Detail předmětu

Foundations of Cryptography

FEKT-MPA-ZKRAk. rok: 2021/2022

Základní terminologie v kryptologii, rozdělení oblastí kryptologie, algebraické struktury používané v kryptografii. Generování, testování a využití prvočísel. Aritmetika používaných grup, bilineární párování. Základy teorie složitosti, třídy složitosti. Výpočetně složité problémy využívané v kryptografii – diskrétní logaritmus, EC diskrétní logaritmus, RSA problém. Přehled základních algoritmů využívaných v kryptografii. Symetrické a asymetrické kryptosystémy (PRESENT, AES, RSA, ECDH, SHA2, 3) a jejich využití v praxi. Koncept prokazatelné bezpečnosti – důkazy, formální modely, zero-knowledge, Sigma-protokoly, kryptografické závazky.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

6

Garant předmětu

M.Sc. Sara Ricci, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav telekomunikací (UTKO)

Nabízen zahraničním studentům

Všech fakult

Výsledky učení předmětu

Student v předmětu získá teoretické základy z oblasti kryptografie a počítačové bezpečnosti. Na základě těchto znalostí bude schopen kvalifikovaně analyzovat a navrhovat bezpečnostní řešení pro informační a komunikační systémy (ICT). Student bude schopen vysvětlit principy používaných algebraických struktur, základních kryptografických primitiv (hashe, generátory náhodných čísel, protokolů prokazatelné bezpečnosti), základních algoritmů a popsat fungování symetrických a asymetrických kryptosystémů. Student bude teoreticky připraven na navazující kurzy z oblastí datového přenosu a zabezpečení ICT systémů.

Prerekvizity

Předmět je navržen jako úvod do problematiky kryptografie, nevyžaduje tedy jiné prerekvizity, než znalosti získané během středoškolského studia, především středoškolské matematiky a obecné základy používání počítačových systémů.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává během semestru 10 cvičení.

Způsob a kritéria hodnocení

Maximum 15 bodů je uděleno za test z teoretických znalostí ve cvičeních. Za správné výsledky a vypracování všech úloh je uděleno dalších 15 bodů. Minimální rozsah vypracování jednotlivých laboratorních úloh stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Závěrečná písemná zkouška je hodnocena maximem 70 bodů.

Osnovy výuky

1. Úvod do kryptografie, historie
2. Úvod do teorie čísel
3. Prvočísla a jejich využití v kryptografii
4. Základy struktur používaných v kryptografii
5. Základy struktur používaných v kryptografii II
6. Modulární aritmetika
7. Výpočetní problémy, jejich klasifikace a využití
8. Algoritmy pro kryptografii I
9. Algoritmy pro kryptografii II
10. Šifrování v praxi
11. Autentizace a digitální podpis v praxi
12. Prokazatelná bezpečnost I
13. Prokazatelná bezpečnost II

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základy kryptografie a poskytnout jim informace nezbytné pro pokročilejší kurzy zabývající se informační a komunikační bezpečností. Během kurzu se studenti seznámí s teoretickými základy (především algebraickými strukturami a jejich vlastnostmi), nejčastějšími algoritmy a koncepty používanými v moderní kryptografii.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

Hoffstein, J., Pipher, J., Silverman, J. H.: An introduction to mathematical cryptography. New York: Springer, 2014, ISBN 978-1493917105 (EN)
Oorschot, P. C. v.: Computer Security and the Internet: Tools and Jewels. (EN)
Stallings, W.: Cryptography and Network Security: Principles and Practice. Pearson, 2016, ISBN 978-0134444284 (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPA-MEL magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPA-EAK magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPAD-MEL magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

M.Sc. Sara Ricci, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do kryptografie, historie
2. Úvod do teorie čísel
3. Prvočísla a jejich využití v kryptografii
4. Základy struktur používaných v kryptografii
5. Základy struktur používaných v kryptografii II
6. Modulární aritmetika
7. Výpočetní problémy, jejich klasifikace a využití
8. Algoritmy pro kryptografii I
9. Algoritmy pro kryptografii II
10. Šifrování v praxi
11. Autentizace a digitální podpis v praxi
12. Prokazatelná bezpečnost I
13. Prokazatelná bezpečnost II

Cvičení s počítačovou podporou

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

M.Sc. Sara Ricci, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do cvičení
2. Základní operace a jejich softwarová implementace
3. Generování a testování prvočísel
4. Generování grup a jejich vlastnosti
5. Diskrétní logaritmus a jeho využití v kryptografii
6. RSA problém a jeho využití v kryptografii
7. Eliptické křivky a jejich využití v kryptografii
8. Základní algoritmy
9. Základy práce v kryptografickém simulačním softwaru
10. Simulace jednoduchých kryptosystémů
11. Simulace moderních šifrovacích algoritmů
12. Simulace moderních autentizačních protokolů

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz