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

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

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