Algorytmy kryptograficzne w Pythonie. Wprowadzenie - ebook

Dzięki kryptografii możemy w dużym stopniu zabezpieczyć swoje dane. Z szyfrowaną komunikacją wiążą się jednak kontrowersje i sprzeczności interesów. Przestępcy, ale również rządy, policja i służby wywiadowcze dążą do uzyskania możliwości wglądu we wszystkie formy komunikacji. Świat toczy wojnę o to, co można zaszyfrować, co powinno być zaszyfrowane i kto powinien dysponować kluczem pozwalającym odczytać zaszyfrowane wiadomości należące do innej osoby. W tej sytuacji zrozumienie, czym jest szyfrowanie, jak je stosować i jak się upewniać co do autentyczności i poufności otrzymywanych danych, staje się niezwykle ważne.

Ta książka jest przystępnym wprowadzeniem do kryptografii i bibliotek kryptograficznych Pythona. Omówiono tu podstawowe koncepcje z tej dziedziny, najważniejsze algorytmy i niezbędny zakres podstaw matematycznych: liczby pierwsze, teorię grup czy generatory liczb pseudolosowych. Wyjaśniono, czym są poufność, autentyczność i integralność wiadomości. Zaprezentowano najciekawsze biblioteki kryptograficzne Pythona i dokładnie pokazano, w jaki sposób można je wykorzystywać we własnych implementacjach. Wiele z prezentowanych koncepcji, między innymi kryptografia klucza publicznego i implementacja kryptografii krzywych eliptycznych, zostało przedstawionych w praktyce, za pomocą kodu Pythona, tak aby można było wymieniać dane w bardzo bezpiecznym formacie przez niezabezpieczony kanał.

W książce:

• podstawy Pythona i kryptografii
• protokoły kryptograficzne i matematyka kryptograficzna
• kryptoanaliza za pomocą kodu Pythona
• kryptografia wizualna: biblioteki, algorytmy, tryby kodowania
• integralność wiadomości
• tworzenie rozwiązań kryptograficznych w Pythonie

Masz coś do ukrycia? Zaszyfruj to w Pythonie!

O autorze 11

Podziękowania 13

Wprowadzenie 15

Rozdział 1. Wprowadzenie do kryptografii i Pythona 19

• Algorytmy 19
• Dlaczego warto korzystać z Pythona? 20
• Pobieranie i instalacja Pythona 21
  
  • Instalacja na Ubuntu 21
  • Instalacja w systemie macOS 22
  • Instalacja w systemie Windows 22
  • Instalacja na chromebooku 23
  • Instalowanie dodatkowych pakietów 23
    • Instalacja Pip, NumPy, Matplotlib i SciPy 23
    • Instalacja pakietu Cryptography 25
    • Instalacja dodatkowych pakietów 25
• Testowanie instalacji 26
• Podstawy Pythona 26
  
  • Zmienne 27
  • Łańcuchy znaków 27
  • Operatory 28
    • Operatory arytmetyczne 28
    • Operatory porównania 29
    • Operatory logiczne 30
    • Operatory przypisania 30
    • Operatory bitowe 30
    • Operatory przynależności 31
    • Operatory tożsamości 32
  • Wyrażenia warunkowe 32
  • Pętle 33
    • for 33
    • while 33
    • continue 34
    • break 34
    • else 34
  • Praca z plikami 34
  • Semantyka Pythona 35
    • Typy sekwencyjne 36
  • Własne funkcje 41
  • Pobieranie plików 42
  • Moduły 43
• Szyfr wsteczny 44
• Podsumowanie 44

