Detail předmětu

Bezpečná zařízení

BZA Ak. rok 2021/2022 letní semestr 5 kreditů

Aktuální akademický rok

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

Hanáček Petr, doc. Dr. Ing. (UITS)

Koordinátor předmětu

Malinka Kamil, Mgr., Ph.D. (UITS)

Jazyk výuky

česky

Zakončení

zkouška (písemná)

Rozsah

  • 39 hod. přednášky
  • 13 hod. projekty

Bodové hodnocení

  • 51 bodů závěrečná zkouška (písemná část)
  • 20 bodů půlsemestrální test (písemná část)
  • 29 bodů projekty

Zajišťuje ústav

Ústav inteligentních systémů (UITS)

Přednášející

Hanáček Petr, doc. Dr. Ing. (UITS)
Malinka Kamil, Mgr., Ph.D. (UITS)

Cvičící

Malinka Kamil, Mgr., Ph.D. (UITS)

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.
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

  • Debdeep Mukhopadhyay, Rajat Subhra Chakraborty: Hardware Security: Design, Threats, and Safeguards, Chapman and Hall/CRC, 2014, ISBN 9781439895832
  • 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/
  • 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.

Průběžná kontrola studia

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

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru