Algorithmes de Chiffrement

Communications s curis es

Abderrazak JEMAI

Plan

" Quelques d finitions

" Algorithmes sym triques

" Algorithmes asym triques

" Communications s curis es

Introduction

Communication s curis e -

" Pour assurer une communication s curis e, on doit assurer:

La confidentialit , Seul le destinataire peut conna tre le

contenu des messages qui lui sont transmis.

Lauthentification, le destinataire dun message doit

pouvoir sassurer de son origine. Un intrus ne doit pas se

faire passer pour quelquun dautre.

Lint grit des donn es, le destinataire doit pouvoir

sassurer que le message na pas t modifi en chemin.

La non r pudiation, Un exp diteur ne doit pas pouvoir,

par la suite, nier tort avoir envoy un message.

Introduction et D finitions

" Donn es chang es (cid:1) risque dinterception des

donn es.

" Solution : chiffrer la communication

" D finition : Le chiffrement est une technique

destin e rendre les donn es illisibles pour les

personnes non autoris es

(cid:1)Le chiffrement permet dassurer la confidentialit ,

lint grit des donn es et lauthentification de

l metteur.

Le chiffrement permet dassurer

" La confidentialit : Les donn es sont chiffr es,

donc illisibles par une tierce personne non

autoris e (ne poss dant pas les cl s de

d cryptage).

" Int grit : Toute modification des donn es

(message) les rend incoh rentes par rapport sa

signature (empreinte/hash_code)

" Authentification : Si on arrive d crypter un

message M par la cl publique Kp de la personne

A, on est sure quil ny a que A qui lavait

encrypt (et emis).

Cryptographie

" La cryptographie est lensemble des connaissances et des

techniques ayant pour but de rendre illisibles des messages

aux observateurs autres que les destinataires l gitimes.

" Le chiffrement est un m canisme de s curit utilise pour

transformer les donn es dune forme intelligible (texte en

clair) en une forme inintelligible (texte chiffr ) pour

apporter la confidentialit . La transformation inverse est

appel e d chiffrement .

" Trois types dalgorithmes cryptographiques peuvent tre

distingu s: les algorithmes de chiffrement cl secr te

(sym triques), es algorithmes de chiffrement cl

publique (asym trique), et les algorithmes de chiffrement

hybride.

Chiffrement sym trique

" Le cryptage sym trique fonctionne l'aide d'une et unique cl , qui

permet la fois de crypter les donn es et de les d crypter.

" Pour changer des donn es crypt es entre deux personnes, il faut que

les deux personnes soient en possession de la cl de cryptage

sym trique (appel e cl secr te) .

Cl secr te de

Pierre

Cl secr te de

Pierre

Sp cificit et Probl mes du

cryptage sym trique

" Il faut pouvoir changer la cl secr te travers le

r seau de mani re s curis e

" Toute personne malveillante pouvant procurer la

cl secr te, elle peut d chiffrer le message.

" Authentification : Il n'y a pas besoin de garantir

l'identit de l'exp diteur.

" Pour chaque communication s curis e, il faut

pouvoir poss der une cl . Ce qui engendre une

multiplication de cl s, et ainsi, un probl me de

gestion des cl s appara t.

Exemples dalgorithmes

cryptage sym trique

Il existe plusieurs algorithmes qui fonctionnent sur ce principe :

" DES (Digital Encryption Standard) est lalgorithme cl sym trique

historiquement le plus connu (cl s de 56 bits).

" La version am lior e est le Triple DES qui consiste chiffrer

successivement trois fois de suite avec deux ou trois cl s diff rentes.

Cet algorithme tend devenir lun des moins performant.

IDEA (International Data Encryption Algorithm) est un algorithme

assez r cent (1992) qui effectue un chiffrement par blocs de 64 bits

avec des cl s de 128 bits. Son fonctionnement est proche de DES

" AES

(Advanced Encryption Standard)

: fait pour remplacer

lutilisation de DES, Les longueurs de cl s pr vues sont de 128, 192 et

256 bits.

