«ЛИСТ СОГЛАСОВАНИЯ от 05.06.2015 Рег. номер: 797-1 (29.04.2015) Дисциплина: Дополнительные главы криптографии Учебный план: 10.03.01 Информационная безопасность/4 года ОДО Вид УМК: ...»

ЛИСТ СОГЛАСОВАНИЯ

от 05.06.2015

Рег. номер: 797-1 (29.04.2015)

Дисциплина: Дополнительные главы криптографии

Учебный план: 10.03.01 Информационная безопасность/4 года ОДО

Вид УМК: Электронное издание

Инициатор: Ниссенбаум Ольга Владимировна

Автор: Ниссенбаум Ольга Владимировна

Кафедра: Кафедра информационной безопасности

УМК: Институт математики и компьютерных наук Дата заседания 30.03.2015

УМК:

Протокол №6 заседания УМК:

Дата Дата Результат Согласующие ФИО Комментарии получения согласования согласования Зав. кафедрой Захаров Рекомендовано к 28.04.2015 28.04.2015 (Зав. кафедрой Александр электронному 10:51 12:38 (д.н.)) Анатольевич изданию Председатель Гаврилова Согласовано 28.04.2015 28.04.2015 УМК Наталия 12:38 15:45 (Доцент (к.н.)) Михайловна Менеджер ИБЦ Беседина Согласовано 28.04.2015 29.04.2015 (Директор) Марина 15:45 16:11 Александровна Ульянова Елена Анатольевна (Ульянова Елена Анатольевна) Подписант: Ивашко Александр Григорьевич Дата подписания: 29.04.2015

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт математики и компьютерных наук Кафедра информационной безопасности Ниссенбаум Ольга Владимировна

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ГЛАВЫ КРИПТОГРАФИИ

Учебно-методический комплекс.

Рабочая программа для студентов направления 10.03.01 Информационная безопасность, профиль подготовки «Безопасность распределенных систем»

очной формы обучения Тюменский государственный университет О.В. Ниссенбаум. Дополнительные главы криптографии. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 10.03.01 Информационная безопасность, профиль подготовки «Безопасность распределенных систем» очнойформы обучения. Тюмень, 2015, 17 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрОП ВПО по направлению и профилю подготовки.

Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Дополнительные главы криптографии [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru, свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой информационной безопасности. Утверждено директором института математики и компьютерных наук Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: А.А. Захаров, д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой информационной безопасности ТюмГУ.

© Тюменский государственный университет, 2015.

© Ниссенбаум О.В., 2015.

Пояснительная записка 1.

Цели и задачи дисциплины 1.1.

Учебная дисциплина «Дополнительные главы криптографии» обеспечивает приобретение знаний и умений в соответствии с государственным образовательным стандартом, содействует формированию мировоззрения и системного мышления.

Основной целью дисциплины «Дополнительные главы криптографии» является углубленное изложение принципов защиты информации с помощью криптографических методов и примеров реализации этих методов на практике.

Задачи дисциплины «Дополнительные главы криптографии» - дать основы:

системного подхода к организации защиты информации, передаваемой и обрабатываемой техническими средствами на основе применения криптографических методов;

принципов разработки шифров;

математических методов, используемых в криптографии;

математических методов криптоанализа.

1.2.Место дисциплины в структуре образовательной программы

Изучение дисциплины «Дополнительные главы криптографии» базируется на дисциплинах: «Алгебра и геометрия», «Дискретная математика», «Теория вероятностей и математическая статистика», «Теория информации», «Математическая логика и теория алгоритмов», «Теоретико-числовые методы криптографии», «Криптографические методы защиты информации».

Дисциплина «Дополнительные главы криптографии» является дисциплиной по выбору профессионального цикла. Знания и практические навыки, полученные из дисциплины «Дополнительные главы криптографии», используются обучаемыми при разработке курсовых и дипломных работ.

Является дисциплиной по выбору, обеспечиваемых дисциплин нет.

1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения данной образовательной программы.

В результате освоения ОП выпускник должен обладать следующими компетенциями:

общекультурными (ОК):

способностью осознавать необходимость соблюдения Конституции Российской Федерации, прав и обязанностей гражданина своей страны, гражданского долга и проявления патриотизма (ОК-1);

способностью критически оценивать свои достоинства и недостатки, определять пути и выбрать средства развития достоинств и устранения недостатков (ОК-12);

профессиональными (ПК):

способностью принимать участие в эксплуатации подсистем управления информационной безопасностью предприятия (ПК-9);

способностью выполнять работы по установке, настройке и обслуживанию технических и программно-аппаратных средств защиты информации (ПК-11);

способностью к программной реализации алгоритмов решения типовых задач обеспечения информационной безопасности (ПК-17).

1.4. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю):

знать:

основные задачи и понятия криптографии;

требования к шифрам и основные характеристики шифров;

модели шифров и математические методы их исследования;

принципы построения криптографических алгоритмов;

перспективные и нестандартные направления криптографии.

уметь:

ориентироваться в последних отечественных и зарубежных разработках в области криптографии и криптоанализа;

применять отечественные и зарубежные стандарты в области криптографических методов компьютерной безопасности для проектирования, разработки и оценки защищенности компьютерных систем;

пользоваться научно-технической литературой в области криптографии, в том числе и на иностранных языках;

владеть:

криптографической терминологией на русском и английском языках;

навыками построения и компьютерной реализации алгоритмов криптографии и криптоанализа;

навыками чтения, понимания и применения на практике научной литературы в области криптографии;

навыками математического моделирования в криптографии.

2. Структура и трудоемкость дисциплины.

Семестр 6. Форма промежуточной аттестации зачет.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 академических часов, из них 46,55 часов, выделенных на контактную работу с преподавателем, 61,45 часа, выделенных на самостоятельную работу.

Контактная работа складывается из: лекций 15, лабораторных 30, консультаций по дисциплине 0,75, индивидуальных консультаций 0,6, зачет 0,2 часа.

–  –  –

5. Содержание дисциплины.

Модуль 1. Блочные преобразования.

1. Принципы создания блочных шифров и хэш-функций. Рассеивание и перемешивание. Подстановки и перестановки. Сети Файстеля. Архитектура «квадрат». Алгебраическое шифрование. Группы кос Артина. Метод Аштель-АштеляГольдфельда. Алгоритмы разворачивания ключа. Протокол Ко-Ли, протокол ВангаКао, протокол Шпильрайна-Ушакова. Конечные автоматы на полурешетках.

Генерализации схем хэш-функций. Схема Меркла-Дамгарда, «губка».

2. Криптоанализ блочных шифров и хэш-функций. Дифференциальный криптоанализ. Линейный криптоанализ. Сильные и слабые S-блоки. Методы анализа S-блоков. Бент-функции. Базис Грёбнера. Интегральный криптоанализ. Атака «встреча посередине».

Модуль 2. Генераторы псевдослучайных последовательностей.

3. Принципы создания поточных шифров. Псевдослучайные последовательности.

Теорема Яо. Линейные и нелинейные регистры. Стохастические генераторы.

Рекуррентные функции. Треугольные функции. Комбинирующие генераторы.

Корреляционно-иммунные функции.

4. Криптоанализ поточных шифров. Криптографические свойства псевдослучайных последовательностей. Автокорреляция. Линейные и нелинейные аппроксимации. Использование бент-функций для криптоанализа поточных шифров. «Разделяй и властвуй».

Модуль 3. Экспериментальные подходы.

5. Нестандартные подходы к созданию шифров. Оптические шифры. Автоматные шифры. Генетические алгоритмы. Шифры на основе клеточных автоматов.

6. Квантовая криптография. Понятие о квантовых вычислениях. Представление о сложности квантовых алгоритмов. Перспективы развития квантовых вычислений. Квантовые протоколы передачи информации, привязки к биту, разделения секрета.

6. Планы семинарских занятий.

Не предусмотрены.

7. Темы лабораторных работ (Лабораторный практикум).

Модуль 1. Блочные преобразования.

1. Принципы создания блочных шифров и хэш-функций.

Конструкция и определение свойств блочного шифра. Реализация на ЭВМ.

2. Криптоанализ блочных шифров.

Анализ одного из существующих блочных шифров. Исследование свойств S-блоков при помощи бент-функций. Использование базиса Грёбнера.

Модуль 2. Генераторы псевдослучайных последовательностей.

3. Принципы создания поточных шифров.

Конструкция и исследование свойств поточного шифра.

4. Криптоанализ поточных функций.

Анализ одного из существующих поточных шифров. Автокорреляция. Построение линейных и нелинейных аппроксимаций с использованием бент-функций. Использование метода «разделяй и властвуй».

Модуль 3. Экспериментальные подходы.

5. Нестандартные подходы к созданию шифров.

Обсуждение научных статей по теме. Защита докладов.

6. Квантовая криптография.

Обсуждение научных статей по теме. Защита докладов.

8. Примерная тематика курсовых работ.

Не предусмотрены.

