www.buslab.orgPB173 1/32
PB173 - Tématický vývoj aplikací v
C/C++ (podzim 2011)
Skupina: Aplikovaná kryptografie a bezpečné
programování
https://minotaur.fi.muni.cz:8443/pb173_crypto
Petr Švenda, svenda@fi.muni.cz
Konzultace: B420, Pondělí 13-13:50
www.buslab.orgPB173 2/32
Co je cílem předmětu
Získat zkušenosti s implementací většího
programu
Používat vývojové nástroje
Naučit se dobré programátorské postupy
● programování obecně
● ale speciálně v oblasti bezpečnostních aplikací
Získat praktické postřehy z implementací
kryptografických aplikací
● co nakonec ve firmě vyžadují
www.buslab.orgPB173 3/32
Co není cílem předmětu
Detailní ovládnutí konkrétní technologie
● zabrousíme do různých oblastí
Pokročilé zvládnutí celého vývojového procesu
● to jednoduše nestihneme
Vysvětlovat základy kryptografie nebo srovnávat
všechny možné varianty řešení problému
● hlavně se budeme snažit prakticky programovat
www.buslab.orgPB173 4/32
Organizační
Formality výuky
● každotýdenní dvojhodinovka
● evidovaná účast, 2 neúčasti bez omluvení OK
Způsob výuky
● max. cca 30 min./týdně úvod do problematiky
● zbytek programování přímo na hodině
● z mé strany průběžná konzultace nad vznikajícími problémy
● default Windows (ale můžete pracovat i na jiné platformě)
Samostatná práce
● v týmech, průběžná tvorba většího projektu
● dodělávání práce z hodiny
● pravidelné bodované předvádění stavu projektu (každé cvičení)
www.buslab.orgPB173 5/32
Organizační (2)
Používané nástroje
● IDE, verzovací nástroje, Doxygen, debugger, analýza a
kontrola kódu
● konkrétní není striktně dané – použijte svoje oblíbené
● default Visual Studio
Hodnocení
● účast
● průběžná práce (10 bodů týdně)
● prezentace celého projektu (30 bodů)
● možné bonusy
● max. 150 bodů, zisk alespoň 100 bodů na kolokvium
www.buslab.orgPB173 6/32
Rozdělení do týmů
3 osoby
Společná práce, ale každý prezentuje svůj přínos
● prezentace na každém dalším cvičení
● resp. za 14 dni při absenci
Rozdělení teď!
www.buslab.orgPB173 7/32
Celkový přehled
Základní podklady na wiki
● https://minotaur.fi.muni.cz:8443/pb173_crypto
Pro informaci přehled z minulého roku
● https://minotaur.fi.muni.cz:8443/~xsvenda/docuwiki/dok
u.php?id=public:pb173:pb173_2010_crypto
Může se ale částečně měnit
● uvidíme dle reálné obtížnosti, rychlosti postupu a zájmu
Můžete otevřít vlastní řešený problém
www.buslab.orgPB173 8/32
How good YOU are in English?
Apology all my mistakes,
please.
www.buslab.orgPB173 9/32
"Theme" project
Secure videoconferencing architecture
www.buslab.orgPB173 10/32
"Theme" project
Certification authority
● validates and issue user certificates
Videoconferencing server
● register and faciliate connection between users
Client
● provides operations related to end user usage
Main focus on solving parts of the architecture
www.buslab.orgPB173 11/32
"Theme" project – some details
Users obtains certificate of identity from
Certification authority
Users register with Videoconferencing server
Videoconferencing server provides list of
connected users, help to establish video
connection and charge fee based on call length
Client maintains user identity, related keys and
provides high speed encryption of audio/video
stream
www.buslab.orgPB173 12/32
Short questionnaire
1. Do you know difference between symmetric and
asymmetric cryptography? 3
2. Do you known difference between block and
stream cipher? 7
3. Do you know DES and AES algorithm? 7
4. Do you know ECB and CBC encryption mode? 9
5. Do you know principle of hash functions? 6
6. Do you know MD5 and SHA-1 algorithm? 5
7. Do you known concept of digital signature? 2
www.buslab.orgPB173 13/32
Cryptographic libraries
www.buslab.orgPB173 14/32
Do not implement your own algorithms
Time consuming (someone probably already did
that before)
Functional problems
Low performance
Security problems due to bugs
Security problems due to missing defense against
implementation attacks
www.buslab.orgPB173 15/32
Use well-known implementations
Use well-known libraries
● OpenSSL, PolarSSL, GnuPG, BouncyCastle (Java)
Or implementation of algorithms from wellestablished
authors
● Brian Gladman, Eric A. Young …
www.buslab.orgPB173 16/32
Complexity matters
Complexity of library implementation should
match your needs
● usually, you need only one or two algorithms
Multiprocessor or CPU-independent
implementation can be overkill
● and just increase risk of error
Do you really need library with object-oriented
design?
www.buslab.orgPB173 17/32
Complexity matters (2)
Large libraries are not always the most suitable
ones
OpenSSL is complex and interconnected
● e.g., AES is extractable much easier from PolarSSL
then from OpenSSL
www.buslab.orgPB173 18/32
Code authenticity
Source code signature
● Do you really have original source codes?
● MD5/SHA1 hash (where to get “correct” hash value?)
● GPG/PGP
Generate your own GPG/PGP signature keys
● use them for inter-team communication
● sign your code releases
www.buslab.orgPB173 19/32
Resilience against bugs
Do not design algorithms/protocols by yourself
Try to find existing standards
● NIST, RSA PKCS, RFC, ISO/ANSI
Try not to deviate from standards
● compatibility and compliance
● no need for (time consuming) specification of detailed
your scheme
● small change can have big security impacts
www.buslab.orgPB173 20/32
Libraries used often - OpenSSL
Pros:
● Very rich library
● lots of algorithms, protocols, paddings
● not “just” SSL
● well tested functionally&security over time!
● significant amount of existing examples on web
Cons:
● API is complex and sometimes harder to understand
● relatively low-level functions (can be pros!)
● code is significantly interconnected
● not suitable for extraction of single algorithm
● poor official documentation
www.buslab.orgPB173 21/32
Libraries used often - PolarSSL
Pros:
● API is simple and clear
● easy to extract single algorithm
Cons:
● fewer supported algorithms and standards
● dual licensing, but not BSD-like license
www.buslab.orgPB173 22/32
How to use library
Extract code and compile alone
● some work with extraction
● small, clean and self-containing result
Compile against whole library
● usually easy to do
● but dependence on possibly unused code
Link statically against dynamic library
● dll must be always present to run program
www.buslab.orgPB173 23/32
How to use library (2)
Link dynamically against dynamic library
● try to open dll file and obtain function handle
Link against service provider functions
● Cryptography Service Providers in particular
● API for listing of available service providers
(CryptEnumProviders)
● standardized functions provided by providers
http://msdn.microsoft.com/en-
us/library/aa380252%28v=VS.85%29.aspx#service_provider_functions
www.buslab.orgPB173 24/32
Security implications of dynamic libraries
Library can be forged and exchanged
Library-in-the-middle attack easy
● data flow logging
● input/output manipulation
Library outputs can be less checked then user
inputs
● feeling that library is my “internal” stuff and should play
by „my“ rules
Library function call can be behind logical access
controls
www.buslab.orgPB173 25/32
Practical assignment
www.buslab.orgPB173 26/32
Practical assignment
Download OpenSSL and PolarSSL library
● and check signature (gpg --verify)
Write small project
● read, encrypt and hash supplied file, write into out file
● read, verify hash and decrypt file
● use AES-128 in CBC mode and HMAC with SHA2-512
● use PKCS#7 padding method for encryption (RFC
3852)
www.buslab.orgPB173 27/32
Practical assignment (2)
Requirements
● user specifies input and output file
● use functions from OpenSSL library as DLL calls
● extract AES and SHA-2 code from PolarSSL library
● user specifies if OpenSSL DLL or build-in PolarSSL
methods will be used
www.buslab.orgPB173 28/32
Practical assignment (3)
Write following simple unit tests (CxxTest)
● http://morison.biz/technotes/articles/23
● file not exists or cannot be read/written into
● encrypted blob was corrupted
● wrong decryption key was used
● test vectors for encryption and hashing
Code will be used later in architecture
● will be used again and extended, so write it well
www.buslab.orgPB173 29/32
Questions?
www.buslab.orgPB173 30/32