privada. Como ésta es sólo suya, el propio mensaje cifrado es la firma del participante A Cualquiera, incluído B, puede descifrar el mensaje, utilizando la clave pública de A Así todos se aseguran de que el mensaje proviene de A, pues sólo él conoce su clave privada y por lo tanto sólo él pudo cifrar el mensaje 38

39 Algoritmo RSA El más popular, y se crea estándar sobre él, llamado PKCS (Public Key Cryptographic Standards) Muy seguro Muy usado en firma digital Viene de las siglas de sus creadores, que además crearon la empresa "RSA Data Security" para explotar el algoritmo RSA se basa en la factorización de grandes números Multiplicando dos números primos muy grandes Las claves pueden ser desde 768 bits (se recomienda al menos 1024) Recuperar algunos bits del mensaje original es tan difícil como descifrar el mensaje completo 39

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42 Las AC emiten certificados, y los firman digitalmente con su propia clave privada La entidad "A", que tenga un certificado emitido por la AC, se autentica ante otra entidad participante con la que quiere comunicarse ("B"), presentando el certificado en el que aparece la clave pública de "A", certificada por la AC Así, si "A" enseña su certificado, "B" puede "confiar" en que la clave pública de "A" que aparece en dicho certificado es verdadera 42

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44 Una PKI o infraestructura de clave pública es: El conjunto de hardware, software, personas, políticas y procedimientos necesarios para crear, almacenar, distribuir, gestionar y revocar certificados digitales Con una PKI es posible generar y distribuir claves en un entorno seguro, así como que las autoridades de certificación emitan claves, certificados y CRL de manera segura Dos modelos de PKI: central y jerárquico 44

45 Firma digital Con la firma digital se asegura que el origen de un mensaje es quien realmente dice ser Requisitos que debe cumplir: Fácil de generar Irrevocable, no rechazable por el firmante Única, sólo el emisor debe ser capaz de generarla Fácil de reconocer por cualquier receptor de un mensaje Debe depender del mensaje y del emisor Los requisitos de la firma digital son más fuertes que los que se impone a una firma manuscrita 45

46 Una firma digital está compuesta por una serie de datos, asociados a un mensaje que permiten asegurar: La identidad del firmante La integridad del mensaje El mensaje puede estar cifrado o no Es independiente del uso de la firma digital 46

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49 4. Protocolos criptográficos Un protocolo criptográfico es: Un protocolo que usa métodos y algoritmos criptográficos para que la comunicación sea segura Los protocolos criptográficos se crean utilizando algoritmos criptográficos y sirven, a su vez, de piezas fundamentales con las que construir sistemas criptográficos más complejos 49

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51 SSL (Secure socket layer) es un protocolo del nuevo nivel mencionado entre la capa de aplicación y la de TCP Se encarga de encriptar mensajes del nivel de aplicación y pasárselo al nivel de transporte Desencripta lo que proviene del nivel de transporte y se lo pasa al nivel de aplicación Por lo tanto SSL será utilizado por protocolos de aplicación como SSH, HTTPS, etc. 51

52 Transparencia de SSL Transparencia desde el punto de vista del usuario que navega por internet Si la web a donde vamos usa HTTPS, entonces el navegador utiliza automáticamente SSL para lograr una comunicación confidencial entre el usuario y el servidor de la página web Sin que el usuario tenga que hacer nada especial 52

53 Capacidades de seguridad que proporciona SSL: Autenticación Privacidad Extremos: Cliente SSL Suele ser un navegador web Inicia la comunicación segura Ofrece al servidor SSL una propuesta de algoritmos de seguridad a usar por ambos para la futura comunicación segura Servidor SSL Normalmente un servidor web (ej: Apache) Elije entre los algoritmos propuestos por el cliente 53

54 Definición de IPSec Conjunto de protocolos para aportar seguridad a IPv6 Definidos en los RFC 1825 a 1829, y redefinido en RFC 2401 al 2412 Se ha conseguido implementar también en IPv4 Son muy potentes Se utilizan para implementar todo tipo de redes privadas virtuales 54

55 Características de seguridad que ofrece IPSec: Integridad de los datos Autenticación del origen de los datos Privacidad de los datos 55

56 Los protocolos IPSec son: AH (Authentication Header) Proporciona autenticación e integridad ESP (encapsulating Security Payload) Proporciona confidencialidad, así como, opcionalmente, integridad y autenticación KMP (Key Management Protocol) Proporciona intercambio seguro de claves y administración de todo el proceso criptográfico de claves 56

57 Protocolo AH Se aplica una función hash HMAC (cifrado hash del mensaje y una clave secreta) al paquete de datos El hecho de que usemos una función hash nos proporciona integridad de los datos El hecho de que sea HMAC con una clave secreta compartida por los dos extremos significa que se garantiza la autenticación de los mensajes Pues sólo el otro extremo conoce la clave secreta y por lo tanto ha podido realizar el hash correctamente Se usa MD5-HMAC o SHA-1-HMAC La clave secreta se suele realizar y transmitir mediante Diffie-Hellman 57

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59 Protocolo ESP Es independiente de AH (se puede usar a la vez con él o no) Proporciona privacidad Para ello, se usa DES, 3DES o AES Opcionalmente proporciona integridad y autenticación Para ello, los algoritmos son los mismos que AH 59

60 ESP puede operar en dos modos diferentes: Modo transporte Se protege todo el paquete excepto la cabecera IP Se usa cuando entre los dos extremos no hay ningún encaminador Las direcciones IP de los extremos son de la misma red Modo túnel Se protege todo el paquete, incluyendo la cabecera IP Para ello, utilizamos una nueva cabecera IP, una pseudo-cabecera de IP En ella ponemos las direcciones IP origen y destino para que los routers intermedios puedan realizar su función Es el caso típico de las redes privadas virtuales 60

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62 Protocolo KMP Permite la administración y el intercambio seguro de todas las claves involucradas en IPSec Proporciona también una autenticación básica entre extremos Basada en mecanismos HMAC con clave secreta O basada en certificados X.509, como parte de una PKI Funcionamiento definido en el estándar IKE (Internet Key Exchange), en el RFC

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64 Alguna pregunta?, Dpto. Ingeniería Eléctrica Electrónica y de Control 64

65 Referencias Procesos y herramientas para la seguridad de redes, G Díaz y otros, ed. UNED, Riesgo y seguridad de los Sistemas Informáticos, Julián Marcelo Cocho, ed. Univ. Politécnica de Valencia, Secrets and Lies, Bruce Schneier, ed. John Wiley, Designing Network Security, Merike Kao, Cisco Press, Security Engineering, Ross Anderson, ed. John Wiley & Sons,

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