Certificates, Certification Authorities and Public-Key Infrastructures

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1 Certificati digitali Certificates, Certification Authorities and Public-Key Infrastructures! Problema:! la chiave pubblica con la quale stiamo cifrando deve appartenere realmente al destinatario del messaggio! Si pone il problema dello scambio delle chiavi (man-in-themiddle attack) Ozalp Babaoglu! I certificati digitali vengono usati per evitare che qualcuno tenti di spacciarsi per un altra persona sostituendone la chiave pubblica ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA! Babaoglu 2006 Sicurezza 2 PKI Certificates Physical Certificates! A certificate simplifies the task of establishing whether a public key belongs to the purported owner! The form in which a PKI communicates public key information! Binding between a public key and identity information about the user! Signed by a certificate issuer! Functions much like a physical certificate! Avoids man-in-the-middle attacks Fotograph + Personal data Seals = I certify that the photo corresponds to the personal data Babaoglu 2006 Sicurezza 3 Babaoglu 2006 Sicurezza 4

2 Distribuzione dei certificati Certificate servers! Manuale o di persona. Quasi mai realizzabile in pratica! (passaporto: distribuzione manuale)! Generati, custoditi e distribuiti da entità fidate " Certificate servers " Public Key Infrastructures (PKI)! Database disponibili su rete! Permettono agli utenti di " richiedere l inserimento del proprio certificato nel database " richiedere il certificato di qualcuno Babaoglu 2006 Sicurezza 5 Babaoglu 2006 Sicurezza 6 Public Key Infrastructure Public Key Infrastructure! Public-key infrastructure (PKI) " Registration Authority (RA) usually a physical person " Certification Authority () usually software! PKI is a collection of services and protocols for " Issuing, " Storing, " Validating, " Revoking certificates! Is there an Internet PKI? " Several proposal for an Internet PKI exist: PGP, PEM, PKIX, Secure DNS, SPKI and SDSI " No single one has gained widespread use! In the future: " Several PKI operating and inter-operating in the Internet Babaoglu 2006 Sicurezza 7 Babaoglu 2006 Sicurezza 8

3 Public Key Infrastructure PKI X.509 Certificates X.509 Certificate Information! There are two basic operations common to all PKIs: " Certification: process of binding a public-key value to an individual, organization or other entity " Validation: process of verifying that a certification is still valid! How are these operations implemented? " Depends on the type of PKI used Subject:!Distinguished Name, Public Key Issuer:! Distinguished Name, Signature Validity: Not Before Date, Not After Date Administrative Info:! Version, Serial Number Extended Info:! Babaoglu 2006 Sicurezza 9 Babaoglu 2006 Sicurezza 10 Distinguished Name Information Certificate Encodings Defined by X.509 Standard Common Name CN=Calisto Tanzi Organization or Company O=Parmalat Organizational Unit! OU=Management City/Locality!!! L=Parma State/Province!! ST=Emilia Romagna Country (ISO Code)!! C=IT! Binary format defined by ASN.1! Binary encoding defined using Distinguished Encoding Rules (DER) and Basic Encoding Rules (BER)! For transmissions that cannot handle binary form, certificates may be encoded as Privacy Enhanced Mail (PEM) using Base64 Babaoglu 2006 Sicurezza 11 Babaoglu 2006 Sicurezza 12

4 PKI Certificates PKI Certificate Authorities! The certification process is based on trust " The certificate user trusts the issuing authority to issue valid certificates (that correctly associate subjects to their PK)! The certificate issuer is commonly called a certificate authority ()! Only a for the entire world? " Impractical! Instead: " most PKI enable to certificate other s " in practice: one is telling its users that they can trust what a second says in its certificates! Different certificates: " End-user certificates " certificates Babaoglu 2006 Sicurezza 13 Babaoglu 2006 Sicurezza 14 PKI Certificate Chains PKI Hierarchies PK X! s can be organized " as a rooted tree (X.509) " as a general graph (PGP) DN of Y PK Y DN of Z PK Z DN of BOB PK Bob Sig X Sig Y Sig Z Babaoglu 2006 Sicurezza 15 Babaoglu 2006 Sicurezza 16

5 Certificates in Practice: Netscape Certificates in Practice: Netscape Babaoglu 2006 Sicurezza 17 Babaoglu 2006 Sicurezza 18 Certificates in Practice: Netscape PGP Pretty Good Privacy Ozalp Babaoglu Babaoglu 2006 Sicurezza 19 ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA!

6 PGP Un pò di storia! È un programma freeware (nella sua versione base)! È basato su tecniche crittografiche sia di tipo simmetrico che asimmetrico (ibrido)! Viene utilizzato principalmente per proteggere da occhi indiscreti le informazioni digitali (sia messaggi di posta elettronica che file residenti sul proprio PC)! Permette la firma digitale! Nel 1991 al Senato americano approda un disegno di legge anticrimine che prevede l obbligo per i produttori di strumenti crittografici di inserire trap doors nei loro prodotti! Prima che la legge venga approvata, Philip R. Zimmermann scrive e distribuisce PGP Babaoglu 2006 Sicurezza 21 Babaoglu 2006 Sicurezza 22 Un pò di storia PGP! Zimmermann viene accusato di aver violato le leggi sui brevetti in quanto in PGP viene utilizzato RSA! Inoltre il governo americano lo accusa di violare l ITAR (International Traffic in Arms Regulations) che prevede il divieto di esportazione per le tecnologie crittografiche e quindi anche dei programmi software che le implementano! Viene istituito un fondo per far fronte alle spese legali! Le accuse vengono ritirate! Creazione delle chiavi! Cifratura/decifratura e firma/verifica di documenti digitali (es. )! Gestione delle chiavi! Creazioni di self-decrypting archives (SDAs)! Cancellazione permanente di file, directory e spazio su disco! Creazione di VPN (Virtual Private Network) Babaoglu 2006 Sicurezza 23 Babaoglu 2006 Sicurezza 24

7 Chiavi Passphrase Memorizzata in modo sicuro! PGP utilizza sia protocolli a chiave segreta che protocolli a chiave pubblica! Approssimativamente: " chiavi segrete 80 bit equivalenti chiavi pubbliche 1024 bit " chiavi segrete 128 bit equivalenti chiavi pubbliche 3000 bit! Chiavi segrete a 56 bit non sicure! Chiavi segrete a 128 bit sicure, ma non con calcolatori quantistici...che non esistono (e probabilmente non esisteranno mai)! Chiavi segrete a 256 bit sicure comunque!!! Chiave pubblica 7ecngnkwgmiml5g\h7kk7kikfkhlghk PGP Utente Chiave privata certyunemcpo3456n3g6kg3636g6ng6 Passphrase L erba del vicino è sempre più verde Passphrase: serve all utente quando si rende necessario l uso della chiave privata. Più facile da ricordare. Da non dimenticare!!! Babaoglu 2006 Sicurezza 25 Babaoglu 2006 Sicurezza 26 Algoritmi usati in PGP Codifica! Chiave privata (simmetrici): " ST " Triple-DES " IDEA " Two Fish (AES)! Chiave pubblica (asimmetrici): " DSS (digital Signature Standard) " RSA! Hash: " SHA1 (Secure Hash Algorithm) Mittente: 1. comprime il documento da spedire 2. genera una chiave Ks segreta che viene detta chiave di sessione 3. codifica il documento compresso utilizzando Ks 4. si procura la chiave pubblica del destinatario Kp 5. codifica Ks usando Kp 6. spedisce documento codificato con Ks e la chiave segreta codificata con Kp Babaoglu 2006 Sicurezza 27 Babaoglu 2006 Sicurezza 28

8 Decodifica Compressione Destinatario: 1. usando la propria chiave privata accede alla chiave segreta di sessione 2. usando la chiave segreta di sessione decodifica il messaggio 3. decomprime il messaggio La casa di Geppetto era una stanzina terrena, che pigliava luce da un sottoscala. codifica Compressione e perdita di struttura! Compressione e decompressione rafforzano il protocollo! 74c4cch Kc98xac S785Jc 44DBN! Vantaggi: -No attacchi statistici -Minori dimensioni codifica Babaoglu 2006 Sicurezza 29 Babaoglu 2006 Sicurezza 30 PKI PGP Certificates Formato dei certificati! Numero di versione PGP! Chiave pubblica di U, caratteristiche della chiave (lunghezza, algoritmo con cui è stata creata, data di creazione, durata della chiave, )! Informazioni sull identità di U: nome, cognome, luogo e data di nascita, foto,! Self-signature: chiave pubblica di U firmata con la chiave privata di U! Indicazione dell algoritmo simmetrico di codifica preferito (Es: ST, IDEA, Triple-DES)! Altre firme! PGP riconosce due formati di certificato: " Certificati in formato PGP " Certificati in formato X.509 (standard internazionale: tutte le applicazioni in linea teorica dovrebbero riconoscerlo e supportarlo anche se in pratica esistono molte varianti dello standard X.509 che lo rendono non standard) Babaoglu 2006 Sicurezza 31 Babaoglu 2006 Sicurezza 32

9 PGP vs X.509 PGP Certificates PGP X.509! May contain multiple key/identify pairs, each signed multiple times No Registration Authority Certificato auto firmato Identità multipla Firme multiple per attestare la validità del certificato Registration Authority Certificato firmato da un Identità singola Firma singola per attestare la validità del certificato Ozalp Babaoglu O. Babaoglu Prof. Babaoglu Ozalp Babaoglu 2006 Sicurezza 33 Babaoglu 2006 Sicurezza 34 PKI Validation PKI Revocation! Validation " The information in a certificate can change over time " Need to be sure that the information in the certificate is current and that the certificate is authentic! Two basic methods for validating currency: " Off-line validation The can include a validity period in the certificate a range during which the information in the certificate can be considered valid " On-line validation The user can ask the directly about a certificate s validity every time it is used! Revocation " the process of informing users when the information in a certificate becomes unexpectedly invalid # subject s private key becomes compromised # user information changes (e.g., domain name of a server)! Off-line " Within the validity periods, certificate revocation method is critical! On-line " revocation problem becomes trivial Babaoglu 2006 Sicurezza 35 Babaoglu 2006 Sicurezza 36

10 PKI Revocation PKI Registration Authority! Certificate Revocation List (CRL) " a list of revoked certificates that is signed and periodically issued by a " user must check the latest CRL during validation to make sure that a certificate has not been revoked! CRL Problems " CRL time-granularity problem # how often CRLs must be issued? " CRL size # incremental CRL! Subject requesting a certificate must be authenticated! In-band certification: " performed using the PKI, whether on-line or off-line! Out-of-band certification: " performed using more traditional methods, such as mail, fax, over the telephone or physically meeting someone Babaoglu 2006 Sicurezza 37 Babaoglu 2006 Sicurezza 38 Trust Trust in X.509! Unless you receive a certificate directly from its owner you have to go by someone else s word that it is authentic! You trust people, authenticate certificates! Trust models " Direct trust " Hierarchical trust " Web of trust! Based on chains of trust among entities that are reputed to be s (hierarchical trust)! The (blind) trust we place on root-level s must be acquired through reputation, experience, operational competence and other non-technical aspects! Anyone claiming to be a must be a trusted entity and we must believe that it is secure and correct Babaoglu 2006 Sicurezza 39 Babaoglu 2006 Sicurezza 40

11 Trust in PGP Trust in PGP! Any user can act as a and sign the key of another user (becomes an introducer of that key)! You consider a key valid only if you trust sufficiently one or more of the introducers of the key! Web of trust! Non symmetric! Non transitive! Mi fido di me stesso (sono un soggetto Trusted)!! Assegno un valore di fiducia (trust) ad altri utenti: " Complete trust " Marginal trust " No trust (untrusted) Babaoglu 2006 Sicurezza 41 Babaoglu 2006 Sicurezza 42 Trust in PGP Trust in PGP! PGP assegna ad una chiave un valore di validità: " Valid " Marginally valid " Invalid in base ai giudizi espressi da altri utenti su quella chiave e al valore di trust che io ho assegnato a quegli utenti! Assegno alle chiavi pubbliche che ho potuto controllare direttamente di persona il giudizio Valid! If you assign Complete trust to some one, this makes them a! To consider a key valid, it must have " One completely trusted signature, or " Two marginally trusted signatures Babaoglu 2006 Sicurezza 43 Babaoglu 2006 Sicurezza 44