Название работы	Кол-во страниц	Размер
Рабочая программа для студентов очной формы обучения специальности...	1	289.39kb.
Рабочая программа для студентов очной формы обучения специальности...	1	265.84kb.
Рабочая программа для студентов очной формы обучения специальности...	2	452.27kb.
Рабочая учебная программа для студентов 2 курса очной и заочной формы...	3	661.82kb.
Рабочая программа для студентов направления 080100. 62 «Экономика»...	2	516.44kb.
Программа дисциплины для студентов специальности 080801. 65 «Прикладная...	3	491.45kb.
Рабочая программа для студентов направления 230700. 68 «Прикладная...	1	350.13kb.
Рабочая программа для студентов направления 230700. 62 «Прикладная...	1	337.28kb.
Рабочая программа для студентов направления 230700. 62 «Прикладная...	3	484.9kb.
Рабочая программа для студентов направления 230700. 68 «Прикладная...	1	324.77kb.
Рабочая программа для студентов направления 030900 «Юриспруденция»...	2	490.36kb.
Тесты по оптике и квантовой механике. Уч пос.,1-е изд	1	153.96kb.
Викторина для любознательных: «Занимательная биология»	1	9.92kb.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе

_______________/ Л.М. Волосникова

«___» _______________ 2011 г.

Дополнительные главы криптографии

Учебно-методический комплекс.

Рабочая программа для студентов очной формы обучения
направления 090900.62 «Информационная безопасность»,

профиль подготовки «Безопасность

распределенных систем»

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Автор работы __________________________________________/О.В. Ниссенбаум/

« » ____________ 2011 г.

Рассмотрено на заседании кафедры информационной безопасности 20.04.2011г., протокол № 8.

Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем __ стр.

Зав. кафедрой __________________________________________/А.А. Захаров/

« » ____________ 2011 г.

Рассмотрено на заседании УМК Института математики, естественных наук и информационных технологий 15.05.2011, протокол № 2.

Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК _____________________________________/ И.Н. Глухих/

« » ___________ 2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:

Зав. методическим отделом УМУ _________________________/С.А. Федорова/

«_____» _______________ 2011 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт математики, естественных наук и информационных технологий

Кафедра информационной безопасности

НИССЕНБАУМ О.В.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ГЛАВЫ КРИПТОГРАФИИ

Учебно-методический комплекс.

Рабочая программа для студентов очной формы обучения,

направления 090000.62 «Информационная безопасность», профиль подготовки: «Безопасность

распределенных систем»

Тюменский государственный университет

2011

О.В. Ниссенбаум. Дополнительные главы криптографии.

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 090000.62 «Информационная безопасность», профиль подготовки «Безопасность распределенных систем». Тюмень, 2011, 10 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.
УМК дисциплины опубликован на сайте ТюмГУ: Дополнительные главы криптографии [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный.

Рекомендован к изданию кафедрой информационной безопасности Утверждено проректором по учебной работе ТюмГУ

Ответственный редактор: А.А. Захаров, зав. кафедрой информационной безопасности, д.т.н., проф.

© ГОУ ВПО Тюменский государственный университет, 2011

© Ниссенбаум О.В., 2011

1. 1. Пояснительная записка.

2. 1.1. Цели и задачи дисциплины.

3. 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.
  

4. 2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата:

Изучение дисциплины «Дополнительные главы криптографии» базируется на дисциплинах: «Математика», «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 студента. Знания и практические навыки, полученные из дисциплины «Дополнительные главы криптографии», используются обучаемыми при разработке курсовых и дипломных работ.

6. 3. Требования к результатам освоения дисциплины

Изучение дисциплины «Дополнительные главы криптографии» обеспечивает овладение следующими компетенциями:
общекультурными (ОК):
- способностью действовать в соответствии с Конституцией Российской Федерации, исполнять свой гражданский и профессиональный долг, руководствуясь принципами законности и патриотизма (ОК-1);
-способностью самостоятельно применять методы физического воспитания для повышения адаптационных резервов организма и укрепления здоровья, достижения должного уровня физической подготовленности в целях обеспечения полноценной социальной и профессиональной деятельности (ОК-12)

 

профессиональными (ПК):

-способностью использовать языки и системы программирования, инструмента9льные средства для решения различных профессиональных, исследовательских и прикладных задач (ПК-9);

-способностью разрабатывать формальные модели политик безопасности, политик управления доступом и информационными потоками в компьютерных системах (ПК-11);

-способностью готовить научно-технические отчеты, обзоры, публикации по результатам выполненных работ (ПК-17).

В результате изучения дисциплины «Дополнительные главы криптографии» студенты должны:

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;
  

• 
  уметь 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.
   

Таблица 1.

Вид занятий	Семестры
	6
Общая трудоемкость	108 ч (3 ЗЕТ)
Аудиторные занятия	72
Лекции	15
Лабораторные работы	30
Самостоятельная работа	63
Вид итогового контроля	зачет

2. Тематический план

Таблица 2.

Тематический план

№	Тема	недели семестра	Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.			Итого часов по теме	Из них в интерактивной форме	Итого количество баллов
			Лекции	Лаборатор-ные занятия	Самостоя-тельная работа
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Модуль 1
1	Принципы создания блочных шифров	0-2	2	4	10	16	4	0-13
2	Криптоанализ блочных шифров	3-6	4	6	10	20	6	0-20
	Всего		6	10	20	36	10	0-33
Модуль 2
3	Принципы создания поточных шифров	7-8	2	4	10	16	4	0-13
4	Криптоанализ поточных шифров	9-12	4	6	10	20	6	0-20
	Всего		6	10	20	36	10	0-33
Модуль 3
5	Нестандартные подходы к созданию шифров	13	1	4	13	18	4	0-13
6	Квантовая криптография	14-15	2	6	10	18	6	0-21
	Всего		3	10	23	36	10	0-34
	Итого (часов, баллов) за семестр:		15	30	63	108		0-100
	Из них в интерактивной форме		10	20			30

Таблица 3.

Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля

№ темы	Устный опрос			Информацион-ные системы и технологии	Другие формы контроля	Итого баллов
	доклад	собесе-дование	ответ на семинаре	Лабораторная ра-бота	Обзор ли-тературы
Модуль 1
1.		0-1	0-2	0-10		0-13
2.	0-5	0-2	0-3		0-10	0-20
Всего						0-33
Модуль 2
3		0-1	0-2	0-10		0-13
4	0-5	0-2	0-3		0-10	0-20
Всего						0-33
Модуль 3
5		0-1	0-2	0-10		0-13
6	0-7	0-1	0-3		0-10	0-21
Всего						0-34
Итого						0-100

Таблица 4.

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Модули и темы		Виды СРС		Неделя семестра	Объем часов	Кол-во баллов
			обязательные	дополнитель-ные
Модуль 1
1.1		Принципы создания блочных шифров	Конспектирование ма-териала на лекционных занятиях. Выполнение расчетной работы, под-готовка к ответу на се-минаре и к собеседо-ванию.	Работа с учебной литературой	0-2	10	0-13
1.2		Криптоана-лиз блочных шифров	Конспектирование материала на лекционных занятиях. Выполнение доклада, подготовка к ответу на семинаре и к собеседованию.	Подготовка об-зора литературы по заданной те-ме с использо-ванием источни-ков на иностран-ных языках	3-6	10	0-20
		Всего по модулю 1:				20	0-33
Модуль 2
2.1.		Принципы создания поточных шифров	Конспектирование ма-териала на лекционных занятиях. Выполнение расчетной работы, под-готовка к ответу на се-минаре и к собеседо-ванию.	Работа с учебной литературой	7-8	10	0-13
2.2		Криптоана-лиз поточных шифров	Конспектирование материала на лекционных занятиях. Выполнение доклада, подготовка к ответу на семинаре и к собеседованию.	Подготовка об-зора литературы по заданной те-ме с использо-ванием источни-ков на иностран-ных языках	9-12	10	0-20
		Всего по модулю 2:				20	0-33
Модуль 3
3.1		Нестан-дартные подходы к созданию шифров	Конспектирование ма-териала на лекционных занятиях. Выполнение расчетной работы, под-готовка к ответу на се-минаре и к собеседо-ванию.	Работа с учебной литературой	13	13	0-13
3.2		Квантовая криптогра-фия	Конспектирование материала на лекционных занятиях. Выполнение доклада, подготовка к ответу на семинаре и к собеседованию.	Подготовка об-зора литературы по заданной те-ме с использо-ванием источни-ков на иностран-ных языках	14-15	10	0-21
		Всего по модулю 3:				23	0-34
		ИТОГО:				63	0-100

2. 
   Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
   

Знания и практические навыки, полученные из дисциплины «Дополнительные главы криптографии», используются при разработке курсовых и дипломных работ.

2. Содержание разделов дисциплины

1. 
   Принципы создания блочных шифров. Рассеивание и перемешивание. Подстановки и перестановки. Сети Файстеля. Архитектура «квадрат». Алгоритмы разворачивания ключа. Конечные автоматы на полурешетках.
   
2. 
   Криптоанализ блочных шифров. Дифференциальный криптоанализ. Линейный криптоанализ. Сильные и слабые S-блоки. Методы анализа S-блоков. Бент-функции. Базис Грёбнера.
   
3. 
   Принципы создания поточных шифров. Псевдослучайные последовательности. Теорема Яо. Линейные и нелинейные регистры. Рекуррентные функции. Треугольные функции. Комбинирующие генераторы. Корреляционно-иммунные функции.
   
4. 
   Криптоанализ поточных функций. Криптографические свойства псевдослучайных последовательностей. Автокорреляция. Линейные и нелинейные аппроксимации. Использование бент-функций для криптоанализа поточных шифров. «Разделяй и властвуй».
   
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.
   

2. Лабораторные работы.

1. 
   Принципы создания блочных шифров.
   

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.

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».

5. 
   Нестандартные подходы к созданию шифров.
   

Обсуждение научных статей по теме. Защита докладов.

6. 
   Квантовая криптография.
   

Обсуждение научных статей по теме. Защита докладов.

7. 
   Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля)
   

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

А) выполнение расчетных 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.

Вопросы к экзамену

1. 
   Принципы создания блочных шифров. Рассеивание и перемешивание. Подстановки и перестановки. Сети Файстеля.
   
2. 
   Архитектура «квадрат».
   
3. 
   Алгоритмы разворачивания ключа.
   
4. 
   Конечные автоматы на полурешетках.
   
5. 
   Дифференциальный криптоанализ.
   
6. 
   Линейный криптоанализ.
   
7. 
   Сильные и слабые S-блоки. Методы анализа S-блоков. Бент-функции.
   
8. 
   Базис Грёбнера.
   
9. 
   Принципы создания поточных шифров. Псевдослучайные последовательности. Теорема Яо.
   
10. 
    Линейные и нелинейные регистры.
    
11. 
    Рекуррентные функции.
    
12. 
    Треугольные функции.
    
13. 
    Комбинирующие генераторы.
    
14. 
    Корреляционно-иммунные функции.
    
15. 
    Криптографические свойства псевдослучайных последовательностей. Автокорреляция. Линейные и нелинейные аппроксимации.
    
16. 
    Использование бент-функций для криптоанализа поточных шифров.
    
17. 
    Атака «Разделяй и властвуй».
    
18. 
    Квантовая криптография. Понятие о квантовых вычислениях. Представление о сложности квантовых алгоритмов. Перспективы развития квантовых вычислений. Квантовые протоколы передачи информации, привязки к биту, разделения секрета.
    

8. 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.

9. Литература

9.1. ОСНОВНАЯ:

1. 
   Агибалов Г.П. Избранные теоремы начального курса криптографии: Учебное пособие. – Томск: Изд-во НТЛ, 2005. – 116 с.
   
2. 
   Диффи У., Хеллман М.Э. Защищенность и имитостойкость. Введение в криптографию. - ТИИЭР, т.67, №3, 1979. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. — М.: ИЛ, 1963.
   
3. 
   ЧеремушкинА.В. Вычисления в алгебре и теории чисел. — М.: 2002.
   
4. 
   Черёмушкин А.В. Криптографические протоколы. Основные свойства и уязвимости. М.: Издательский дом «Академия», 2009.
   
5. 
   Научный журнал «Прикладная дискретная математика» http://vestnik.tsu.ru/pdm.
   
6. 
   Токарева Н.Н. Нелинейные булевы функции: бент-функции и их обобщения// Изд-во LAP, 2011. 180с.
   
7. 
   Advances of cryptology – EUROCRYPT. Workshop of the theory and application of cryptographic techniques. Berlin: Springer. (материалы конференции Eurocrypt)
   
8. 
   Biham E., Shamir A. Differential cryptanalysis of DES-like cryptosystems // J. Cryptology. 1991. V.4., N.1, P.3-72.
   

9.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:

1. 
   Молдовян Н. А. Криптография: от примитивов к синтезу алгоритмов. - СПб: BHV-Петербург, 2004.
   
2. 
   Асосков А.В и др. Поточные шифры. – М.: Кудиц-образ, 2003. – 336 с.
   
3. 
   Брассар Ж. Современная криптология. — М.: ПОЛИМЕД, 1999.
   
4. 
   Проскурин Г.В. Принципы и методы зашиты информации. — М.: МИЭМ, 1997
   
5. 
   A. Menezes, P. van Oorschort, S. Vanstone, Handbook of Applied Cryptography – CRC Press, Inc., 1997
   

9.3. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы.

- вузовские электронно-библиотечные системы учебной литературы.

- база научно-технической информации  ВИНИТИ РАН

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

- математический пакет MathLab;

-среды разработки на языках C#, C++, Pascal, Java.

10. 
    Технические средства и материально-техническое оснащение.
    

Для организации самостоятельной работы студентов необходим компьютерный класс с пакетом прикладных программ, в том числе с установленной средой разработки на языке C#, C++, Pascal, Java, пакет MathLab.

Для проведения лекционных занятий необходим переносной или стационарный компьютер и проектор с разрешением не менее 1200х800.