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MSDPA-0607
Java Cryptography Architecture
(JCA)
Segurança e Privacidade em
Sistemas de Armazenamento
e Transporte de Dados
Rui Manuel C. O. Afonseca
Índice

JCA




Princípios
Arquitectura
Principais Objectos
Exemplo




Problema
Resolução Conceptual (4 Camadas)
Camada Criptográfica
Detalhes de Implementação (JCA)



Protocolos de Comunicação
Certificados X.509
Conclusões
JCA - Princípios




Independente da plataforma (Java)
Fornece uma API para serviços
criptográficos
Independente da implementação
Extensível
JCA - Arquitectura

Engine Classes


Providers


Provider fornecido por omissão.
Provider IAIK


Packages que fornecem implementações de serviços
criptográficos.
Provider SUN


Define abstractamente um serviço criptográfico (sem
implementação).
Mais completa e está integrada de forma elegante com a
API para manipulação de estruturas de dados ASN.1
Java Cryptography Extension (JCE)

Extensão à JCA que inclui técnicas criptográficas mais
poderosas. (Opcional até a versão 1.4)
JCA / JCE– Principais Objectos

JCA




Signature
X509Certificate
KeyStore
JCE



Cipher
KeyGenerator
SealedObject
Exemplo







Proposto pelo Professor Manuel Bernardo Barbosa,
DI, U. Minho – Criptografia Aplicada 2003/2004
Implementação de uma aplicação de Chat
Funcionalidades protegidas por técnicas criptográficas
Identificação e anonimato dos utilizadores
Estabelecimento de canais seguros de comunicação
 Com servidores
 Ligações ponto a ponto (peer-to-peer)
Mensagens off-line
etc.
Exemplo – Aplicação de Chat
Sala de Conversação
Conversação Privada
Entidades do Sistema




Autoridade de Certificação Externa
Autoridade de Certificação Dedicada
Servidor de Chat
Cliente de Chat
Ligações Seguras
Cliente – Servidor
1.
•
Envelope Digital
Cliente – Cliente
2.
•
Station-to-Station
Cliente – Chat CA
3.
•
Chave Publica
Servidor – Chat CA
4.
•
Chave Publica
Desenho Conceptual




Camada de Interface
 Swing
 Awt
Camada operacional
 Thread’s
Camada criptográfica
 Security
 IAIK
Camada de Rede
 Socket’s
4 Camadas
Interface
Operacional
Criptográfica
Rede
Comunicações Seguras

Envelope Digital




Entidade “A” cria a chave simétrica K
“A” cifra K com a chave publica de “B”
“A” envia o criptograma para “B”
“B” decifra o criptograma com a sua chave
privada e obtém K
Comunicações Seguras (cont.)

Station To Station


DH




Melhoramento


“A” gera um número aleatório grande x
“A” calcula X = gx (mod n) e envia-o ao “B”
“B” gera um número aleatório grande y
“B” calcula Y = gy (mod n) e envia-o ao “A”
Ambos conseguem calcular K = Xy (mod n) = Yx (mod n)
Acordada a chave de sessão K, os agentes assinam
digitalmente o par ordenado (X, Y)
Estas assinaturas são trocadas entre os agentes, cifradas
com a chave acordada
Caso as assinaturas sejam recuperadas e verificadas com
sucesso o protocolo terminou com sucesso
StationToStation (Passo 1 de 3)
AlgorithmParameterGenerator apg = AlgorithmParameterGenerator.getInstance("DH");
apg.init(512);
AlgorithmParameters ap = apg.generateParameters();
DHParameterSpec dhsp = (DHParameterSpec) ap.getParameterSpec(DHParameterSpec.class);
SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
BigInteger x = new BigInteger(512, random);
BigInteger gx = dhsp.getG().modPow(x, dhsp.getP());
oos.writeObject(gx);
BigInteger gy = (BigInteger) ois.readObject();
Determinar Chave K
BigInteger k = gy.modPow(x, dhsp.getP());
512 bits = 64 B => [99999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999]
StationToStation (Passo 2 de 3)
DESKeySpec sks = new DESKeySpec(k.toByteArray());
SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
SecretKey sk = skf.generateSecret(sks);
enc.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, sk);
Cipher dec = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");
dec.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sk);
Inicialização
Cipher enc = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding","IAIK")
Signature sig = Signature.getInstance("SHA1withRSA");
sig.initSign(mypri);
sig.update(gx.toByteArray());
sig.update(gy.toByteArray());
byte[] assinaturaXY = sig.sign();
SealedObject sigXY = new SealedObject(assinaturaXY, enc);
oos.writeObject(sigXY);
Assinar
Cifrar
Enviar
StationToStation (Passo 3 de 3)
SealedObject sigXY2 = (SealedObject) ois.readObject();
Ler o criptograma
byte[] assinaturaXY2 = (byte[]) sigXY2.getObject(dec);
Decifrar – Obter a
assinatura
sig.initVerify(pub);
sig.update(gx.toByteArray());
sig.update(gy.toByteArray());
if( sig.verify(assinaturaXY2) )
{
return true;
}
else
{
return false;
}
Verificar
assinatura
Certificados X.509

Autoridades de Certificação



Emitem certificados
Revogam certificados (CRL / OCSP)
Clientes




Criam pedidos de certificado
Verificam validade de certificados
Assinam mensagens (chave privada)
Cifram mensagens (chave publica)
Criar Certificado (Passo 1 de 2)
KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
SecureRandom sr = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
kpg.initialize(1024,sr);
KeyPair clikp = kpg.generateKeyPair();
Gerar
par de
chaves
PrivateKey cliPri = clikp.getPrivate();
PublicKey cliPub = clikp.getPublic();
X509Certificate x509cert = new X509Certificate();
Instanciar
GregorianCalendar date = (GregorianCalendar)Calendar.getInstance();
x509cert.setValidNotBefore(date.getTime());
date.add(Calendar.MONTH, p_duracao);
x509cert.setValidNotAfter(date.getTime());
Definir
data de
validade
Criar Certificado (Passo 2 de 2)
x509cert.setIssuerDN(p_certCA.getSubjectDN());
Quem assina
o certificado
Name subject = new Name();
subject.addRDN(ObjectID.country, p_pais);
subject.addRDN(ObjectID.organization, p_organization);
subject.addRDN(ObjectID.organizationalUnit, p_organizationUnit);
Informação
sobre o titular
do certificado
subject.addRDN(ObjectID.commonName, p_nome);
x509cert.setSubjectDN(subject);
x509cert.setSerialNumber(p_serial);
Nº série
x509cert.setPublicKey(cliPub);
Chave publica
x509cert.sign(AlgorithmID.sha1WithRSAEncryption, p_mypri);
Assinar o
certificado
Validar Certificado
Validar cadeia de certificados
Verificar que não está na CRL
Verificar o resultado do pedido OCSP
1.
2.
3.
•
•
•
Good
Revoked
Unknown
Validar cadeia de certificados
…
//Construir o ramo de certificados  p_Array_cert
…
SimpleChainVerifier scv = new SimpleChainVerifier();
scv.addTrustedCertificate( p_trusted_cert );
if (scv.verifyChain( p_Array_cert ) ) {
{
return true;
}
else
{
return false;
}
Instanciar
Definir os certificados
de confiança
Verificar a cadeia de
certificados
(Datas, assinaturas,
etc.)
Conclusões




Permite a escolha das implementações mais
convenientes
As principais técnicas criptográficas estão
contempladas, permitindo criar qualquer tipo
de aplicação segura
Necessário perceber como funcionam
algumas técnicas criptográficas
Nível de detalhe


Permite grande controlo
Pode originar falhas de segurança graves
MSDPA-0607
Java Cryptography Architecture
(JCA)
Segurança e Privacidade em
Sistemas de Armazenamento
e Transporte de Dados
Rui Manuel C. O. Afonseca