Rozdział 2. Protokoły kryptograficzne i poufność doskonała 45

• Studium kryptologii 46
  
  • Zrozumieć kryptografię 46
    • Alicja i Bob, czyli słynna kryptograficzna rodzina 47
    • Protokół Diffiego-Hellmana 48
    • Uwierzytelnianie źródła danych 48
    • Uwierzytelnianie jednostek 49
    • Algorytmy symetryczne 50
    • Algorytmy asymetryczne 50
    • Protokoły Needhama-Schroedera 50
    • Protokół Otwaya-Reesa 52
    • Kerberos 52
    • Kerberos w wielu domenach 54
    • X.509 55
    • Konfiguracja Twojej pierwszej biblioteki kryptograficznej 56
    • Formalna walidacja protokołów kryptograficznych 59
  • Zrozumieć kryptoanalizę 60
• Modele ataków 60
  
  • Ataki metodą siłową 61
  • Ataki kanałem bocznym 61
  • Inżynieria społeczna 62
  • Ataki analityczne 62
  • Analiza częstości 62
• Twierdzenie Shannona 62
• Szyfr z kluczem jednorazowym 63
  
  • XOR, AND i OR 63
  • Funkcja szyfru z kluczem jednorazowym 67
• Jednokierunkowe funkcje skrótu 70
  
  • Jednokierunkowe kryptograficzne funkcje skrótu 70
  • Kody uwierzytelniania wiadomości 71
• Doskonałe utajnianie z wyprzedzaniem 72
• Opublikowane i zastrzeżone algorytmy szyfrowania 73
• Podsumowanie 73
• Bibliografia 74

Rozdział 3. Kryptografia klasyczna 75

• Najlepsze praktyki dotyczące haseł 75
  
  • Przechowywanie haseł 76
  • Haszowanie haseł 76
  • Solenie haseł 77
  • Password/keystretching 78
  • Narzędzia przydatne w pracy z hasłami 78
• Zaciemnianie danych 79
  
  • Kodowanie ASCII 79
  • Kodowanie tekstu Base64 79
  • Dane binarne 81
  • Dekodowanie 81
• Szyfry o znaczeniu historycznym 82
  
  • Spartańskie Skytale 82
  • Szyfry podstawieniowe 82
    • Szyfr Cezara 83
    • ROT-13 84
    • Atbasz 85
  • Szyfr Vigenere'a 86
  • Szyfr Playfaira 87
  • Szyfr Hilla 2×2 90
  • Kolumnowy szyfr przestawieniowy 94
  • Szyfr afiniczny 97
• Podsumowanie 99

Rozdział 4. Matematyka kryptograficzna i analiza częstości 101

• Arytmetyka modularna i największy wspólny dzielnik 102
• Liczby pierwsze 103
  
  • Twierdzenie o liczbach pierwszych 104
  • Szkolny test pierwszości 104
  • Małe twierdzenie Fermata 105
  • Test pierwszości Millera-Rabina 106
  • Generowanie dużych liczb pierwszych 109
• Podstawy teorii grup 111
  
  • Rząd elementu 112
• Odwrotność modulo 114
  
  • Odwrotność z użyciem małego twierdzenia Fermata 114
• Rozszerzony algorytm Euklidesa 115
• Twierdzenie Eulera 115
• Pseudolosowość 118
  
  • Funkcja generująca wartości pseudolosowe 119
• Rozwiązywanie układów równań liniowych 120
• Analiza częstości 123
• Kryptoanaliza z użyciem Pythona 126
  
  • Korzystanie z internetowej listy słów 128
  • Obliczanie częstości znaków 128
  • Łamanie szyfru Vigenere'a 131
• Podsumowanie 138

Rozdział 5. Szyfry strumieniowe i blokowe 139

• Konwersja pomiędzy zapisem szesnastkowym a tekstem jawnym 140
• Szyfry strumieniowe 141
  
  • ARC4 146
  • Szyfr Vernama 147
  • Szyfr Salsa20 148
  • Szyfr ChaCha 150
• Szyfry blokowe 154
  
  • Tryb EBC 156
  • Tryb CBC 157
  • Tryb CFB 158
  • Tryb OFB 159
  • Tryb CTR 160
  • Tryby strumieniowe 162
  • Samodzielne tworzenie szyfru blokowego za pomocą sieci Feistela 162
  • Advanced Encryption Standard (AES) 164
    • AES w Pythonie 164
    • Szyfrowanie plików za pomocą AES 166
    • Odszyfrowywanie plików za pomocą AES 166
• Podsumowanie 166

Rozdział 6. Kryptografia wizualna 167

• Prosty przykład 167
• Biblioteki graficzne i steganograficzne 169
  
  • Biblioteka cryptography 170
  • Biblioteka cryptosteganography 170
• Kryptografia wizualna 171
  
  • Szyfrowanie zawartości pliku za pomocą algorytmu Ferneta 171
  • Szyfrowanie obrazu za pomocą algorytmu Ferneta 173
  • AES i tryby kodowania 174
    • Prosty przykład użycia trybu ECB 175
    • Prosty przykład szyfrowania w trybie CBC 179
    • Wykorzystanie wiedzy w praktyce 180
• Steganografia 181
  
  • Przechowywanie wiadomości w obrazie 181
  • Ukrywanie pliku binarnego w obrazie 184
  • Praca z dużymi obrazami 187
• Podsumowanie 189

Rozdział 7. Integralność wiadomości 191

• Kody uwierzytelniania wiadomości 191
  
  • Kod uwierzytelniania wiadomości oparty na funkcjach haszujących 193
    • Podpisywanie wiadomości za pomocą HMAC 194
    • Podpisywanie algorytmem SHA 194
    • Skróty binarne 195
  • Zgodność z NIST 197
  • CBC-MAC 198
  • Atak urodzinowy 199
  • Fałszowanie wiadomości 200
    • Atak length extension 200
• Ustanawianie bezpiecznego kanału komunikacji 201
  
  • Kanały komunikacyjne 202
  • Przesyłanie bezpiecznych wiadomości przez sieci IP 202
    • Tworzenie gniazda serwera 203
    • Tworzenie gniazda klienta 204
    • Tworzenie wielowątkowego serwera z komunikacją TCP 204
    • Dodawanie szyfrowania symetrycznego 205
    • Łączenie wiadomości i kodu MAC 208
• Podsumowanie 211
• Bibliografia 211

Rozdział 8. Infrastruktura klucza publicznego i zastosowania kryptografii 213

• Koncepcja klucza publicznego 214
  
  • Podstawy RSA 216
  • Generowanie certyfikatu RSA 218
  • Szyfrowanie i odszyfrowywanie tekstu za pomocą certyfikatów RSA 220
  • Szyfrowanie i odszyfrowywanie obiektów BLOB za pomocą certyfikatów RSA 221
• Algorytm ElGamal 223
• Kryptografia krzywych eliptycznych 226
  
  • Generowanie kluczy w ECC 228
  • Długości klucza i krzywe 229
• Protokół wymiany kluczy Diffiego-Hellmana 230
• Podsumowanie 232

Rozdział 9. Szlifowanie umiejętności kryptograficznych w Pythonie 233

• Tworzenie aplikacji do niezaszyfrowanej komunikacji 234
  
  • Tworzenie serwera 234
  • Tworzenie klienta 236
  • Tworzenie pliku pomocniczego 237
  • Uruchamianie 238
• Instalowanie i testowanie Wiresharka 238
• Implementacja PKI z użyciem certyfikatów RSA 240
  
  • Modyfikowanie serwera 241
  • Modyfikowanie klienta 242
  • Modyfikowanie pliku pomocniczego 243
  • Uruchamianie 244
• Implementacja protokołu wymiany kluczy Diffiego-Hellmana 245
  
  • Modyfikowanie kodu serwera 247
  • Modyfikowanie kodu klienta 248
  • Modyfikowanie pliku pomocniczego 250
  • Klasa DiffieHellman 254
  • Uruchamianie 258
• Podsumowanie 259