Cryptography & Steganography

CryptographyCryptography & & SteganographySteganography

Lec. Sanchai YeewiyomSchool of Information and

Communication TechnologyUniversity of Phayao

235034 Security in Computer Systems and 235034 Security in Computer Systems and NetworksNetworks

Cryptography

• คื�อ การเข้ารหั�สข้อมู�ลเพื่��อป้�องก�นการดั�กดั�ข้อมู�ลจาก Sniffer หัร�อการแกไข้ข้อมู�ล

• การเข้ารหั�สข้อมู�ลมู�จ�ดัป้ระสงคื�เพื่��อร�กษาคืวามูล�บข้องข้อมู�ล ข้อมู�ลน�"นจะถู�กเป้$ดัอ%านโดัยบ�คืคืลที่��ไดัร�บอน�ญาตเที่%าน�"น หัล�กการข้องการเข้ารหั�สข้อมู�ลคื�อแป้ลงข้อมู�ล (E ncrypt) ไป้อย�%ในร�ป้ข้องข้อมู�ลที่��ไมู%สามูารถูอ%านไดัโดัยตรง ข้อมู�ลจะถู�กถูอดักล�บดัวยกระบวนการถูอดัรหั�ส (Decryption)

Cryptography

Cryptography ในอดั�ต• Caesar Cipher

• Ciphertext : WKH TXLFN EURZQ IRA MXPSV RYHU WKH ODCB GRJ

• Plaintext : the quick brown fox jumps over the lazy dog

Cryptography ในอดั�ต• Monoalphabetic Cipher

• Polyalphabetic Cipher ก,าหันดัระยะหั%างแต%ละช่%วงใหัไมู%เที่%าก�น

Cryptography ในอดั�ต

• One-Time Pad• ใช่ Key จากการส�%มู และมู�คืวามูยาวข้นาดั

เที่%าก�บ Plain Text และไมู%มู�การใช่ Key น�"นซ้ำ,"าอ�ก

• Key เร�ยกว%า Pad

Cryptography ในอดั�ต • Encrypt

• Decrypt

Cryptography

Cryptography

ป้/จจ�บ�นสามูารถูแบ%งการเข้ารหั�สข้อมู�ลเป้0น 3 ป้ระเภที่

• Symmetric Key Cryptography (Secret Key Cryptography)

• Asymmetric Key Cryptography (Public Key Cryptography)

• Hash Function

Symmetric Key Cryptography

• การเข้ารหั�สและถูอดัรหั�สโดัยใช่ก�ญแจรหั�สต�วเดั�ยวก�น คื�อ ผู้�ส%งและผู้�ร �บจะตองมู�ก�ญแจรหั�สที่��เหัมู�อนก�นเพื่��อใช่ในการเข้ารหั�สและถูอดัรหั�ส



แบ%งเป้0น 2 ป้ระเภที่ คื�อ• Stream Cipher• Block Cipher

Stream Cipher

• เข้ารหั�สที่�ละ bit, byte หัร�อ word• มู�การที่,า Feedback เพื่��อที่,าใหั Key ที่��ใช่

เข้ารหั�สเป้ล��ยนไป้เร��อยๆ

Stream Cipher

Block Cipher

• เข้ารหั�สข้อมู�ลที่�ละกล�%มูข้องข้อมู�ล โดัยข้อมู�ลจะมู�ข้นาดัเที่%าก�นเสมูอ

• Exp.•Electronic Codebook (ECB)•Cipher Block Chaining (CBC)

Electronic Codebook (ECB)

• Secret Key จะถู�กใช่เข้ารหั�ส Block ข้อง Plain Text ผู้ลล�พื่ธ์�ที่��ไดัคื�อ Block ข้อง Cipher Text

• ถูาเข้ารหั�ส Block ข้อง Plain Text ที่��เหัมู�อนก�นโดัยใช่ Key เดั�ยวก�น ผู้ลล�พื่ธ์�ที่��ไดัคื�อ Block ข้อง Cipher Text ที่��เหัมู�อนก�น

• เป้0นที่��น5ยมูใช่ก�นที่��วไป้ แต%มู�จ�ดัอ%อนที่��โดันโจมูต�โดัยใช่ว5ธ์� Brute Force ไดัง%าย

Electronic Codebook (ECB)

Cipher Block Chaining (CBC)

• เพื่5�มูกลไกการ Feedback เพื่��อส%งข้อมู�ลเข้ามูาเป้0น Input ส,าหัร�บการเข้ารหั�ส

• น,า Plain Text มูาที่,าการ - Exclusive OR(XOR) ก�บ Cipher Text ข้อง Block ก%อนหันา A B X

0 0 00 1 11 0 11 1 0

Cipher Block Chaining (CBC)

A pixel-map version of the image on the left was encrypted with ECB mode to create the center image:

Original Encrypted using ECB mode Encrypted using a more secure

mode, e.g. CBC

Symmetric Key Cryptography Example

• Data Encryption Standard (DES)• Triple-DES• Advanced Encryption Standard

(AES)• Rivest Ciphers (RC)• Blowfish

Data Encryption Standard (DES)

• พื่�ฒนาโดัย IBM• เข้ารหั�สแบบ Block Cipher• ข้อมู�ล Block ละ 64 bit และใช่ Key

ข้นาดั 56 bit• เป้0นที่��น5ยมูในอดั�ต แต%ป้/จจ�บ�นถู�กถูอดัรหั�ส

ไดัง%ายและเร8ว เน��องจาก Key มู�ข้นาดัเล8ก

Triple-DES (3DES)

• ที่,าการเข้ารหั�สแบบ DES วนซ้ำ,"าก�น 3รอบ

• ข้นาดัข้อง Key คื�อ 112 หัร�อ 168 bit

• เป้0นมูาตรฐานการเข้ารหั�สข้อมู�ลในป้/จจ�บ�น

Advanced Encryption Standard (AES)

• ถู�กพื่�ฒนาข้:"นมูาโดัย National Institute of Standards and Technology (NIST) เพื่��อใช่เป้0นมูาตรฐานการเข้ารหั�สข้อมู�ลข้องร�ฐบาลสหัร�ฐฯ

• เข้ารหั�สแบบ Block Cipher โดัยข้อมู�ล Block ละ 128 192, หัร�อ

256 bit และใช่ Key ข้นาดั 128, 192 หัร�อ 256 bit

AES

Rivest Ciphers (RC)

• คื5ดัคืนโดัย Ron Rivest• มู�หัลาย Version

• RC4 เป้0น Stream Cipher น5ยมูใช่อย%างแพื่ร%หัลายเช่%นใน Secure Socket Layer (SSL), Wired Equivalent Privacy (WEP) ข้นาดัข้อง Key ไมู%คืงที่�� ในป้/จจ�บ�นไมู%ป้ลอดัภ�ยเน��องจากถู�กถูอดัรหั�สไดัง%ายใน WEP

•RC6 เป้0น Block Cipher พื่�ฒนาต%อยอดัจาก RC5 ถู�กน,ามูาใช่ใน AES โดัยข้อมู�ล Block ละ 128

bit และใช่ Key ข้นาดั 128192 หัร�อ 256 bit และสามูารถูก,าหันดัจ,านวนการวนรอบไดั

Blowfish

• คื5ดัคืนโดัย Bruce Schneier• เป้0น Block Cipher โดัยข้อมู�ล Block

ละ 64 bit และใช่ Key ข้นาดั - 32

448 bit วนรอบ 16 รอบ• พื่�ฒนาเพื่��อใช่ก�บ CPU แบบ 32 bit ที่��

มู� Cache ข้นาดัใหัญ%• ที่,างานไดัเร8วกว%า DES• ไมู%มู�ล5ข้ส5ที่ธ์5<

Asymmetric Key Cryptography• Public Key Cryptography

• การเข้ารหั�สและถูอดัรหั�สโดัยใช่ก�ญแจรหั�สคืนละต�วก�น • ผู้�ส%งจะมู�ก�ญแจรหั�สต�วหัน:�งในการเข้ารหั�ส และผู้�ร �บก8

จะมู�ก�ญแจรหั�สอ�กต�วหัน:�งเพื่��อใช่ในการถูอดัรหั�ส • ผู้�ใช่รายหัน:�งๆจ:งมู�ก�ญแจรหั�ส 2 คื%าเสมูอคื�อ ก�ญแจ

สาธ์ารณะ (P ublic K ey) และ ก�ญแจส%วนต�ว (P rivate K ey)

• ผู้�ใช่จะป้ระกาศใหัผู้�อ��นที่ราบถู:งก�ญแจสาธ์ารณะข้องตนเองเพื่��อใหัน,าไป้ใช่ในการเข้ารหั�สและส%งข้อมู�ลที่��เข้ารหั�สแลวมูาใหั ข้อมู�ลที่��เข้ารหั�สดั�งกล%าวจะถู�กถูอดัออกไดัโดัยก�ญแจส%วนต�วที่��เข้าคื�%ก�นเที่%าน�"น

Asymmetric Key Cryptography


• ในที่างป้ฏิ5บ�ต5แลวมู�กมู�การใช่การเข้ารหั�สที่�"งสองระบบร%วมูก�น เช่%น ในระบบ PGP (Pretty Good Privacy) ซ้ำ:�ง

ใช่ในการเข้ารหั�ส - E mail จะใช่ว5ธ์�สราง S ession K ey (ซ้ำ:�งเป้0นการ

เข้ารหั�สตามูแบบ S ymmetric K ey) เพื่��อเข้ารหั�สข้อมู�ลจากน�"น

SessionK ey จะถู�กเข้ารหั�สโดัยใช่ก�ญแจสาธ์ารณะข้องผู้�ร�บ และถู�กส%งไป้ก�บข้อมู�ลที่��เข้ารหั�สแลว



• การถูอดัรหั�สน�"นที่,าในที่างตรงก�นข้ามู ผู้�ร �บจะใช่ก�ญแจ

ส%วนต�วในการถูอดัรหั�สเพื่��อใหัไดั S essionK ey คื�นมูา หัล�งจากน�"นจ:งน,า S ession K

ey มูาถูอดัรหั�สข้อมู�ลอ�กข้�"นหัน:�ง• ในองคื�กรข้นาดัใหัญ%จ,าเป้0นตองใช่ Public

Key Infrastructure (PKI) ในการบร5หัารจ�ดัการ Key


Asymmetric Key Cryptography Example

• RSA• Digital Signature• Digital Certificate

RSA

• ถู�กพื่�ฒนาเมู��อพื่.ศ . 2520 โดัย รอน ร5เวสต� (Ron Rivest ) อาดั� ช่ามู�ร� (Adi Shamir )และเล8น แอเดั5ลแมูน (Len Adleman )

• ใช่ไดัที่� "ง Encryption และ Digital Signature

• ใช่ใน Protocol ส,าหัร�บการคืาอ5เล8กที่รอน5กส� (e-commerce ) และเช่��อว%ามู�คืวามูป้ลอดัภ�ย เมู��อมู� Key ที่��ยาวพื่อ

• โดัยป้กต5บนอ5นเที่อร�เน8ตใช่ Key ข้นาดั 1024, bit

Digital Signature

• ใช่ในการพื่5ส�จน�ที่ราบต�วตนข้องผู้�ส%งข้อคืวามู (Authentication)

• ใช่ตรวจสอบว%าข้อคืวามูน�"นถู�กเป้ล��ยนแป้ลงแกไข้ระหัว%างการร�บ-ส%งหัร�อไมู% (Data Integrity)

• เน�"อหัาข้องข้อคืวามูมู�กเป้$ดัเผู้ยไดั เน��องจากใช่หัล�กการตรงข้ามูก�บการเข้ารหั�ส

Digital Signature (Authentication)

Digital Signature (Data Integrity)

Digital Certificate• ใช่ในการตรวจสอบเพื่��อสรางคืวามูมู��นใจว%า

Public Key ที่��เราไดัมูาใช่ในการเข้ารหั�ส เป้0นข้องคื�%สนที่นาที่��แที่จร5ง

• ใช่ระบบแจกจ%ายคื�ย�ที่��เร�ยกว%า Certificate Authority (CA) ซ้ำ:�งจะเป้0นผู้�ร �บรองว%า Public Key เป้0นข้องใคืร โดัยจะออก Digital Certificate ใหั

• น5ยมูน,ามูาใช่ในการร�บรอง Website E-commerce เพื่��อสรางคืวามูน%าเช่��อถู�อ

• บร5ษ�ที่ที่��ใหับร5การ ไดัแก% Cybertrust, VeriSign etc.

ผู้�ใหับร5การออกใบร�บรองอ5เล8กที่รอน5กส� (CA )

ในป้ระเที่ศไที่ยหน่�วยงาน่ภาครั�ฐหน่�วยงาน่ภาครั�ฐ ไดัแก%1 . ส,าน�กบร5การเที่คืโนโลย�สารสนเที่ศภาคืร�ฐ2 . ส,าน�กงานคืณะกรรมูการก,าก�บหัล�กที่ร�พื่ย�และตลาดัหัล�กที่ร�พื่ย�3 . ส,าน�กงานป้�องก�นและป้ราบป้รามูการฟอกเง5น4 . ธ์นาคืารแหั%งป้ระเที่ศไที่ย5 . Khonthai CA6 . กระที่รวงการคืล�ง

หน่�วยงาน่ภาคเอกชน่หน่�วยงาน่ภาคเอกชน่ ไดัแก%1 . บร5ษ�ที่ ที่�โอที่� จ,าก�ดั (มูหัาช่น)2 . บร5ษ�ที่ กสที่ โที่รคืมูนาคืมู จ,าก�ดั (มูหัาช่น)3 . บร5ษ�ที่ ไที่ยดั5จ5ที่�ล ไอดั� จ,าก�ดั4 . บร5ษ�ที่ Max Saving (Thailand ) Co.,Ltd

Digital Certificate

Hash Function

• Hash Function บางที่�เร�ยกว%า -Oneway encryption เป้0น

Algorithm ในการเข้ารหั�สโดัยไมู%ตองใช่ Key และคื%าแฮช่ที่��คื,านวณจาก Plaintext มู�คืวามูยาวคืงที่�� ซ้ำ:�งไมู%สามูารถู

คื,านวณหัาเน�"อหัาและคืวามูยาวเดั5มูข้องข้อคืวามูเดั5มูไดั• Hash Function จะใช่ส,าหัร�บการคื,านวณ Digital

Fingerprintข้องเน�"อหัาไฟล� หัร�อ Message Digest เพื่��อตรวจสอบดั�

ว%าไฟล�น�"นมู�การเป้ล��ยนแป้ลงโดัยคืนอ��นหัร�อ Virus หัร�อไมู%

Hash Function

• ใช่ใน Operating System เพื่��อเข้ารหั�ส Password ในการ Login

• ใช่ในการร�กษาคืวามูคืงสภาพื่ข้องข้อมู�ล (Integrity)

• ที่��น5ยมูใช่ไดัแก% MD5, SHA-1

Hash Function Example

• Message Digest (MD)• Secure Hash Algorithm (SHA)

Message Digest (MD)

Message Digest หัร�อเร�ยกส�"นๆว%า Digest แป้ลว%าข้อคืวามู

สร�ป้จากเน�"อหัาข้อคืวามูต�"งตน โดัยป้กต5ข้อคืวามูสร�ป้จะมู�คืวามูยาวนอยกว%าคืวามูยาวข้องข้อคืวามูต�"งตนมูากจ�ดัป้ระสงคื�ส,าคื�ญข้องอ�ลกอร5ที่:มูน�"คื�อ การสรางข้อคืวามูสร�ป้ที่��สามูารถูใช่เป้0นต�วแที่นข้องข้อคืวามูต�"งตนไดั โดัยที่��วไป้ข้อคืวามูสร�ป้ (Digest) จะมู�คืวามูยาว 128 บ5ต และจะไมู%ข้:"นก�บข้นาดั

คืวามูยาวข้องข้อคืวามูต�"งตน

Message Digest (MD)

• MD2• MD4• MD5

MD2

• ผู้�พื่�ฒนาคื�อ Ron Rivest อ�ลกอร5ที่:มูน�"เช่��อก�นว%ามู�คืวามู

แข้8งแกร%งที่��ส�ดัในบรรดัาอ�ลกอร5ที่:มูต%างๆ ที่�� Rivestพื่�ฒนาข้:"นมูา

ข้อเส�ยข้องอ�ลกอร5ที่:มูน�"คื�อใช่เวลามูากในการคื,านวณ Digest

หัน:�งๆ MD2 จ:งไมู%คื%อยไดัมู�การใช่งานก�นมูากน�ก • 2MD สราง Digest ที่��มู�คืวามูยาว 128 บ5ต

MD4

• ผู้�พื่�ฒนาคื�อ Rivest เช่%นเดั�ยวก�บ 2MD อ�ลกอร5ที่:มูน�"พื่�ฒนาข้:"นมูาเพื่��อแกป้/ญหัาคืวามูล%าช่าในการคื,านวณข้อง 2 อย%างไรก8ตามูในภายหัล�งไดัพื่บว%าอ�ลกอร5ที่:มูมู�ข้อบกพื่ร%องที่��เก��ยวข้องก�บคื�ณสมูบ�ต5ข้อที่�� 3 [คืวามูพื่รอมูใช่งาน (Availability)] โดัยตรง กล%าวคื�อป้/ญหัาการช่นก�นข้อง Digest มู�โอกาสเก5ดัข้:"นไดัไมู%นอย • 4MD ผู้ล5ต Digest ที่��มู�ข้นาดั 128 บ5ต

MD5

• Rivest เป้0นผู้�พื่�ฒนาเช่%นก�นโดัยพื่�ฒนาต%อจาก 4MDเพื่��อใหัมู�

คืวามูป้ลอดัภ�ยที่��ส�งข้:"น มู�ร�ป้แบบคืลาย MD4 แต%มู�การเพื่5�มูฟ/งก�ช่�นการคื,านวณ ที่,าใหัใช่เวลาการที่,างานมูากข้:"น ถู:งแมูจะเป้0นที่��น5ยมูใช่งานก�นอย%างแพื่ร%หัลาย ที่ว%าก8มู�ผู้�พื่บจ�ดับกพื่ร%องข้อง 5MD (เช่%นเดั�ยวก�บ 4 จ:งที่,าใหัคืวามูน5ยมูเร5�มูลดัลง • 5 ผู้ล5ต Digest ที่��มู�ข้นาดั 128 บ5ต

MD5

Secure Hash Algorithm(SHA)

• อ�ลกอร5ที่:มู SHA ไดัร�บแนวคื5ดัในการพื่�ฒนามูาจาก 4MD

และไดัร�บการพื่�ฒนาข้:"นมูาโดัย National Security Agency

(NSA) เพื่��อใช่งานร%วมูก�บ Digital Signature โดัยเป้0นอ�ลกอร5ที่:มู

ที่��ถู�กน,ามูาใช่ในมูาตรฐาน Secure Hash Standard (SHS) ข้อง

NIST ซ้ำ:�งมู�อย�%หัลายเวอร�ช่�น• SHA สราง Digest ที่��มู�ข้นาดั 160 บ5ต

Secure Hash Algorithm(SHA)

• -SHA 1• - - SHA 256, SHA 384 และ -SHA 512

-SHA 1

• - SHA 1 เป้0น Algorithm ที่��มู�คืวามูป้ลอดัภ�ยส�ง ถู�กน,าไป้ใช่งานในหัลากหัลายร�ป้แบบ ที่�"งในผู้ล5ตภ�ณฑ์�ร�กษาคืวามูป้ลอดัภ�ย รวมูถู:ง Protocol หัลายต�ว เช่%น SSL

• - SHA 1 สราง Digest ที่��มู�ข้นาดั 160 บ5ต

-SHA 1

- - SHA 256, SHA 384 และ -SHA 512

• NIST เป้0นผู้�น,าเสนอ Algorithm ที่�"งสามูน�"ในป้C 2001 เพื่��อ

ใช่งานร%วมูก�บ Algorithm AES• Algorithm เหัล%าน�"สราง Digest ที่��มู�

ข้นาดั 256 384 และ 512 บ5ต ตามูล,าดั�บ

-SHA 256

Steganography

• เป้0นการซ้ำ%อนหัร�ออ,าพื่รางข้อมู�ลที่��ตองการส��อสาร ไป้ก�บส5�งอ��นๆซ้ำ:�งดั�เหัมู�อนไมู%มู�อะไรน%าสนใจ หัร�อเบ��ยงป้ระเดั8นคืวามูสนใจ เช่%น ร�ป้ภาพื่ ว5ดั�โอ บที่คืวามู เส�ยง หัร�อส5�งอ��นๆที่��ไมู%ใช่%ข้อคืวามู

• บางคืร�"งเร�ยก Watermark

Steganography

Steganography• การซ้ำ%อนข้อมู�ลมู�กใช่การซ้ำ%อนในส%วนข้อง

LSB (Least Significant Bit ) ซ้ำ:�งผู้�ใช่งานมู�กมูองไมู%เหั8นคืวามูแตกต%างข้องข้อมู�ลที่��เป้ล��ยนไป้ (Picture, Sound, etc.)

Steganography

Steganography• http://www.mobilefish.com/services/

steganography/steganography.php

Steganography

Steganography• Exp.

•OpenPuff 4.00 (http://embeddedsw.net/OpenPuff_Steganography_Home.html)

•QuickStego (http://quickcrypto.com/free-steganography-software.html)

•MP3Stego (http://www.petitcolas.net/fabien/steganography/mp3stego/index.html)

•OurSecret (http://www.securekit.net/oursecret.htm)

Steganography

• การตรวจจ�บการซ้ำ%อนข้อมู�ล ใช่เคืร��องมู�อ เช่%น•StegAlyzer (http://www.sarc-wv.com/)

•Stegdetect (http://www.outguess.org/detection.php)

•XStegSecret (http://stegsecret.sourceforge.net/)

Cryptography & Steganography

Documents

Cryptography & Steganography