Certificates, Certification Authorities and Public-Key Infrastuctures

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1 Certificati digitali! Problema:! la chiave pubblica con la quale stiamo cifrando deve appartenere realmente al destinatario del messaggio Certificates, Certification Authorities and Public-Key Infrastuctures! Si pone il problema dello scambio delle chiavi (man-inthe-middle attack)! I certificati digitali vengono usati per evitare che qualcuno tenti di spacciarsi per un altra persona sostituendone la chiave pubblica Prof. Ozalp Babaoglu ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA! PKI Certificates Physical Certificates Fotograph + Personal data! 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 2 Seals = I certify that the photo corresponds to the personal data 3 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 5 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 7 8

3 Public Key Infrastructure PKI X.509 Certificates! 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 X.509 Certificate Information Subject: Distinguished Name, Public Key Issuer: Distinguished Name, Signature Validity: Not Before Date, Not After Date Administrative Info: Version, Serial Number Extended Info: 9 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 Base

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)! Only a for the entire world? " Impractical! The certificate issuer is commonly called a certificate authority ()! Why certificates and certificate authorities? PKB PKC PKD PKE B A C D E PKA PKB PKC PKD PKE PK A! 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 B! Different certificates: C " End-user certificates " certificates D E PKI Certificate Chains PKI Hierarchies! s can be organized PK X " as a rooted tree (X.509) " as a general graph (PGP) DN of Y PK Y Sig X DN of Z PK Z Sig Y DN of BOB PK Bob Sig Z 15 16

5 PGP PGP Pretty Good Privacy Prof. Ozalp Babaoglu! 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 ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA! 18 Un po di storia! 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 Un po di storia! 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 19 20

6 PGP Chiavi! 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)! 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!!!! Anche se Passphrase Algoritmi usati in PGP Memorizzata in modo sicuro 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!!!! Chiave privata (simmetrici): " ST " Triple-DES " IDEA " Two Fish (AES)! Chiave pubblica (asimmetrici): " DSS (digital Signature Standard) " RSA! Hash: " SHA1 (Secure Hash Algorithm) 23 24

7 Codifica Decodifica 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 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 Compressione e decompressione rafforzano il protocollo! Compressione PKI PGP Certificates Ciao, sono un file non compresso e sto per essere codificato 74c4cch Kc98xac S785Jc 44DBN! Vantaggi: -No attacchi statistici -Minori dimensioni codifica Compressione e perdita di struttura! codifica! 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 27 28

8 Formato dei certificati! 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) 29 PGP vs X.509 PGP X.509 No Registration Authority Registration Authority Certificato auto firmato Certificato firmato da un Identità multipla Identità singola Firme multiple per attestare la validità del certificato Firma singola per attestare la validità del certificato PGP Certificates 30 Certificates in Practice: Netscape! May contain multiple key/identify pairs, each signed multiple times Ozalp Babaoglu O. Babaoglu Prof. Babaoglu Ozalp Ozalp 31 32

9 Certificates in Practice: Netscape 33 Certificates in Practice: Netscape Certificates in Practice: Thawte 34 PKI Validation! 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 of certificate validation: " 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 35 36

10 PKI Revocation PKI Revocation! 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! 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 PKI Registration Authority Trust! 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! 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 39 40

11 Trust in X.509 Trust in PGP! 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! Any user can act as a and sign the the key of another user (becomes an introducer of that key)! You consider a certificate valid only if you trust sufficiently one or more of the introducers of the key! Web of trust Trust in PGP Trust in PGP! Mi fido di me stesso (sono un soggetto Trusted)!! Assegno alle chiavi che ho potuto controllare direttamente di persona il giudizio Valid! Assegno un valore di fiducia (trust) alle chiave pubbliche: " Complete trust " Marginal trust " No trust (untrusted)! PGP assegna ad un certificato un valore di validità: " Valid " Marginally valid " Invalid in base ai giudizi espressi da altri utenti su quel certificato e al valore di trust che io ho assegnato a quegli utenti! Non transitivo!!! 43 44

12 Trust in PGP! If you assign Complete trust to some one s key, this makes them a! To consider a key valid it must have " One completely trusted signature, or " Two marginally trusted signatures 45