Программирование алгоритмов защиты информации

2023/2024

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

4

Кредиты

Кто читает:

Кафедра компьютерной безопасности

Статус:

Курс обязательный

Когда читается:

5-й курс, 1, 2 модуль

Преподаватель

Нестеренко Алексей Юрьевич

Программа дисциплины

Аннотация

Данная дисциплина проводится на 5 курсе обучения и является обязательной. Для освоения учебной дисциплины студенты должны владеть базовыми знаниями и компетенциями школьной программы, основными понятиями алгебры, теории чисел, знанием и навыками применения языков программирования С и С++, базовыми знаниями об операционных системах, базовыми знаниями о сетевых технологиях, базовым знанием технического английского языка, навыками поиска информации в сети Интернет, базовыми навыками разработки технической документации. Результаты освоения дисциплины используются в дальнейшем при изучении таких дисциплин, как криптографические методы защиты информации, криптографические протоколы, методы алгебраической геометрии в криптографии, научный семинар, а также при написании итоговой выпускной квалификационной (дипломной) работы.

Цель освоения дисциплины

• Формирование у студентов навыков, необходимых для обоснования и выбора рационального решения по уровню обеспечения информационной безопасности с учетом заданных требований
• Формирование у студентов навыков, необходимых для сопровождения разработки технического и программного обеспечения систем и средств информационной безопасности
• Формирование у студентов навыков, необходимых для выполнения экспериментально-исследовательских работ при проведении сертификации средств защиты и анализ результатов
• Формирование у студентов навыков, необходимых для приемки и освоения программно-аппаратных средств защиты информации
• Формирование у студентов навыков, необходимых для составления инструкций по эксплуатации программно-аппаратных средств защиты информации

Планируемые результаты обучения

• Владеть навыками доказательства корректности разработанного программного обеспечения
• Владеть навыками разработки программного обеспечения в области защиты информации в соответствии с заданными требованиям
• Владеть навыками разработки программного обеспечения в области защиты информации в соответствии с заданными требованиями
• Владеть навыками создания документации и системы тестирования разработанного программного обеспечения
• Знать алгоритмы выработки и проверки электронной подписи
• Знать алгоритмы вычисления имитовставки
• Знать алгоритмы умножения матриц
• Знать алгоритмы эффективного нахождения состояний линейных регистров сдвига
• Знать алгоритмы, реализующие операции сложения и удвоения в группе точек эллиптической кривой, алгоритмы вычисления кратной точки эллиптической кривой
• Знать алгоритмы, реализующие основные операции с большими целыми числами и вычетами по модулю целого числа - операции сложения, вычитания, умножения, деления с остатком, взятия обратного элемента
• Знать способы реализации алгоритмов блочного шифрования, определяемых национальными и зарубежными стандартами
• Знать способы реализации криптографических функций хеширования, определяемых национальными и зарубежными стандартами
• Уметь проводить верификацию разработанного программного обеспечения и оценку соответствия заданным требованиям по безопасности
• Уметь разбирать исходные коды программ, реализующих известные криптографические алгоритмы
• Уметь разрабатывать документацию на программное обеспечение в соответствии с существующими требованиями
• Уметь создавать программные реализации заданных криптографических алгоритмов

Содержание учебной дисциплины

• Основные языки и средства разработки программного обеспечения в области защиты информации
• Существующие нормативные документы в области средств защиты информации
• Система лицензирования средств защиты информации в Российской Федерации
• Алгоритмы сложения, вычитания, умножения и деления с остатком для больших целых чисел
• Примеры программных реализаций из распространенных библиотек с открытым исходным кодом
• Преобразование Монтгомери для оптимизации вычислений в конечных полях простой характеристики
• Алгоритм Баррета для приведения по модулю простого числа
• Группа точек эллиптической кривой: операции сложения и удвоения точек на эллиптической кривой, операция вычисления кратной точки и ее оптимизация
• Представления эллиптических кривых в формах Вейерштрасса, Монтгомери, Якоби, Гессе и Эдвардса; основные различия и области применения
• Операции в конечных полях малой характеристики; оптимизация вычислений для полей характеристики два; примеры программных реализаций из библиотек с открытым исходным кодом
• Матрицы; операции умножения матриц и умножения матрицы на вектор; алгоритмы вычисления ранга матрицы и обращения матрицы; MDS-матрицы и способы их генерации
• Линейные регистры сдвига; построение регистров максимального периода; алгоритмическая связь линейных регистров сдвига с умножением матрицы на вектор; примеры эффективных программных реализаций
• Перестановки на конечных множествах; построение перестановок с заданными свойствами; эффективная реализация перестановок для конечных полей характеристики два
• Методы разработки и отладки программного обеспечения
• Методы совместной разработки программного обеспечения
• Методы документирования программного обеспечения
• Методы доказательства корректности разработанного программного обеспечения; написание системы тестов
• Практические занятия по реализации поставленных задач
• Практические занятия по отладке и тестированию поставленных задач
• Алгоритмы поточного шифрования информации; примеры поточных шифров - алгоритмы rc4, а5 и grain128
• Алгоритм блочного шифрования гост 28147-89 (магма); ключевая система алгоритма гост 28147-89, слабые ключи алгоритма
• Алгоритм блочного шифрования гост р 34.12-2005 (кузнечик); описание различных принципов реализации алгоритма
• Алгоритм блочного шифрования aes; использование аппаратных инструкций архитектуры intel для реализации алгоритма aes
• Алгоритмические методы защиты ключевой информации, используемой в алгоритмах блочного шифрования
• Режимы использования блочных шифров (простая замена, простая замена с зацеплением, режимы гаммирования)
• Связь блочных шифров с поточными шифрами
• Алгоритмы выработки имитовставки
• Режим выработки имитовставки для блочных шифров согласно гост р 34.13-2015)
• Режим работы блочных шифров с возможностью аутентификации сообщений (одновременной выработкой имитовставки)
• Режим работы блочных шифров с регулярным изменением ключевой информации (режим acpkm)
• Функции хеширования; алгоритм гост р 34.11-94 (с использованием гост 28147-89)
• Функция хеширования гост р 34.11-2012 (стрибог)
• Функция хеширования keccak (стандарт fips 180-3)
• Алгоритмы выработки имитовставки на основе бесключевых функций хеширования; алгоритм hmac
• Алгоритмы выработки и проверки электронной подписи; стандарт гост р 34.10-2012
• Асимметричные алгоритмы шифрования; гибридные схемы шифрования
• Инфраструктура открытых ключей; стандарты asn.1 и x.509; особенности применения инфраструктуры открытых ключей в российской федерации
• Практические занятия по реализации криптографических преобразований
• Сдача окончательной (годовой) программной реализации

Элементы контроля

• Промежуточная программная реализация
• Экзамен
• Промежуточная программная реализация
• Экзамен

Промежуточная аттестация

• 2023/2024 учебный год 1 модуль
  Студент получает оценку от 0 до 10 баллов
• 2023/2024 учебный год 2 модуль
  Студент получает оценку от 0 до 10 баллов

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Искусство программирования. Т.1: Основные алгоритмы, Кнут, Д. Э., 2011
• Казарин, О. В.  Программно-аппаратные средства защиты информации. Защита программного обеспечения : учебник и практикум для вузов / О. В. Казарин, А. С. Забабурин. — Москва : Издательство Юрайт, 2019. — 312 с. — (Специалист). — ISBN 978-5-9916-9043-0. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/437163 (дата обращения: 28.08.2023).

Рекомендуемая дополнительная литература

• Linux. Системное программирование, Лав, Р., 2014
• Аленичев, Д. ALT Linux изнутри / Д. Аленичев, А. Боковой, А. Бояршинов. — Москва : ДМК Пресс, 2009. — 416 с. — ISBN 5-9706-0029-6. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/1197 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.