Fakulta informačních technologií VUT v Brně

Detail předmětu

Bezpečná zařízení

BZA Ak. rok 2019/2020 letní semestr 5 kreditů

Hlavním cílem úvodní části předmětu je přehled existujících bezpečných technických zařízení a jejich použití. Dále plynule přejdeme do problematiky postranních kanálů. Na základě teze, že realizace zařízení bez postranních kanálů je cílem, kterého nelze nikdy dosáhnout projdeme jejich význam a možnosti hodnocení nebezpečnosti. Další část předmětu se věnuje dvěma významným typům útoků na postranní kanály: Časové a výkonové analýze. Časová analýza je použitelná nejen na bezpečné moduly, ale i na programové implementace např. bezpečnostních protokolů. Nejjednoduššími bezpečnými zařízeními jsou čipové karty, u kterých projdeme základy návrhu, elektrických vlastností, komunikačních protokolů a celkové bezpečnosti. Výkonová a chybová analýza jsou velmi účinnými útoky na čipové karty a budeme se tedy věnovat jak teoretickému popisu, tak i výsledkům, kterých lze dosáhnout. Ochrana zařízení před využitím postranních kanálů a speciálně program TEMPEST tvoří další část výkladu. Poslední logická část kursu se věnuje technickým bezpečnostním modulům (HSM): Evoluce, hlavní aplikace, definice API a útoky na API. Jak navrhovat API, ukázky chyb.

Garant předmětu

Zástupce garanta předmětu

Jazyk výuky

česky

Zakončení

zkouška (písemná)

Rozsah

39 hod. přednášky, 13 hod. projekty

Bodové hodnocení

51 zkouška, 20 půlsemestrální test, 29 projekty

Zajišťuje ústav

Přednášející

Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu

Teoretické a praktické znalosti návrhu bezpečných IS založeném na bezpečných zařízeních. Schopnost použít bezpečná zařízení (od čipových karet, až po technické bezpečnostní moduly), rozeznat slabá místa. Schopnost myslet z hlediska útočníka a aplikovat tento pohled při návrhu IS. Teoretické a praktické znalosti základních kategorií existujících útoků.

Dovednosti, znalosti a kompetence obecné

Studenti se naučí nahlížet na informační systém z hlediska útočníka. Naučí se identifikovat problematická místa větších informačních systémů.

Cíle předmětu

Předmět aplikuje znalosti z předmětů Kryptografie a Bezpečnost informačních systémů (nejsou pro předmět nutnou prerekvizitou) v konkrétní oblasti. Rozšiřuje znalosti studentů směrem k implementaci bezpečných a kryptografických zařízení. Cílem je naučit studenty myslet z pohledu případného útočníka na IS. Naučit studenty hledat a analyzovat postranní kanály (neúmyslné zdroje informací) je jedním z hlavních cílů předmětu.

Proč je předmět vyučován


Předmět je zásadní pro všechny inženýry pracující v oblastech informatiky. Poskytuje základní teoretické a praktické znalosti v oblasti bezpečnosti informačních systémů a kryptografie v hardwarových zařízeních.

Literatura studijní

  • Cetin Kaya Koc: Cryptographic Engineering, Springer Publishing Company, 2008, ISBN: 0387718168 9780387718163
  • Menezes, A.J., van Oorschot, P., Vanstone, S.: Handbook of Applied Cryptography, CRC Press Series on Discrete Mathematics and Its Applications, Hardcover, 816 pages, CRC Press, 1997, dostupné na http://www.cacr.math.uwaterloo.ca/hac/
  • Debdeep Mukhopadhyay, Rajat Subhra Chakraborty: Hardware Security: Design, Threats, and Safeguards, Chapman and Hall/CRC, 2014, ISBN 9781439895832

Literatura referenční

  • Cetin Kaya Koc: Cryptographic Engineering, Springer Publishing Company, 2008, ISBN: 0387718168 9780387718163
  • Menezes, A.J., van Oorschot, P., Vanstone, S.: Handbook of Applied Cryptography, CRC Press Series on Discrete Mathematics and Its Applications, Hardcover, 816 pages, CRC Press, 1997.
  • Bond, M. K.: Understanding Security APIs, PhD. thesis, Cambridge 2004.
  • Rankl, W., Effing, W.: Smart Card Handbook, John Wiley and Sons, pp. 1120, 3rd edition, 2004.

Osnova přednášek

  • Úvod do bezpečných technických ("hardwarových") zařízení popisující přehledně jejich vývoj, architektury a použití. Generátory náhodných čísel (HW + SW). 
  • Čipové karty - budou nejprve probrány z hlediska návrhu, elektrických vlastností a komunikačních protokolů. Dále pak z hlediska jejich bezpečnosti a bezpečnosti API.
  • Postranní kanály - jejich význam z hlediska implementací, hodnocení jejich nebezpečnosti a možný návrh klasifikace.
  • Časová analýza od jejího počátku v roce 1996 až po poslední implementace a provedené útoky, včetně detailního popisu a definice podmínek nutných pro její úspěšné nasazení.
  • Výkonová a chybová analýza jako zástupce útoků na postranní kanály dostupné u čipových karet.
  • Bezpečnost IoT.
  • Půlsemestrální písemka.
  • Nearchitekturní útoky - Spectre, Meltdown, zneužití cache, prediktorů apod.
  • Studentské prezentace na vybraná témata.
  • LFSR.
  • Ochrana zařízení před využitím postranních kanálů, možné přístupy, principy, vliv na funkčnost zařízení.
  • Reverzní inženýrství - techniky, nástroje, příklady.
  • Technické bezpečnostní moduly (HSM) a jejich evoluce, a hlavní aplikace včetně ukázek praktického použití a návrhu protokolů s jejich využitím.

Osnova ostatní - projekty, práce

Průběžná kontrola studia

Kontrola studia je prováděna půlsemestrální zkouškou, vypracováním průběžných projektů a závěrečnou zkouškou. 

Kontrolovaná výuka

Rozvrh

DenTypTýdnyMístn.OdDoPSKSkupInfo
Stpřednáškavýuky E104 13:0015:50 1MIT 2MIT xx

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru