83593 Tietoliikenneprotokollien jatkokurssi, 2-4 ov, 1999

21.12.1998

Opetusjärjestelyt

Harjoitustehtäviä tehdään missä tahansa oppikerran vaiheessa ja tekeminen tarkoittaa, että opiskelijat tekevät. Kotitehtävänä on lukea joka kerraksi jokin artikkeli, jonka opiskelijat voivat monistaa kansiosta tai joissain tapauksissa tulostaa www:stä. Monet artikkeleista on jo valittu, mutta tuoreempia saattaa ilmestyä kevään kuluessa.

Oppikertojen aiheista on aikataulu, joka toisen periodin osalta täsmentyy vasta kurssin alettua. Aikataulusta on linkit kunkin kerran muutaman sivun mittaiseen käsikirjoitukseen, joka avataan nähtäväksi oppikerran jälkeen. Käsikirjoitus sisältää muun tekstin lomassa harjoitustehtävät ja osaan niistä myös ratkaisun.

Kurssiin lähinnä liittyvä kirja: Bruce Schneier: Applied Cryptography, 2nd ed. Wiley 1996. Vaikka kaikkea ei käsitellä tämän kirjan mukaan, voi luennot ja harjoitukset huoletta jättää käymättä, kunhan lukee kirjan sekä artikkelit.

Tällä kurssilla kryptograafisten algoritmien sisältö tavallaan abstrahoituu osittain piiloon. Peruskryptologiaa esitellään toisella oppikerralla. Esitiedoiksi suositellaan silti perustietoja kryptoalgoritmeista: esim. Schneierin kirjan luvuista 1, 11.1-3, 12.2 ja 19.1-3, tai Kryptologian kurssilta tai mainitun kurssin kirjasta: Arto Salomaa: Public-Key Cryptography (Springer-Verlag 1996), luvut 1, 2, 4.1, App. A ja B.

Seminaariesitykset ajoittuvat kurssin kolmelle tai neljälle viimeiselle viikolle. Niiden valmistelu tapahtuu kuitenkin hyvissä ajoin yhteistyössä luennoitsijan kanssa ja ne tulevat osaksi kurssin opetusta sisältäen myös harjoitustehtäviä sekä ennakkoon luettavaa materiaalia (esim. www:stä). Toisin sanoen huomattava osa seminaarityön tekijän opiskelupanoksesta jaetaan muiden osallistujien opittavaksi ja myös edellytetään heiltä osana kurssin vaatimuksia. Töiden aihealueita on mainittu jäljempänä sisällön yhteydessä, jossa on myös (alustavasti) selostettu eri aihealueiden vaikutusta työn luonteeseen.

Seminaarityön voi tehdä 1:n tai 2:n opintoviikon laajuisena. Opintoviikon mitta on tietenkin 40 tuntia, mutta seminaariesityksen kesto ja kirjallisen työn laajuus vaihtelevat aiheen mukaan, koska eri aiheiden paino opetuksessa on erilainen. Karkeasti voisi ajatella, että kahden ov:n työn tuloksena on vähintään tunnin mittainen opiskelupaketti (puolet esitelmää ja puolet harjoitusta) sekä kaksikymmensivuinen raportti, josta puolet eli jonkinlainen "yleinen osa" voidaan sisällyttää kurssin tutkintovaatimuksiin.

Seminaaritöihin liittyviä harjoituksia voi toteuttaa myös työaseman ääressä. Seminaaritöiden aiheet käsittelevät käytännön tietoturvatoteutuksia tai -hankkeita ja ainakin kahden opintoviikon työhön pitäisi sisällyttää jokin suppeahko omakohtainen käytännöllinen osuus: jonkin järjestelmän testausta, suunnitelma sellaisen asentamiseksi tai implementoimiseksi, tms. Yhden opintoviikon työstä tämä omakohtainen käytäntö voi puuttua. Muuten työn pitää edustaa vähintään puolta em. mitoista.

Kurssin tavoitteet

1. määrittämään tietoturvan tavoitetaso,
2. soveltamaan olemassaolevia ja
3. suunnittelemaan uusia tietoturvaprotokollia
4. käytännön tietoliikenneprotokollien yhteyteen tai
5. osaksi,
6. analysoimaan näin saavutettavan tietoturvan taso sekä
7. ymmärtämään tällaisen analyysin rajoitukset.

1. Tietoturvalla on eri ulottuvuuksia ja näissä voidaan edetä eri syvyydelle (tasolle) tilanteen vaatimusten mukaisesti.
2. Jotta voisi perustellusti soveltaa yhtä menetelmää täytyy tuntea hieman myös sitä, millaisen "populaation" edustaja se on. Tällöin olemassaolevan mutta itselle uuden menetelmän käyttöönottokin sujuu.
3. Mainitun "populaation" piirteiden tuntemus edistää myös sitä, että havaitsee milloin tarvitaan jotain aiemmasta poikkeavaa. Uuden luomista oppii harjoittelemalla ongelmanratkaisua sellaisissa yhteyksissä missä tuloksena on jotain itselle uutta, vaikka se olisikin jo muille tunnettua.
4. Tietoturvapalikoita voidaan joutua sovittamaan olemassaolevien tietoliikenneprotokollien yhteyteen, siis lisäosiksi.
5. Toisaalta tietoliikennesuunnittelija voi saavuttaa aiempaa parempia tuloksia laatimalla uusia protokollia, joissa tietoturva on mukana alusta pitäen.
6. Tietoturvaprotokollia voidaan analysoida formaaleilla menetelmillä.
7. Ensisijaisesti tässä viitataan formaalin analyysin rajoituksiin. Toisaalta, suhteutettuna kohtaan 1, pitää muistaa tietoturvan yleiset rajoitukset ja erityisasema moniin muihin tekniikan aloihin verrattuna. Tietoturvatekniikan substanssi eli "tieto" elää ympäristössä, jonka ei ainoastaan muutu muun teknologian ympäristöä nopeammin (esim. kryptosysteeminen murtamiseen vaadittava ajan lyheneminen nykyisilläkin menetelmillä) vaan tätä muutosta ovat alati kiihdyttämässä tekijät, jotka aktiivisesti heikentävät tietoturvaa.

Tällä kurssilla ei yritetä opettaa kovinkaan paljon, vaan pyrkimys on tarjota tilaisuus oppia paljon. Tätä varten paitsi luetaan artikkeleita ja tehdään harjoituksia, myös käydään keskusteluja. Menetelmä voi olla aluksi järkytys niille, jotka ovat tottuneet enempi valmiiksi pureskeltuun materiaaliin.

Nähtävinä on joitakin kysymyksiä, jotka omalla tavallaan määrittävä tavoitteita, ja johdattelevat toivottavasti kiinnostumaan kurssilla esiteltävän teorian soveltamisesta käytäntöön jonkin seminaariaiheen puitteissa.

Kurssin sisältö

• Tietoturvan tavoitteiden ja käsitteistön yleinen määrittely (1).
• Kryptograafiset primitiivit (1).
• Perusprotokollat (kaksi "kierrosta") (4).
• Protokollan spesifiointi ja automaattinen verifiointi (2).
• Erityisiä sovelluksia (silti abstraktilla tasolla, 3):
  e-raha, nollatietotodistus ja piilokanava, äänestys, salaisuuden jakaminen, key escrow monen osapuolen yksityinen laskenta, liikkuvista agenteista.
• Käytännön järjestelmiä, standardeja, hankkeita (3). Näiden (tai vastaavien) puitteissa tehdään kurssin seminaarityöt. Aiheita on kolmen tyyppisiä (itse aiheiden jakautumien eri tyyppeihin ei liene vielä aivan lopullinen)
  • Seuraavia esitellään luentojen puitteissa pidettiinpä niistä seminaari tai ei: X.509, PGP, ssh, IPSEC. Luennon esitys on yleisellä tasolla ja mahdollinen seminaariesitys jatkaa siitä käytännön tasolle.
  • Luennoilla ei pidetä esittelyä, jos seminaariesitys pidetään: PKIX, TLS / SSL, SET, HST (henkilön sähköinen tunnistaminen, suomalainen hanke). Näissä seminaariesitys siis sisältää myös yleisen johdannon ja mahdollisen "teorian".
  • Seuraavia käsitellään vain mikäli niistä pidetään seminaariesitys: S/MIME, PEM, verkonhallinta, VPN, OTP, Kerberos, ....

Rajauksia

• Kryptograafisia algoritmeja sen enempää kuin on tarpeen protokollien ymmärtämiseksi. (Tämä on Kryptologian kurssin aihepiiriä)
• Salasanojen valintaa (Unixissa ym.), tiedostojen sijoittelua, oikeuksia, salaamista tai varmuuskopiointia
• Käyttöjärjestelmän toimia sen jälkeen kun käyttäjä on kirjoittautunut sisään. Näin siitä huolimatta, että "It doesn't make much sense if everything is authenticated and encrypted when private keys are obtainable by filtering the swap files used by a virtual memory system." (Lähde: DigiCash)
• Viruksia tai ohjelmistoasennuksia paitsi lyhyesti mobiiliagenttien tapausta.
• Tietoturvapolitiikkaa
• Digitaalista vesileimausta
• Kaupallisia tuotteita: laitteita ei lainkaan ja ohjelmistoja enintään esimerkinomaisesti.