Данный курс посвящен стандартам, криптографии и стандартам в области криптографии. Курс нацелен дать ориентиры в области криптографических стандартов и адресован специалистам, разрабатывающим и внедряющим криптографические решения в рамках организаций, а также для студентов и других желающих понять, что может обеспечить криптография.

За последние годы были выпущены стандарты для большинства широко используемых типов криптографических схемы и для большинства распространенных видов применения криптографии. Этот курс призван обеспечить введение во все основные типы криптографических схем и руководство по стандартизированным методикам. Цель курса обеспечить достаточную информацию об используемых стандартизированных схемах, в частности, предоставить достаточно исчерпывающую информацию о том, какие существуют стандарты и что они содержат. Это позволит пользователям выбирать алгоритмы для практического использования, с уверенность в том, что алгоритмы были достаточно хорошо изучены академическим сообществом, чтобы быть стандартами. Конечно, стандартизация сама по себе не гарантирует, что какой-либо алгоритм не будет предметом атаки в будущем, но в целом стандартизированные методы представляют собой современное состояние в криптографии. Тем не менее, есть исключения, где применяются криптографические методы, которые не были тщательно изучены более широким сообществом - такие исключения, как правило, относятся к стандартам специфического применения. Как и всем пользователям криптографии, пользователям стандартизированных методик рекомендуется держать руку на пульсе новых разработок в этой области.

 Программа курса

(каждая тема рассчитана минимально на 1 час,

таким образом минимальная продолжительность курса 65 часов)

ТЕХНОЛОГИЯ (от греч. искусство, мастерство, умение и греч. изучение) - совокупность методов и инструментов для достижения желаемого результата; метод преобразования данного в необходимое; способ производства. Технология - применение любого научного знания для решения практических задач. Технология включает в себе методы, приёмы, режим работы, последовательность операций и процедур, она тесно связана с применяемыми средствами, оборудованием, инструментами, используемыми материалами. Технология - реальное (практическое) разрешение конкретной научно-технической, производственно-хозяйственной и социально-политической задачи. (Некрасов С. И., Некрасова Н. А. Философия науки и техники: тематический словарь. — Орёл: ОГУ. 2010.)

Данный курс посвящен технологии блокчейн. Курс нацелен дать общее представление об этой технологии и адресован всем желающим на высоком уровне понять, как работает технология блокчейн и для чего её можно использовать.

В настоящее время наблюдается достаточно высокого уровня ажиотаж вокруг вопроса использования блокчейна, но эта технология не достаточно хорошо изучена. Блокчейн не является неким волшебством, магией, которая поможет решить все проблемы. Как и со всеми новыми технологиями существует тенденция стремления применять ее ко всему, что можно представить. В данном курсе предпринимается попытка передать слушателям высокоуровневое понимание технологии блокчейн, достаточное для начала эффективного применения.

 Программа курса

(каждая тема рассчитана минимально на 1 час,

таким образом минимальная продолжительность курса 15 часов)

1.Архитектура блокчейн.

1.1. Введение. История вопроса. Интернет. Криптография. Cypherpunk (Шифропанки). Задачи. David Chaum и DigiCash. Wei Dai и b-money. Nick Szabo и Bitgold. Nick Szabo и smart contracts. Stuart Haber, W.Scott Stornetta и timestamp server. Adam Back и hashcash. Leslie Lamport и Paxos. Merkle Tree.  Satoshi Nakamoto и Bitcoin. Классификация технологии блокчейн. Составляющие элементы технологии блокчейн.

1.2. Криптографические хэш-функции. Определение криптографической хеш-функции. Свойства. Классификация. Схемы криптографических хеш-функций. KDF. Примеры. Применение. Хеш указатели. Block chain. Merkle Tree.

1.3. Алгоритмы асимметричной криптографии. Асимметричная криптография. Цифровые подписи. Свойства. Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA). Использование закрытых и открытых ключей.

1.4. Транзакции. Адреса. Реестры. Транзакция. Информация, содержащаяся в транзакции. Metadata. Amount. Inputs. Outputs. ID/Hash. Адрес пользователя. Формирование адреса. Хранилище закрытых ключей. Кошелек. Реестр транзакций. Централизованные реестры. Распределенные реестры.

1.5. Блоки. Цепочки блоков. Пул транзакций. Блоки транзакций. Создание блоков. Поля данных блока. Номер блока. Текущее значение хэша блока. Предыдущее значение хэша блока. Хэш корня дерева Меркля. Временная метка (timestamp). Размер блока. Значение nonce. Список транзакций, включенных в блок. Цепочки блоков.

2. Алгоритмы консенсуса.

2.1. Задачи консенсуса. Консенсус. Протокол соглашения (agreement protocol). Задачи соглашения. Задача византийского соглашения (Byzantine agreement problem). Задача консенсуса (consensus problem). Задача интерактивной согласованности (interactive consistency problem). Протокол византийского соглашения (Byzantine agreement protocol). Протокол консенсуса (consensus protocol). Протокол интерактивной согласованности (interactive consistency protocol).

2.2. Алгоритм доказательства работы (Proof-of-Work). Описание алгоритма.

2.3. Алгоритм доказательства доли (Proof-of-Stake). Описание алгоритма.

2.4. Модификации алгоритмов консенсуса. Reusable-Proofs-of-Work (RPoW). Delegated Proof-of-Stake (DPoS). Leased Proof of Stake (LPoS). Proof of Importance (Pol). Proof of Activity (POA). Proof of Capacity (PoC) (Proof-of-space). Proof of Burn (PoB). Ouroboros Proof-of-stake (PoS). Proof of Research.

2.5. Обзор других алгоритмов консенсуса. Byzantine Fault Tolerance (BFT). Proof of Elapsed Time (PoET). Simplified Byzantine Fault Tolerance (SBFT). Delegated Byzantine Fault Tolerance (DBFT). Directed Acyclic Graphs (DAG). Proof of Weight (PoWeight). Proof-of-Authority (PoAuthority).

3. Разное.

3.1. Форкинг. Форки. Софтфорк (soft fork). Хардфорк (hard fork). Примеры. Замена криптографических алгоритмов. Квантовые компьютеры и пост-квантовая криптография.

3.2. Смарт-контракты. Смарт-контракт. Принципы работы. Примеры. Ethereum.

3.3. Виды блокчейна. Permissionless Blockchain (открытый блокчейн). Permissioned Blockchain (закрытый блокчейн). Public blockchains. Consortium blockchains. Fully private blockchains. Permissioned private shared ledgers. Permissioned public shared ledgers. Unpermissioned public shared ledgers.

3.4. Платформы блокчейн. Криптовалюты. Bitcoin. Bitcoin Cash. Litecoin. Ethereum. Ethereum Classic. Dash. Ripple. Hyperledger. MultiChain. Waves. Nxt. NEM. NEO.

3.5. Возможности технологии блокчейн. Возможности применения технологии блокчейн. Ограничения возможности применения. Ошибочные представления о возможностях применения. Возможные сферы применения. Блок-схема для определения необходимости применения технологии блокчейн.

За последнее десятилетие криптографические протоколы превратились в основной объект исследований в теоретической криптографии. Например, на крупнейших ежегодных международных криптографических конференциях Crypto и EUROCRYPT большая часть докладов посвящена именно протоколам. Такая ситуация является не только лишь отражением преобладающих интересов исследователей, также для вывода о превращении криптографических протоколов в основной объект криптографических исследований имеются и объективные основания. В банковских платежных системах в наши дни вместо платежных поручений на бумаге используется их электронная форма. Выгоды от такой замены очень ощутимы, и поэтому банки от нее уже никогда не откажутся, какие бы технические и криптографические (связанные с обеспечением целостности) трудности при этом не возникали. Но платежные поручения — лишь один из многочисленных типов документов, находящихся в обороте в сфере бизнеса. А ведь существуют еще документы, с которыми работают государственные органы и общественные организации, юридические документы и т. д. В последние годы в развитых странах отчетливо прослеживается тенденция перевода всего документооборота в электронную форму. Важно отметить, что поскольку переход на электронные документы представляется неизбежным, возникает необходимость обеспечения, в каждом конкретном случае, целостности и неотслеживаемости, т.е. разработки соответствующих криптографических протоколов.

В 1994 году Тимоти Мэй (Timothy C. May) впервые предложил рассмотреть задачу отправки секретного сообщения в будущее, т.е. задачу зашифрования сообщений, расшифрование которых возможно только лишь по истечении заданного времени в будущем.

Решение этой задачи имеет ряд интересных практических приложений, например:

1. “запечатывание” дневников и записей на определенный срок, причем таким образом, что даже их автор не мог бы их “распечатать” раньше срока,
2. защита данных, полученных в результате научных исследований или экспериментов, до момента их завершения и опубликования с целью предотвращения утечки информации или давления со стороны заинтересованных лиц,
3. сокрытие предложения цены участниками торгов до завершения торговой сессии,
4. защита промежуточных данных голосования до их завершения с целью исключения влияния на ход голосования.

Область применения может быть весьма обширна и включает в себя не только аукционы и голосование, а также финансовые рынки и их регулирование, электронная коммерция, право.

Необходимость в таком криптографическом приложении имеется и в Республике Казахстан. В частности, в 2015 году Веб-портал государственных закупок Республики Казахстан выразил свою потребность в средстве, обеспечивающем шифрование данных пользователей портала (поставщиков), с возможностью расшифрования не ранее заданного времени.

В данном курсе предлагается рассмотреть ряд криптографических протоколов (протоколы распределенной генерации ключей, протоколы разделения секрета, алгоритм шифрования Эль-Гамаля) для построения сервиса шифрования данных на заданное время.

Программа курса

За последнее десятилетие криптографические протоколы превратились в основной объект исследований в теоретической криптографии. Например, на крупнейших ежегодных международных криптографических конференциях Crypto и EUROCRYPT большая часть докладов посвящена именно протоколам. Такая ситуация является не только лишь отражением преобладающих интересов исследователей, также для вывода о превращении криптографических протоколов в основной объект криптографических исследований имеются и объективные основания. В банковских платежных системах в наши дни вместо платежных поручений на бумаге используется их электронная форма. Выгоды от такой замены очень ощутимы, и поэтому банки от нее уже никогда не откажутся, какие бы технические и криптографические (связанные с обеспечением целостности) трудности при этом не возникали. Но платежные поручения — лишь один из многочисленных типов документов, находящихся в обороте в сфере бизнеса. А ведь существуют еще документы, с которыми работают государственные органы и общественные организации, юридические документы и т. д. В последние годы в развитых странах отчетливо прослеживается тенденция перевода всего документооборота в электронную форму. Важно отметить, что поскольку переход на электронные документы представляется неизбежным, возникает необходимость обеспечения, в каждом конкретном случае, целостности и неотслеживаемости, т.е. разработки соответствующих криптографических протоколов.

В силу общедоступности используемых каналов передачи голосовой информации в IP-сетях особую актуальность приобретает конфиденциальность VoIP-сервисов. Для этого возможны два различных подхода: формирование прямого защищенного канала между корреспондентами (например, VPN-туннель) и применение специальных протоколов обеспечения безопасности для IP-сервисов. Первый способ широко распространен при построении виртуальных корпоративных сетей. Однако для его реализации корреспонденты должны поддерживать VPN-протокол, что свойственно далеко не всем VoIP-устройствам (табл.1). Специальные протоколы обеспечения безопасности IP-телефонии можно разделить на три категории:

• протоколы защиты сигнализации (Secured SIP);

• протоколы защиты медиаинформации (SRTP);

• протоколы генерации/распределения ключей для протоколов защиты медиаинформации

(MIKEY, SDES, ZRTP, DTLS).

В данном курсе предлагается рассмотреть протоколы распределения ключей шифрования для использования в системах передачи голоса по IP-сетям (VoIP) (ZRTP).

Программа курса

Под криптографическим алгоритмом (cryptographic algorithm) понимают алгоритм, реализующий вычисление одной из криптографических функций (cryptographic function), т.е. функций, необходимых для реализации криптографической системы. К таким функциям относятся: генерация ключей, генерация последовательностей псевдослучайных, функция шифрования,вычисление и проверка значений кода аутентичности сообщения и подписи цифровой, вычисление значения хеш-функции и др. Криптографические задачи состоят в обеспечении конфиденциальности, целостности, неотслеживаемости, аутентификации, невозможности отказа и др.

В данном курсе предлагается рассмотреть основные принципы построения алгоритмов симметричного блочного шифрования на примере существующих стандартов (AES, “Кузнечик”, “Калина”).

Программа курса