" On peut aussi citer RC2, RC4, RC5 (Rivest's Code #4, #5 1987) ou

BLOWFISH (1993).

Avantages et Inconv nients des

chiffrements sym triques

" Avantages :

Rapide en g n ral (d pend de la taille de la cl )

" Inconv nients :

Ne permet pas la signature lectronique (pas seulement

lutilisateur qui peut reproduire la Signature)

Probl me de distribution de cl s : N cessite une

transmission s curis e de la cl secr te au destinataire.

Gestion de cl s secr tes

" Probl me de gestion de cl s : Pour N personnes (cid:1) N(N-1)/2 cl s

Solution ce probl me Cryptographie cl publique, ou

cl asym trique

Chiffrement asym trique

" Contrairement au syst me cl sym trique, ici, deux cl s

sont n cessaires pour tablir une communication s curis e.

" La premi re cl demeure priv e, alors que la deuxi me est

publique.

" G n ralement, on chiffre le message exp dier l'aide de

la cl publique du destinataire, et ce dernier, utilise sa cl

priv e pour le d chiffrer.

" L'avantage d'un tel syst me r side dans le fait qu'aucun

partage de secret n'est n cessaire

" La cl priv e n'est connue que de son propri taire

" La cl publique est accessible tous mais aucune

technique simple n'existe pour retrouver la cl priv e

partir de la cl publique

Sp cificit des cl s asym triques

" Ce qui est chiffr avec une des cl s ne peut

tre d chiffr que par lautre cl

" La connaissance dune des cl s ne permet

pas de d duire lautre.

" Tout utilisateur poss dant une cl publique

peut crypter des informations, mais est dans

l'impossibilit de les d crypter

Chifrement cl s asym triques

Avantage et inconv nient des

chiffrements asym triques

" Avantages :

R sout le probl me de gestion de cl s

Permet la signature lectronique

Utilise deux cl s distinctes, lune ne permettant pas de

retrouver lautre

" Inconv nients du chiffrement asym trique

Lent pour une utilisation intensive en chiffrement

(utilisation pour change de cl s de session ou pour la

signature)

Probl mes des cl s publiques

" lutilisation dun couple de cl s entra ne la

n cessit de publication, en toute confiance, de la

cl publique.

" La cl est elle bien celle appartenant la personne

avec qui les changes sont envisag s. Rien ne

garantit A que c'est bien la cl publique de B

qu'il re oit (Man in the middle).

" La cl est elle toujours valide

(cid:1) Probl me de confiance

Exemples dalgorithmes cl

asym triques

" Lalgorithme Diffie-Hellman :

" Lalgorithme RSA

Ron Rivest, Adi Shamir et Leonard Adleman, il est le

plus populaire des algorithmes cl publique.

Les cl s publiques et priv es sont des fonctions dune

paire de grands nombres premiers

Cet algorithme est 1000 fois plus lent que les

algorithmes cl sym trique tel que DES.

Les donn es chiffrer doivent tre au moins inf rieures

la taille de la cl publique, une cl publique de 1024

bits ne peut chiffrer que des donn es de moins de 1023

bits

Lalgorithme RSA

" Choisir al atoirement 2 grands nombres premiers p

et q (> 100 chiffres chacun)

" Calculer n = pq

" Choisir un petit entier impair e premier avec F(n).

F(n) = (p- 1) (q 1)

" Calculer d inverse de e modulo F(n).

" La cl publique P est P = (e,n)

" La cl priv e S est S = (d,n)

" Chiffrement (M) = Me mod n

" D chiffrement (C) = Cd mod n

Chiffrement hybride

Notion de cl de session -

" Le chiffrement asym trique est plus s curis . Mais Tr s

lent.

" Des donn es crypt es en utilisant le cryptage asym trique

peuvent mettre jusqu' 1000 fois plus de temps pour tre

d crypt es par rapport au cryptage sym trique

" Solution

: Les

deux

cryptages

sont

utilis s

simultan ment :

Le cryptage asym trique (plus s curis ) permet d' changer la cl

secr te utilis e par le cryptage sym trique.

Par la suite, le cryptage sym trique (plus rapide) est utilis pour la

suite de la communication. Dans ce cas la cl secr te est appel e

cl de session.

Echange de la cl de session

Le protocole entre A et B a la forme suivante :

" A tire une cl de session k.

" B envoie sa cl publique A.

" A chiffre k avec la cl publique de B et envoie le

r sultat B.

" B le d chiffre avec sa cl priv e.

" A et B communiquent en utilisant un protocole

sym trique donc la cl est k.

Echange de la l de session

" Ainsi on viens de voir comment assurer la confidentialit dun message via le

chiffrement

" Comment le chiffrement pemet de contr ler lint grit dun message.

(cid:1) Fonction de Hachage

Fonction de Hachage

" Pour contr ler l'int grit d'un

message, on utilise la fonction

de hachage

" Elle permet de v rifier si le

message a t alt r ou non ?

" Le message est converti en une

inf rieure

taille

cha ne de

fixe appel e : empreinte (ou

condens ).

Propri t s des fonctions de

hachage

" Grande dispersion: Un petit cart entre deux

documents doit cr er un grand cart entre deux

messages(empreintes).

" Absence de collisions : Deux documents diff rents

ne doivent avoir qu'une chance tr s faible de

donner la m me empreinte.

" Inversion impossible (sens unique) : il est facile de

calculer lempreinte dune cha ne mais retrouver

lempreinte est quasi

la cha ne partir de

impossible.

" Facilit de calcul

Exemples de fonctions de

hachage

" Deux fonctions parmi les plus populaires:

" MD5 : Message Digest (Version 5) est un

algorithme cr en 1991 par Ron Rivest des

RSA Laboratories ,

" SHA-1

: Le Secure Hash Algorithm

(Revision 1) a t d velopp en 1993 par le

NIST et r vis en 1994.

MD5 vs SHA-1

" MD5 :

MD5 produit une empreinte sur 128 bits. Il est rapide

sur des machines 32 bits. Tr s employ pour effectuer

des checksums anti-virus sur les syst mes de fichiers.

" SHA-1 :

Il r alise des empreintes sur 160 bits, ce qui le rend plus

robuste que MD5, mais galement plus lent.

Il est pr vu pour travailler sur des documents de 264

bits de longueur

Cet algorithme r alise une dispersion telle que de

changer un bit du document, change en moyenne la

moiti des bits de l'empreinte.

La probabilit que deux documents aient la m me

empreinte est de (1048).

Cryptographie et fonction de

hachage

" En combinant le syst me de cryptographie

et une fonction de hachage, on peut obtenir

une signature lectronique.

" La signature lectronique garantit la fois

l'int grit du message et son

authentification.

Signature num rique

" Chiffrer un document avec sa cl priv e engendre une

signature num rique s re du document, car seul

propri taire de la cl priv e a t capable de le chiffrer.

" Lalgorithme cl publique RSA permet deffectuer de telles

signatures

" Dans les applications pratiques, les algorithmes cl

publique sont inefficaces pour signer de longs documents.

" Au lieu de signer le document entier, on signe lempreinte du

document (fonction de hachage).

" La vitesse est beaucoup plus lev e et comme les chances

davoir deux documents diff rents ayant la m me empreinte

sont tr s faibles, signer lempreinte est aussi fiable que signer

le document tout entier

Signature dun document

1. Le message est hach ; il en r sulte un r sum

2. Ce r sum est crypt gr ce la cl priv e ;

(cid:1) il en r sulte la signature

3. La signature est rajout e au message

4. Le message sign peut tre envoy

Echange dun document sign

" On re oit 2 parties : Le message et sa signature

" Hachage du message (cid:1) un r sum

" La signature est d crypt e par la cl publique de

lexp diteur : on retrouve le r sum de lexp diteur

" Les deux r sum s sont compar s : sils sont identiques, le

message est int gre.

Structures des signatures

" Deux

structures de

signatures normalis es

existent :

Structure bas e sur les sp cifications PKCS (Public

Key Cryptography Standards), plus particuli rement

PKCS# 7 (Nov. 1993)

Structure

bas e

sur

norme

XML

DigSig(Recommandation W3C, F v. 2002)

" Les diff rences portent sur la structure de la

signature :

Dans le contexte PKCS, la structure de la signature est

exprim e selon le formalisme ASN.1

Dans le contexte XML, la structure de la signature est

conforme un sch ma XML

Les Certificats

" Un certificat num rique (aussi appel certificat

lectronique) est un fichier permettant de certifier l'identit

du propri taire d'une cl publique

" Un certificat est g n r dans une infrastructure cl s

publiques (aussi appel IGC PKI pour Public Key

Infrastructure) par une autorit de certification

(Certification Authority , CA) qui a donc la capacit de

g n rer des certificats num riques contenant la cl

publique en question.

" Les certificats sont normalis s par la norme X509 qui

d finit des champs de bases (X509) ainsi que des

extensions (X509v3). Le cadre d'utilisation est normalis

par la RFC 3280.

Norme X.509 version 3

" Cette norme comporte :

La version du certificat X.509 (actuellement la V3)

Le num ro de s rie

L'algorithme de signature

Le nom de l' metteur (autorit de certification)

La date de d but de fin de validit

L'adresse lectronique du propri taire

La cl publique transmettre

Le type de certificat

L'empreinte du certificat (signature lectronique)

Certificat X509 sign

" La signature lectronique est g n r e par l'autorit

de certification l'aide d'informations personnelles

du client en utilisant sa propre cl priv e.

Diff rents formats de

pr sentation dun certificat X509

" La d finition du certificat dans le standard X.509

utilise la notation ASN.1

" Le passage de cette d finition abstraite un

certificat num rique se fait en appliquant les r gles

d'encodage DER (Distinguished Encoding Rules).

" On trouve les formats suivants :

Le format DER

Encoding RulesRulesRulesRules):):):):

Distinguished Encoding

Le format DER ((((Distinguished

Encoding

Distinguished

Le format DER

Le format PEM

Enhanced Mail):Mail):Mail):Mail):

Privacy Enhanced

Le format PEM ((((Privacy

Le format PEM

Enhanced

Privacy

Le format PEM

Le format PKCS#12

V rification dun certificat

" On sassure de la provenance dune cl publique

en v rifiant la signature qui y a t appos e

laide de

lautorit de

certification (CA).

la cl publique de

" On na plus besoin de faire directement confiance

toutes les cl s publiques en circulation mais

seulement celles des autorit s de certification.

" V rifier un certificat revient :

V rifier si on est dans la p riode de validit du certificat

V rifier si le certificat est r voqu

V rifier la signature du certificat (empreinte chiffr e)

V rification dun certificat

Des certificats pour qui?

" Les certificats servent principalement dans

trois types de contextes :

Le certificat client

Le certificat serveur .

Le certificat VPN

Certificat client

" Le certificat client est souvent stock sur le poste

de travail de l'utilisateur ou embarqu dans un

conteneur tel qu'une carte puce.

" Il permet d'identifier un utilisateur et de lui

associer des droits.

" Dans la plupart des sc narios il est transmis au

serveur lors d'une connexion, qui affecte des droits

en fonction de l'accr ditation de l'utilisateur.

" Il s'agit d'une v ritable carte d'identit num rique

utilisant une paire de cl asym trique d'une

longueur de 512 1024 bits.

Certificat serveur

" Le certificat serveur install sur un serveur web

permet d'assurer le lien entre le service et le

propri taire du service.

" Dans le cas d'un site web, il permet de garantir que

l'URL et en particulier le domaine de la page web

appartiennent bien telle ou telle entreprise.

" Il permet aussi de s curiser les transactions avec

les utilisateurs gr ce au protocole SSL.

Le certificat VPN

" Le certificat VPN est un type de certificat install

dans les quipement r seaux,

" Il permet de chiffrer les flux de communication de

bout en bout entre deux points (par exemple deux

sites d'une entreprise).

" Dans ce type de sc nario, les utilisateurs poss dent

un certificat client, les serveurs mettent en oeuvre

les quipements de

un certificat serveur et

communication utilisent un certificat particulier

(g n ralement un certificat IPSec).

Domaines dutilisation des

certificats

r pondent

certificats

des besoins

" Les

particuliers. Les principaux sont les suivants:

Certificat de messagerie (permet de crypter et de signer

ses e-mails)

Authentification IPSec pour un acc s distant par VPN

Authentification Internet pour les pages Web s curis es

Signature de logiciel

" Afin dassurer

certificats

num riques, une architecture de gestion des

certificats (IGC, ICP, ou PKI) a t mise ne place.

la gestion des

Infrastructure de Gestion de Cl s

" LIGC est la terminologie utilis e pour parler dun syst me

cl publique

" LIGC offre les quatre services de base de la s curit ,

essentiels aux changes des informations : Confidentialit ,

Int grit , Authentification et Non-r pudiation

" Une IGC (Infrastructure de Gestion de Cl s), aussi

commun ment appel e PKI (Public Key Infrastructure) ou

ICP (Infrastructure Cl s Publiques), est un ensemble de

composants physiques (des ordinateurs, des cartes puces), de

proc dures humaines (v rifications, validation) et de logiciels

(syst me) en vue de cr er et de g rer le cycle de vie des

certificats num riques.

Les composants dune IGC

" LIGC

est une

association de plusieurs

composants qui interviennent diff rentes tapes

mises en oeuvre depuis la cr ation du certificat

jusqu' la lutilisation de celui-ci. On y trouve :

Autorit de certification CA (Certificate Authority)

Autorit denregistrement RA (Registration Authority)

Entit denr lement EE (Enrollement Entity)

Service de publication

Autorit de S questre (key Escrow)

Autorit de certification (CA)

" Cette autorit est une autorit de confiance qui a

pour but de cr er les certificats des utilisateurs.

" Une CA est une organisation qui d livre des

certificats lectroniques une population. Une CA

poss de elle-m me un certificat (auto-sign ou

d livr par une autre CA) et utilise sa cl priv e

pour cr er les certificats qu'elle d livre.

" Le CA signe donc le certificat cr laide de sa

cl priv e

Autorit denregistrement (RA)

" Cest une entit qui d pend dau moins une CA. Elle

a pour r le :

Confirmer lidentit du demandeur en obtenant des pi ces

justificatives

Valider que le demandeur est habilit obtenir les droits.

Obtenir la cl publique du demandeur, de lui-m me ou,

dans certains cas, de lentit charg e de tirer les cl s.

V rifier que le demandeur est en possession de la cl

priv e associ e la cl publique pour laquelle il demande

un certificat.

Soumettre les demandes de g n ration de certificat vers

l metteur de certificat.

Entit denr lement (EE)

" C'est la partie visible pour l'utilisateur. Celle par

laquelle il va pouvoir cr er et g rer ses certificats.

une Entit

assur es

fonctions

" Les

par

d'Enr lement sont :

Faire une demande de certificat ;

Rechercher un certificat ;

Traiter les r vocations

" L'acc s l'Entit d'Enr lement se fait par

navigateur web en SSL

Service de publication

" Le service de publication est une composante de

lIGC qui rend disponible les certificats de cl s

publiques mis par une CA lensemble des

utilisateurs potentiels de ces certificats. Il publie

une liste de certificats reconnus comme valides et

des listes de r vocation (CRL).

" Ce service peut tre rendu par un annuaire (par

exemple de type X.500), un serveur dinformation

(Web), une d livrance de la main la main, une

application de messagerie, etc.

Autorit de s questre (Key

Escrow)

" Le S questre a pour mission de stocker de

fa on s curis e les cl s de chiffrement qui

ont t g n r es par l'IGC, pour pouvoir les

restaurer le cas ch ant.

Infrastructure de gestion de

cl s

Exemple de demande dun

certificat

Exemple de demande d'un certificat pour signer

num riquement les e-mails de Pierre

Algorithmes de Chiffrement et Communications sécurisées

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