13. Asymetrická kryptografie, podpisy a certifikáty

Co se po vás bude chtít?

Asymetrická kryptografie

• Princip:

  • Dva matematicky svázané klíče: veřejný a soukromý
  • Co je zašifrováno veřejným klíčem, lze dešifrovat pouze soukromým
  • Co je zašifrováno soukromým klíčem, lze dešifrovat veřejným

• Veřejný klíč (public key):

  • Může být volně sdílen
  • Používá se pro šifrování zpráv pro majitele klíče
  • Používá se pro ověření digitálního podpisu

• Soukromý klíč (private key):

  • Musí zůstat tajný
  • Používá se pro dešifrování zpráv
  • Používá se pro vytvoření digitálního podpisu

Rozdíly oproti symetrické kryptografii

Vlastnost	Symetrická	Asymetrická
Počet klíčů	1 (sdílený)	2 (veřejný + soukromý)
Distribuce klíčů	Problematická	Snadná (veřejný klíč)
Rychlost	Rychlá	Pomalá
Použití	Velké objemy dat	Malá data, výměna klíčů
Pro N uživatelů	N*(N-1)/2 klíčů	2N klíčů

Využití asymetrické kryptografie

• Šifrování zpráv:

  • Odesílatel šifruje veřejným klíčem příjemce
  • Pouze příjemce může dešifrovat svým soukromým klíčem

• Výměna symetrických klíčů:

  • Asymetrické šifrování pro bezpečnou výměnu
  • Následně rychlejší symetrické šifrování pro data
  • Hybridní přístup (TLS)

• Digitální podpisy:

  • Ověření autenticity a integrity
  • Nepopiratelnost autorství

• Autentizace:

  • SSH klíče pro přihlášení
  • Challenge-response protokoly

Algoritmy asymetrické kryptografie

• RSA (Rivest-Shamir-Adleman):

  • Nejrozšířenější algoritmus
  • Založen na obtížnosti faktorizace velkých čísel
  • Doporučená délka klíče: min. 2048 bitů (lépe 4096)
  • Použití: šifrování, podpisy, výměna klíčů

• Diffie-Hellman (DH):

  • Výměna klíčů přes nezabezpečený kanál
  • Založen na problému diskrétního logaritmu
  • Neposkytuje autentizaci (náchylný na MITM bez PKI)

• ECDH (Elliptic Curve Diffie-Hellman):

  • Diffie-Hellman na eliptických křivkách
  • Kratší klíče při stejné bezpečnosti

• ECC (Elliptic Curve Cryptography):

  • Kryptografie na eliptických křivkách
  • 256-bit ECC ≈ 3072-bit RSA (bezpečnost)
  • Rychlejší a efektivnější
  • ECDSA - varianta pro digitální podpisy
  • Ed25519 - moderní, rychlý podpisový algoritmus

Digitální podpisy

• Princip:

  1. Vytvoření hashe dokumentu
  2. Zašifrování hashe soukromým klíčem = podpis
  3. Příjemce dešifruje podpis veřejným klíčem
  4. Porovná hash s vlastním výpočtem hashe dokumentu

• Vlastnosti digitálního podpisu:

  • Autenticita - potvrzení identity podepsaného
  • Integrita - detekce změn v dokumentu
  • Nepopiratelnost - autor nemůže popřít podpis

• Formáty digitálních podpisů:

  • Detached signature - podpis jako samostatný soubor
  • Enveloped signature - podpis součástí dokumentu
  • Enveloping signature - dokument součástí podpisu

• Kde se používají:

  • Podepisování software (code signing)
  • E-mailové podpisy (S/MIME, PGP)
  • Elektronické dokumenty (PDF)
  • Bankovní transakce
  • Blockchain a kryptoměny

PKI (Public Key Infrastructure)

• Co je PKI:

  • Systém pro správu veřejných klíčů a certifikátů
  • Zajišťuje důvěryhodnost veřejných klíčů
  • Propojení identity s veřejným klíčem

• Komponenty PKI:

  • CA (Certificate Authority) - vydává certifikáty
  • RA (Registration Authority) - ověřuje identity žadatelů
  • Certifikát - digitálně podepsané propojení identity a klíče
  • CRL (Certificate Revocation List) - seznam zneplatněných certifikátů
  • OCSP - online ověření platnosti certifikátu

Digitální certifikáty

• Co je certifikát:

  • Elektronický dokument propojující veřejný klíč s identitou
  • Podepsán důvěryhodnou certifikační autoritou (CA)
  • Standard X.509

• Obsah certifikátu:

  • Veřejný klíč subjektu
  • Informace o subjektu (jméno, organizace, doména)
  • Informace o vydavateli (CA)
  • Doba platnosti (od - do)
  • Sériové číslo
  • Digitální podpis CA
  • Použití klíče (key usage)

• Typy certifikátů (podle ověření):

  • DV (Domain Validation) - ověření vlastnictví domény
  • OV (Organization Validation) - ověření organizace
  • EV (Extended Validation) - rozšířené ověření (zelený proužek)

• Řetězec důvěry (Chain of Trust):

  • Root CA - kořenová autorita (self-signed)
  • Intermediate CA - mezilehlá autorita
  • End-entity certifikát - certifikát serveru/uživatele
  • Prohlížeče obsahují seznam důvěryhodných root CA

Certifikační autority

• Veřejné CA:

  • Let’s Encrypt - bezplatné DV certifikáty
  • DigiCert, Comodo, GlobalSign - komerční

• Interní/Firemní CA:

  • Pro interní systémy organizace
  • Vlastní root CA

SSL/TLS certifikáty

• Použití:

  • HTTPS - zabezpečení webů
  • E-mail servery (SMTP, IMAP)
  • VPN

• Proces ověření (TLS handshake):

  1. Klient se připojí k serveru
  2. Server pošle svůj certifikát
  3. Klient ověří certifikát (podpis CA, platnost, doména)
  4. Výměna klíčů pro symetrické šifrování
  5. Šifrovaná komunikace

Bezpečná správa klíčů

• Generování klíčů:

  • Použití kryptograficky bezpečných generátorů
  • Dostatečná délka klíče (RSA min. 2048, ECC min. 256)

• Úložiště klíčů:

  • HSM (Hardware Security Module) - hardwarové úložiště
  • TPM (Trusted Platform Module) - čip v počítači
  • Key management systémy - Vault, AWS KMS
  • Šifrované soubory (s heslem)

• Ochrana soukromého klíče:

  • Silné heslo (passphrase)
  • Omezená přístupová práva
  • Zálohování na bezpečném místě
  • Nikdy nesdílet!

• Rotace klíčů:

  • Pravidelná výměna klíčů
  • Postupný přechod (key rollover)

• Zneplatnění (revocation):

  • CRL - seznamy zneplatněných certifikátů
  • OCSP - online ověření platnosti
  • Nutné při kompromitaci klíče

Praktické nástroje

• OpenSSL:

  • Generování klíčů a certifikátů
  • Šifrování/dešifrování souborů
  • Vytváření CSR (Certificate Signing Request)

• GPG/PGP:

  • Šifrování e-mailů a souborů
  • Web of Trust model

• SSH klíče:

  • Ed25519 (doporučeno) nebo RSA
  • ssh-keygen pro generování
  • Autentizace bez hesla

Připrav se na HAXAGONu

Kryptografie:

• Enkódování
• Password cracking 1

HTTP:

• HTTP - SSL/TLS
• HTTP - Zabezpečení skladu

Linux - pokročilý:

• Konfigurace OpenSSH
• Konfigurace OpenSSH - test

Git:

• Git - SSH klíče

Nebezpečný internet:

• Dvoufaktorová autentizace