–  –  –

Проверка качества подготовки в течение семестра предполагает следующие виды промежуточного контроля:

А) выполнение лабораторных работ;

Б) выполнение студентом обзоров литературы по заданной теме;

В) подготовка студентом доклада.

Текущий и промежуточный контроль освоения и усвоения материала дисциплины осуществляется в рамках рейтинговой (100-бальной) системы оценок.

Примерные темы докладов:

1) Концепция «квадрат» в шифре AES.

2) Дифференциальный криптоанализ в работах Ади Шамира.

3) Линейный криптоанализ в работах Мицуру Мацуи.

4) Максимально нелинейные логические функции и бент-функции.

5) К-бент функции.

6) Построение линейных и нелинейных аппроксимаций для S-блоков DES.

7) Базис Грёбнера.

8) Криптоанализ шифра ГОСТ 28147-89 при помощи базиса Грёбнера.

9) Криптоанализ шифра А5.

10) Криптоанализ поточного шифра Sosemanuk.

12) Современная стеганография – математические методы.

13) Электронные водяные знаки.

14) Конечные автоматы на полурешетках и их применение в криптоанализе.

10.Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

10.1 Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения образовательной программы (выдержка из матрицы компетенций):

–  –  –

ОК-12 ПК-11 ПК-17 ОК-1

–  –  –

10.3 Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующей этапы формирования компетенций в процессе освоения образовательной программы.

Вопросы к зачету

1. Принципы создания блочных шифров. Рассеивание и перемешивание.

Подстановки и перестановки. Сети Файстеля.

2. Архитектура «квадрат».

3. Алгоритмы разворачивания ключа.

4. Протокол Ко-Ли.

5. Протокол Ванга-Као.

6. Протокол Шпильрайна-Ушакова.

7. Конечные автоматы на полурешетках.

8. Алгебраическое шифрование.

9. Группы кос Артина.

10. Метод Аштель-Аштеля-Гольдфельда.

11. Дифференциальный криптоанализ.

12. Линейный криптоанализ.

13. Сильные и слабые S-блоки. Методы анализа S-блоков. Бент-функции.

14. Базис Грёбнера.

15. Принципы создания поточных шифров. Псевдослучайные последовательности.

Теорема Яо.

16. Линейные и нелинейные регистры.

17. Рекуррентные функции.

18. Треугольные функции.

19. Комбинирующие генераторы.

20. Корреляционно-иммунные функции.

21. Криптографические свойства псевдослучайных последовательностей.

Автокорреляция. Линейные и нелинейные аппроксимации.

22. Использование бент-функций для криптоанализа поточных шифров.

23. Атака «Разделяй и властвуй».

24. Квантовая криптография. Понятие о квантовых вычислениях. Представление о сложности квантовых алгоритмов. Перспективы развития квантовых вычислений. Квантовые протоколы передачи информации, привязки к биту, разделения секрета.

10.4 Методические материалы, определяющие процедуры оценивания знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности характеризующих этапы формирования компетенций.

К зачету допускаются студенты, набравшие за семестр 35 баллов. Зачет проходит в традиционной форме, по билетам. В билете – 2 вопроса. Для получения оценки «зачтено»

студент должен сдать минимум 4 лабораторных задания, обзор или доклад и ответить на оба вопроса билета. Ответ должен раскрывать тему и не содержать грубых ошибок. Ответ студента должен показывать, что он знает и понимает смысл и суть описываемой темы и ее взаимосвязь с другими разделами дисциплины и с другими дисциплинами специальности, может воспроизвести общую схему описываемого метода или алгоритма, знает и понимает основные свойства, слабости и область применения метода или алгоритма. Может привести пример по описываемой теме. Ответ может содержать небольшие недочеты, допускается отсутствие доказательств теорем, подробного описания методов и алгоритмов, если приведена их суть.

11. Образовательные технологии.

Предусмотрено сочетание традиционных видов учебной активности, таких как конспектирование лекций и контроль усвоения теоретического материала в виде собеседований, обсуждение лекционного материала, лабораторных работ, так и интерактивных технологий, таких как выполнение и обсуждение докладов, переводов иностранной литературы по предмету и расчетных работ.

Обучаемые вовлечены в формирование лекционных и практических занятий, выполняя доклады и акцентируя внимание на наиболее актуальных для них вопросах криптографии. Интерактивная часть лекций и лабораторных призвана обеспечить атмосферу научного поиска, призывая исследовать и применять последние достижения в области математических аспектов криптографии и криптоанализа, следить за прогрессом в изучаемой области, знакомиться с материалами российских и международных научных и научно-практических конференций.

Подготовка и защита студентами докладов и обзоров литературы по заданной теме позволяет расширить научный кругозор студентов, повысить навык работы с учебной и научной отечественной и зарубежной литературой, развить языковые навыки, повысить математическую подготовку, укрепить междисциплинарные связи, развить навык систематизировать и свободно излагать перед аудиторией материал по заданной теме, заложить основы для дальнейшей исследовательской работы.

Поощряется использование при подготовке доклада научных работ, материалов научных и научно-производственных конференций, таких как RealWorldCrypto, Eurocrypt, Rusсrypt, Sibeсrypt, Asiacrypt, материалы которых находятся в открытом доступе в сети Интернет. В частности, на сайте iacr.org – сайт международной ассоциации криптографических исследований – размещаются аннотации и полные тексты статей по криптографии на английском языке, выходящие в реферируемых журналах по всему миру.

12. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.

12.1 Основная литература:

1. Иванов М.А. Криптографические методы защиты информации в компьютерных системах и сетях [Электронный ресурс]: учебное пособие /М.А. Иванов, И.В.

Чугунков – М.: МИФИ, 2012. – 400 с. Режим доступа:

http://www.biblioclub.ru/book/231673/ (дата обращения: 23.03.2015).

2. Кнауб, Л.В. Теоретико-численные методы в криптографии [Электронный ресурс]:

учебное пособие/ Л.В. Кнауб, Е.А. Новиков, Ю.А. Шитов – Красноярск: СибФУ, 2011. - 160 с. Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=229582 (дата обращения: 23.03.2015)

12.2 Дополнительная литература:

1. Романьков В.А. Алгебраическая криптография [Электронный ресурс] /В.А.

Романьков – Омск: ОмГУ, 2013. – 136 с. - Режим доступа:

http://www.biblioclub.ru/book/238045/ (дата обращения: 23.03.2015).

2. Гультяева Т.А. Основы теории информации и криптографии [Электронный ресурс]: учебное пособие / Т.А. Гультяева – Новосибирск: НГТУ, 2010. – 88 с. – Режим доступа: http://www.biblioclub.ru/book/228963/ (дата обращения: 23.03.2015).

3. Кукина Е.Г. Введение в криптографию. Сборник задач и упражнений.

[Электронный ресурс] / Е.Г. Кукина, В.А. Романьков - Омск: ОмГУ, 2013. – 91 с. – Режим доступа: http://www.biblioclub.ru/book/237674/ (дата обращения: 23.03.2015).

12.3 Интернет-ресурсы:

- вузовские электронно-библиотечные системы учебной литературы.

- доступ к открытым базам цитирования, в т.ч. springer.com, scholar.google.com, math-net.ru

- A. Menezes, P. van Oorschort, S. Vanstone, Handbook of Applied Cryptography – CRC Press Inc., 5th Printing, 2001 [On-line] http://www.cacr.uwaterloo.ca/hac/

- http://www.ietf.org/rfc.html [On-line] - документы IETF – инженерного совета Интернета.

- http://www.iacr.org/ - аннотации и полные тексты статей по криптографии;

- http://math.nsc.ru/~tokareva/mon/11-lap-book.pdf - Токарева Н. Н. Нелинейные булевы функции: бент-функции и их обобщения // Издательство LAP LAMBERT Academic Publishing (Saarbrucken, Germany), 2011. ISBN: 978-3-8433-0904-2. 180 с., на русском.

- http://www.math.nsc.ru/~tokareva/lib/crypto-online.pdf Токарева Н. Н. Симметричная криптография. Краткий курс // Учебное пособие: Новосибирский государственный университет, 2012. ISBN: 978-5-4437-0067-0. 234 с., на русском.

13. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем (при необходимости).

- Visual Studio;

- MS Excel или Open Office Calc.

14. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.

-компьютерный класс.

15. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины (модуля).

Для подготовки к собеседованиям и коллоквиумам необходимо пользоваться конспектом лекций и [1,2] из списка основной литературы. Для выполнения расчетных работ на практических занятиях следует использовать [1] из списка дополнительной. Для получения расширенных и углубленных знаний по тематике рекомендуется пользоваться ссылками из списка интернет-ресурсов, приведенных в данном УМК, а также электронными и бумажными номерами научных журналов, имеющихся в ИБЦ, областной научной библиотеке и сети интернет. Особенное внимание рекомендуется обратить на издания «Математические вопросы криптографии», «Прикладная дискретная математика», материалами конференций RealWorldCrypto, Crypto, Eurocrypt, Rusсrypt, Sibeсrypt, Asiacrypt.