Tantárgy » BMEVIHIA030
Alkalmazott kriptográfia
Applied Cryptography
A tantárgyleírás hatályossága
Hatályosság kezdete:
2026. March 21.
Hatályosság vége:
—
| Tantárgy neve (magyarul, angolul) |
Alkalmazott kriptográfia
Applied Cryptography
|
||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tantárgykód | BMEVIHIA030 | ||||||||||||
| Tantárgyjelleg | — | ||||||||||||
| Képzési szint | — | ||||||||||||
| Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves) |
|
||||||||||||
| Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa | vizsga | ||||||||||||
| Tantárgy kreditértéke | 4 | ||||||||||||
| Tantárgyfelelős |
DR. Buttyán Levente
beosztás: egyetemi tanár
elérhetőség:
buttyan.levente@vik.bme.hu
|
||||||||||||
| Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység |
Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
|
||||||||||||
| Kar | Villamosmérnöki és Informatikai Kar | ||||||||||||
| Tantárgy weboldala | — | ||||||||||||
| Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege | — | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel | nincs |
Célkitűzés
Tantárgyprogram
1. előadás (2 óra): Motiváció és alapfogalmak. Példák kibertámadásokra, támadó modellek, és főbb biztonsági célok. A kriptográfia rövid története.
2. előadás (2 óra): Szimmetrikus és aszimmetrikus kulcsú rejtjelezés (elliptikus görbe kriptográfia is), digitális aláírás sémák, kriptográfiai hash függvények algoritmusainak működése és főbb tulajdonságai, biztonsági paraméterek méretezése.
3. előadás (2 óra): Blokkrejtjelezési módok, MAC függvények, PKCS formázási szabályok aszimmetrikus kulcsú algoritmusok esetén.
4. előadás (2 óra): Véletlenszám generátorok: alapfogalmak, támadó modellek, és támadások ismert véletlenszám generátorok ellen. Biztonságos PRNG konstrukciók.
5. előadás (2 óra): Kulcscsere protokollok: támadó modell és fő tervezési követelmények, tervezési módszerek, illusztratív példák (Needham-Schroeder, Wide Mouth Frog, Diffie-Hellman, ...). Kulcscsere protokollok manuális és automatizált biztonsági analízise.
6. előadás (2 óra): Bevezetés a Publikus Kulcs Infrastruktúrákba: digitális tanusítvány, hitelesítés szolgáltató (CA), bizalom (trust), publikus kulcs megszerzése és ellenőrzése, aláírás és rejtjelezés a PKI környezetben.
7. előadás (2 óra): Digitális vs. elektronikus aláírás: digitális aláírás, hitelesség bizonyítása publikus kulcsú kriptográfiával; az elektronikus aláírás jogi fogalma, elektronikus aláírás szabályozás és törvények az EU-ban és az USA-ban, minősített elektronikus aláírás; az elektronikus aláírás előnyei, követelményei, elektronikus aláírás létrehozása.
8. előadás (2 óra): Elektronikus aláírás ellenőrzése: tanusítvány visszavonási állapot ellenőrzése (CRL, OCSP), az aláírás keletkezési idejének ellenőrzése, múltbeli időpontra vonatkoztatott aláírás ellenőrzés, aláírás formátumok, validációs információk csatolása aláíráshoz, aláírás ellenőrzés hosszú távon (kriptográfiai algoritmusok elavulásának problémája).
9. előadás (2 óra): PKI és biztonságos kommunikáció a weben: böngésző és webszerver közötti adatforgalom titkosítása, a bizalom kérdése a weben, tipikus támadások, problémák, megoldási irányok.
10. előadás (2 óra): Hitelesítés szolgáltatók (CA) biztonsága: miért lehet egy CA-ban megbízni? hogyan értékelhető egy CA biztonsága? információbiztonsági audit fogalma, auditálási keretrendszerek (Webtrust for CA, ETSI, CABForum), alapvető biztonsági követelmények, valós példák CA-k biztonságával kapcsolatban, javítási irányok. A PKI üzleti modelljei (azaz hogyan lesz egy CA nyereséges?).
11. előadás (2 óra): A TLS/SSL protokoll működése és analízise
12. előadás (2 óra): További biztonsági protokollok bemutatása és analízise (IPsec, MACsec).
13. előadás (2 óra): Vezeték nélküli hálózatok biztonsága, WiFi biztonsági architektúra és protokollok (WEP, WPA, WPA2), a WEP és a WPA támadása.
14. előadás (2 óra): Kriptográfiai protokollok erőforráskorlátozott környezetekben (Bluetooth, szenzorhálózatok, RFID rendszerek)
15. előadás (2 óra): A kriptográfia alkalmazása mint privátszféra védelmi mechanizmus: anonim kommunikáció és privát hitelesítési protokollok.
16. előadás (2 óra): A jelszavas hitelesítés kihívásai: jelszavak kriptográfiai védelme alkalmazásokban és biztonságos kulcs deriválás jelszóból. 2 faktoros hitelesítés, egyszer használatos (one-time) jelszavak.
17. előadás (2 óra): Gyakorlati hitelesítési és engedélyezési protokollok és federált hitelesítési rendszerek (Kerberos, OAuth, OpenID, SAML).
18. előadás (2 óra): Disk encryption és biztonságos levelezés – PGP és SMIME.
19. előadás (2 óra): Kliens oldali rejtjelezés a Tresorit felhő alapú adattároló rendszerben.
20. előadás (2 óra): DRM és biztonságos fájlmegosztás a Tresorit rendszerben
21. előadás (2 óra): Összegzés és kitekintés a kriptográfia további alkalmazási területeire.
Az előadásokat 7 (egyenként 2 órás) gyakorlat egészíti ki az alábbi témákban:
• kriptográfiai építőelemek működése és tulajdonságai
• kriptográfiai programkönyvtárak használata a gyakorlatban (pl. OpenSSL)
• kulcscsere protokollok elleni támadások
• publikus kulcs infrastruktúra
• tanusítványok és elektronikus aláírás ellenőrzés
• PGP és SMIME használata a gyakorlatban
• Tresorit környezet kialakítása egy virtuális üzleti környezet követelményeihez igazodva
2. előadás (2 óra): Szimmetrikus és aszimmetrikus kulcsú rejtjelezés (elliptikus görbe kriptográfia is), digitális aláírás sémák, kriptográfiai hash függvények algoritmusainak működése és főbb tulajdonságai, biztonsági paraméterek méretezése.
3. előadás (2 óra): Blokkrejtjelezési módok, MAC függvények, PKCS formázási szabályok aszimmetrikus kulcsú algoritmusok esetén.
4. előadás (2 óra): Véletlenszám generátorok: alapfogalmak, támadó modellek, és támadások ismert véletlenszám generátorok ellen. Biztonságos PRNG konstrukciók.
5. előadás (2 óra): Kulcscsere protokollok: támadó modell és fő tervezési követelmények, tervezési módszerek, illusztratív példák (Needham-Schroeder, Wide Mouth Frog, Diffie-Hellman, ...). Kulcscsere protokollok manuális és automatizált biztonsági analízise.
6. előadás (2 óra): Bevezetés a Publikus Kulcs Infrastruktúrákba: digitális tanusítvány, hitelesítés szolgáltató (CA), bizalom (trust), publikus kulcs megszerzése és ellenőrzése, aláírás és rejtjelezés a PKI környezetben.
7. előadás (2 óra): Digitális vs. elektronikus aláírás: digitális aláírás, hitelesség bizonyítása publikus kulcsú kriptográfiával; az elektronikus aláírás jogi fogalma, elektronikus aláírás szabályozás és törvények az EU-ban és az USA-ban, minősített elektronikus aláírás; az elektronikus aláírás előnyei, követelményei, elektronikus aláírás létrehozása.
8. előadás (2 óra): Elektronikus aláírás ellenőrzése: tanusítvány visszavonási állapot ellenőrzése (CRL, OCSP), az aláírás keletkezési idejének ellenőrzése, múltbeli időpontra vonatkoztatott aláírás ellenőrzés, aláírás formátumok, validációs információk csatolása aláíráshoz, aláírás ellenőrzés hosszú távon (kriptográfiai algoritmusok elavulásának problémája).
9. előadás (2 óra): PKI és biztonságos kommunikáció a weben: böngésző és webszerver közötti adatforgalom titkosítása, a bizalom kérdése a weben, tipikus támadások, problémák, megoldási irányok.
10. előadás (2 óra): Hitelesítés szolgáltatók (CA) biztonsága: miért lehet egy CA-ban megbízni? hogyan értékelhető egy CA biztonsága? információbiztonsági audit fogalma, auditálási keretrendszerek (Webtrust for CA, ETSI, CABForum), alapvető biztonsági követelmények, valós példák CA-k biztonságával kapcsolatban, javítási irányok. A PKI üzleti modelljei (azaz hogyan lesz egy CA nyereséges?).
11. előadás (2 óra): A TLS/SSL protokoll működése és analízise
12. előadás (2 óra): További biztonsági protokollok bemutatása és analízise (IPsec, MACsec).
13. előadás (2 óra): Vezeték nélküli hálózatok biztonsága, WiFi biztonsági architektúra és protokollok (WEP, WPA, WPA2), a WEP és a WPA támadása.
14. előadás (2 óra): Kriptográfiai protokollok erőforráskorlátozott környezetekben (Bluetooth, szenzorhálózatok, RFID rendszerek)
15. előadás (2 óra): A kriptográfia alkalmazása mint privátszféra védelmi mechanizmus: anonim kommunikáció és privát hitelesítési protokollok.
16. előadás (2 óra): A jelszavas hitelesítés kihívásai: jelszavak kriptográfiai védelme alkalmazásokban és biztonságos kulcs deriválás jelszóból. 2 faktoros hitelesítés, egyszer használatos (one-time) jelszavak.
17. előadás (2 óra): Gyakorlati hitelesítési és engedélyezési protokollok és federált hitelesítési rendszerek (Kerberos, OAuth, OpenID, SAML).
18. előadás (2 óra): Disk encryption és biztonságos levelezés – PGP és SMIME.
19. előadás (2 óra): Kliens oldali rejtjelezés a Tresorit felhő alapú adattároló rendszerben.
20. előadás (2 óra): DRM és biztonságos fájlmegosztás a Tresorit rendszerben
21. előadás (2 óra): Összegzés és kitekintés a kriptográfia további alkalmazási területeire.
Az előadásokat 7 (egyenként 2 órás) gyakorlat egészíti ki az alábbi témákban:
• kriptográfiai építőelemek működése és tulajdonságai
• kriptográfiai programkönyvtárak használata a gyakorlatban (pl. OpenSSL)
• kulcscsere protokollok elleni támadások
• publikus kulcs infrastruktúra
• tanusítványok és elektronikus aláírás ellenőrzés
• PGP és SMIME használata a gyakorlatban
• Tresorit környezet kialakítása egy virtuális üzleti környezet követelményeihez igazodva
A tárgy célja, hogy bevezetést adjon az alapvető kriptográfiai építőelemek működésébe, és bemutassa, hogyan lehet azok megfelelő alkalmazásával biztonságos rendszereket építeni. A bemutatásra kerülő alkalmazási területek a következők: PKI és elektronikus aláírás, biztonságos kommunikáció nem biztonságos csatornán, és felhő alapú szolgáltatások biztonsága. A tárgyat elvégző hallgatók alkalmassá válnak arra, hogy összetett rendszerek biztonsági problémáit felmérjék és megértsék, hogy eldöntsék, hogy egy biztonsági probléma kriptográfiai megoldással kezelhető-e, valamint, hogy megfelelő módon alkalmazzák a megismert kriptográfiai építőelemeket.
Tanulmányi eredmények
Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:
Tudás
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Képességek
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Attitűd
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Autonómia és felelősség
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Oktatási módszertan
Előadás és gyakorlat.
Tanulástámogató anyagok
Online források
William Stallings, Cryptography and Network Security – Principles and Practices, 4th Edition, Prentice Hall, 2006.; Továbbá az előadások anyaga on-line elérhető, minden témakörhöz külön irodalomjegyzékkel ellátva.
A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek
Tudás típusú kompetenciák
(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
Alapvető számítástechnikai ismeretek, számítógép-hálózatok, kódolástechnika, algebra.
Képesség típusú kompetenciák
(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
nincs
Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák
(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)
Alapvető számítástechnikai ismeretek, számítógép-hálózatok, kódolástechnika, algebra.
Általános szabályok
Követelmények:
A szorgalmi időszakban:
3 db házi feladat (HF1, HF2, HF3) sikeres teljesítése.
HF1 kiadása az 5. héten, beadása a 7. héten történik. HF2 kiadása a 8. héten, beadása a 10. héten történik. HF3 kiadása a 11. héten, beadása a 13. héten történik. A beadás határideje az adott oktatási hét péntek, 14 óra.
Késedelmesen beadott, de egyébként elfogadott házi feladat a félévi jegy megállapításakor elégséges (2) osztályzatot jelent, ha a hallgató a beadási határidő lejárta előtt a késést méltányolható okkal nem menti ki.
A vizsgaidőszakban:
szóbeli vizsga (V).
A félévi jegy számításának módja: 0.1*HF1 + 0.1*HF2 + 0.1*HF3 + 0.7*V a legközelebbi egészre kerekítve.
Pótlási lehetőségek:
Házi feladatok késedelmes beadás a pótlási hét pénteken 14 óráig, különeljárási díj ellenében.
Teljesítményértékelési módszerek
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya
Nincs megadva részarány.
Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Vizsgarészek részaránya
Nincs megadva részarány.
Érdemjegy megállapítása
Nincs megadva érdemjegy határ.
Jelenléti és részvételi követelmények
Nincs megadva jelenléti követelmény.
Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai
Nincs megadva.
Rövid leírás
Nincs megadva.
Részletes leírás
Nincs megadva.
Ajánlott tantárgyak
A tárgyat nem kell, hogy megelőzze más tárgy sikeres teljesítése, ugyanakkor a következő tárgyakat már teljesítő hallgatók ezt a tárgyat nem vehetik fel:
Biztonsági protokollok (VIHIM132 és VIHIMA05),
Információ- és hálózatbiztonság (VITMM280),
Hálózat- és szolgáltatásbiztonság (VITMM214)
A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka
Nincs megadva munkaidő bontás.
Tantárgykövetelmények hatályossága
Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:
—
Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:
—
Tantervi elhelyezés
Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.