Márcio Moreira, Rogério Mendes & Flamaryon Guerin marcio.moreira@uniminas.br , rogerio@websec.com.br & flamaryon@uniminas.br 6º CONTECSI - 3 a 5 de Junho de 2009 – USP – São Paulo – Brasil Algoritmo de Assinatura Digital por Curvas Elípticas ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm)

Agenda Introdução ECDSA Aplicações Implementação Java Conclusões

Introdução A segurança é cada vez mais necessária: A necessidade de assinar digitalmente documentos vem crescendo significativamente As assinaturas digitais devem fornecer: Autenticidade: Garantir que o documento é autêntico Não repúdio: O autor não pode negar a assinatura Integridade: O documento assinado não pode ser alterado

Tipos de algoritmos de assinatura Origem Destino Diretos: O processo de assinatura envolvem somente a origem e o destino. Normalmente utilizam algoritmos de criptografia simétricos. Em caso de disputas, uma terceira parte precisa ter acesso à mensagem, à assinatura e à chave privada para fazer as verificações. Arbitrados: O documento assinado é enviado a um árbitro que checa as três características fundamentais da assinatura digital e envia o documento assinado ao destino. Os métodos de criptografia normalmente envolvidos neste tipo de processo é o de chave pública. Origem Árbitro Destino

chave privada da Maria  Assinatura digital Assinando uma mensagem: Hash = resumo(texto plano) Assinatura = cifra(hash, chave privada emissor) Mensagem = texto plano + assinatura Máquina da Maria chave privada da Maria  Assinatura Digital Hash Função Hash Algoritmo de cifrar texto plano Mensagem

Verificando uma assinatura digital Hash1 = resumo (texto plano) Hash2 = decifra(assinatura, chave pública emissor) Máquina do João texto plano Assinatura Digital Função Hash Algoritmo de decifrar chave pública da Maria Hash1 Hash2 Comparação

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ECDSA Porque curvas elípticas? Consegue-se o mesmo nível de segurança do RSA com no mínimo 1/6 do esforço computacional Algumas curvas: Método Princípio Operações RSA Logaritmo * & / de números ECDSA Curvas Elípticas + & - de pontos

DSA x ECDSA Fase Algoritmo DSA Algoritmo ECDSA Geração das chaves Escolha p, q, x e q | p - 1, 1  x < q. Escolha h  Zp* e calcule: g = h(p-1)/q mod p até que g  1. y = gx mod p Chave pública: (p, q, g, y) Chave privada: x Escolha E sobre Zp, Escolha d, 1  d < n. Escolha G  E(Zp) de ordem n. Q = d G Chave pública: (E, n, G, Q) Chave privada: d Assinatura Escolha k, 1  k < q. Calcule: r = (gk mod p) mod q s = k-1( h(m) + xr) mod q (r, s) é a assinatura de m. Escolha k, 1  k < n. Calcule: k G = (x1, y1) e r = x1 mod n s = k-1( h(m) + dr) mod n Checagem da Assinatura w = s-1 mod q u1 = h(m)w mod q u2 = rw mod q v = (gu1 yu2 mod p) mod q Se v = r então (r, s) está ok. w = s-1 mod n u1 = h(m)w mod n u2 = rw mod n u1 G + u2 Q = (x2, y2), v = x2 mod n

Vantagens do ECDSA Utiliza chaves menores. Utiliza soma ao invés de multiplicações. Utiliza multiplicações (soma cumulativa) ao invés de exponenciações. É mais eficiente em termos de tempo de resposta. Consome menos espaço de armazenamento. É adequado para equipamentos com poucos recursos de hardware disponíveis.

Ataques ao ECDSA Padrões: Específicos: Conclusão: Ataques contra as curvas elípticas e contra o problema dos logaritmos discretos que sustentam criptosistemas baseados nestas curvas. Ataques à função hash utilizada (SHA-1). Outros tipos de ataques. Específicos: Aplicação da força bruta para quebrar Q = d G. Fatoração da ordem do grupo finito (n) em torno de G: redução da complexidade da fatoração de n utilizando o teorema chinês do resto. Curvas definidas sobre grupos finitos pequenos. Conclusão: O importante é que, com os parâmetros propostos pela ANSI X9.62, uma máquina com 330 mil processadores precisaria de 32 dias para quebrar um ECC. Assim, o ECDSA é recomendado pelo NIST como um dos algoritmos mais seguros de assinatura digital. Fonte: NIST, http://csrc.nist.gov/groups/ST/toolkit/digital_signatures.html e www.ipa.go.jp/security/enc/CRYPTREC/fy15/doc/1051_ecdsa.pdf

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Aplicações do ECDSA Assinatura irrefutável de e-mails. Assinatura de pedidos em comércio eletrônico. Identificação de sites, comprovando a autenticidade do endereço. Acompanhamento e aditamento de processos judiciais ou administrativos. Recepção do Diário Oficial Eletrônico da União. Viabilizar a apresentação de projetos de lei diretamente pelos cidadãos.

Aplicações do ECDSA Assinatura do Imposto de Renda e outros serviços da Receita Federal. Enviar e receber documentos eletrônicos para cartórios. Permitir transações seguras entre instituições financeiras, como por exemplo o SPB – Sistema de Pagamentos Brasileiro, em uso desde 2002. Assinatura eletrônica de documentos em geral, em substituição ao enorme número de senhas que as pessoas passaram a ter que criar e gerir com o uso cada vez mais crescente da informática e dos problemas decorrentes de segurança.

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Implementação Java Biblioteca: java.security Provider: Bouncy Castle (www.bouncycastle.org) 1. Entrar no site http://www.bouncycastle.org/latest_releases.html e baixar o arquivo: bcprov-jdk15-133.jar ou mais recente. 2. Copiar este arquivo para as pastas: C:\Arquivos de programas\Java\jdk<r>\jre\lib C:\Arquivos de programas\Java\jre<r>\lib Onde: <r> = release = por exemplo: 1.5.0_07 3. Na seqüência de providers dos arquivos: C:\Arquivos de programas\Java\jdk<r>\jre\lib\security\java.security C:\Arquivos de programas\Java\jre<r>\lib\security\java.security Acrescentar a linha: security.provider.<n>=org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider Onde: <n> = número do último provider instalado + 1

Bibliotecas Bibliotecas: Parametrização da curva: 4. Instalar a biblioteca bcprov-jdk15-133 apontando para este arquivo numa das pastas do item 2. Bibliotecas: import java.security.*; import org.bouncycastle.crypto.params.ECPublicKeyParameters; import org.bouncycastle.jce.ECNamedCurveTable; import org.bouncycastle.jce.spec.ECNamedCurveParameterSpec; Parametrização da curva: ECNamedCurveParameterSpec ECCparam = ECNamedCurveTable.getParameterSpec("prime192v2");

Geração de chaves Geração das chaves: KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance("ECDSA", "BC"); keyGen.initialize(ECCparam); keyPair = keyGen.generateKeyPair(); PublicKey pubKey = keyPair.getPublic(); PrivateKey prvKey = keyPair.getPrivate(); Publicação das chaves como string: jTACPrivada.setText(prvKey.toString()); jTACPublica.setText(pubKey.toString());

Assinando e verificando um texto Assinatura: Signature ecdsa = Signature.getInstance("ECDSA", "BC"); ecdsa.initSign(prvKey); ecdsa.update(m.getBytes()); byte[] sig = ecdsa.sign(); jTFAssinatura.setText(sig.toString()); Verificação da assinatura: ecdsa.initVerify(pubKey); boolean sigok = ecdsa.verify(sig);

Tela da aplicação

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Conclusões As curvas elípticas vêm ganhando cada vez mais espaço no mundo dos sistemas criptográficos: Isto se deve à eficiência oferecida por elas em relação aos métodos tradicionais utilizados nos sistemas criptográficos. O ECDSA pode ser utilizado com segurança como um método de assinatura digital, pois ele foi reconhecido por todas as instituições mais importantes de padronização e recomendação de padrões do mundo.

Contribuições do trabalho O trabalho nos permitiu: Fazer uma revisão teórica do conceito de assinatura digital, das curvas elípticas, dos algoritmos DSA e ECDSA. Ver quão prática e simples é a implementação de métodos complexos quando utilizamos uma biblioteca reconhecidamente de boa qualidade e segura. Acreditamos que o trabalho cumpriu seu propósito de trazer conceitos abstratos da criptografia para um ambiente concreto e prático.

Referências João N. Souza, Márcio A. R. Moreira e Ilmério R. Silva, A Multi-User Key and Data Exchange Protocol to Manage a Secure Database, SBBD 2002 - XVII Simpósio Brasileiro de Banco de Dados, este artigo está disponível para download em: http://200.146.233.98/empresa/marcio/2002_10_sbbd.pdf W. Stallings, Cryptography and Network Security: Principles and Practice, Prentice Hall, 1999. Elliptic Curve, http://mathworld.wolfram.com/EllipticCurve.html D. Johnson e A. Menezes, The Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), http://citeseer.ist.psu.edu/cache/papers/cs/8755/http:zSzzSzcacr.math.uwaterloo.cazSz~ajmenezezSzpublicationszSzecdsa.pdf/johnson99elliptic.pdf Don Johnson, Alfred Menezes e Scott Vanstone, The Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), Certicom Corporation, 2001, disponível em http://www.certicom.com/index.php?action=forms,login2&mode=do&next_aid=27&qual=2&

Obrigado! Dúvidas? Disponível em: www.geocities.com/marciomoreira Márcio Moreira, Rogério Mendes & Flamaryon Guerin marcio.moreira@uniminas.br , rogerio@websec.com.br & flamaryon@uniminas.br 6º CONTECSI - 3 a 5 de Junho de 2009 – USP – São Paulo – Brasil Algoritmo de Assinatura Digital por Curvas Elípticas ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm)