Kryptografické systémy a ich aplikácie - ÚINF/KRS

Vitajte na stránke predmetu Kryptografické systémy a ich aplikácie.
Prednášky budú v tomto semestri v P11 v stredu od 14:25 a cvičenia vo štvrtok v P3 od 11:40.
Na tomto mieste nájdete počas semestra informácie a dôležité odkazy.

Predbežné sylaby
Cvičenia
Odporúčaná literatúra a ďalšie zdroje informácií
Pravidlá hodnotenia

Zadania domácich úloh - séria A, séria B, séria C, séria D, séria E, séria F

	Prebraté a plánované témy
16.9.2026	Steganografia. Kódové knihy. Kryptografický systém, základné pojmy. Caesarova šifra, posuvné a afinné šifry. Monoalfabetická substitúcia. Možnosti frekvenčnej kryptoanalýzy. Typy kryptoanalytických útokov. Homofónna substitúcia. Bigramové šifry (Playfair, Hill), trigramy. Understanding Cryptography - 1. kapitola - (v intranete) Slajdy z prednášky Úlohy na precvičenie - séria A - odovzdať do 23. 9. 2026, 14:25.
23.9.2026	Polyalfabetické šifry (Vigenére), autokey, Kasiského analytická metóda. Index koincidencie, vzdialenosť jednoznačnosti (Unicity distance). Kerckhoffsove zásady pre kryptografické systémy. Šifrovacie stroje (Enigma), kryptoanalýza. Slajdy z prednášky Úlohy na precvičenie - séria B - odovzdať do 30. 9. 2026, 14:25. Simulátor Enigmy (k 4. úlohe) .
30.9.2026	Bezpodmienečná bezpečnosť (perfect secrecy}, výpočtová bezpečnosť, dokázateľnosť. Vernamova nerozlúštiteľná šifra - OTP. Prúdové šifrovacie algoritmy. Šifrovací stroj Lorenz, simulátor, kryptoanalýza. Využitie posuvných registrov s lineárnou spätnou väzbou (LFSR), kryptoanalýza. Nelineárne prúdové šifry, generátory náhodných čísel (Blum-Blum-Shub generátor). šifra A5/1 (GSM), šifra Bluetooth, prúdová šifra RC4, simulátor A5/1 simulátor RC4 Projekt eSTREAM, Prúdová šifra Trivium, SEAL, Salsa20, ChaCha Understanding Cryptography - 2. kapitola - len v intranete Slajdy z prednášky (with LFSR analysis in English) Úlohy na precvičenie - séria C - odovzdať do 7. 10. 2026, 14:25
7.10.2026	Transpozičné šifry, stĺpcová a tabuľková transpozícia. Šifrovacia mriežka. Kombinácie konfúznych a difúznych metód (Shannon). Šifra ADFGX. Blokové šifry - Feistelova schéma, šifrovanie a dešifrovanie. Data Encryption Standard (DES), úspešné útoky hrubou silou (Copacobana FPGA cracker) Dvojnásobné DES šifry - útok Meet-in-the-Middle, 3DES. Útoky na DES dúhovými tabuľkami. Diferenčná a lineárna kryptoanalýza blokových šifier. Understanding Cryptography - 3. kapitola - len v intranete Slajdy z prednášky Úlohy na precvičenie - séria D - odovzdať do 14. 10. 2026, 14:25
14.10.2026	AES (Advanced Encryption Standard - Rijndael) Režimy využitia blokovej kryptografie (ECB, CBC, CFB, OFB, CTR, XTS-AES, GCM). Prúdové šifrovanie pomocou blokových šifier. Kritériá efektívnosti symetrickej blokovej kryptografie. Odporúčané dĺžky kľúčov podľa NIST Understanding Cryptography - 4. kapitola a 5. kapitola - len v intranete Slajdy z prednášky Úlohy na opakovanie a precvičenie - séria E - odovzdať do 21. 10. 2026, 14:25
21.10.2026	Využitie hašovacích funkcií na kontrolu celistvosti (integrity) správ. Detekcia porušenia celistvosti, silná a slabá odolnosť proti kolízii. Zníženie stupňa bezpečnosti využitím narodeninového paradoxu. Spôsoby využitia kryptografických hašovacích funkcií. Merkleho strom MDC systémy MD5 (Útok na MD5), SHA (Hash projekt NIST), využitie MDC funkcií. SHA-3 víťaz NIST súťaže Keccak. Understanding Cryptography - 11. kapitola - len v intranete Slajdy z prednášky Úlohy na precvičenie - séria F - odovzdať do 28. 10. 2026, 14:25
28.10.2026	Kľúčované hašovacie funkcie, autentifikácia správ (MAC). Využitie symetrickej kryptografie (CBC-MAC), pridanie kľúča k MDC, systém HMAC. AEAD - autentifikované šifrovanie s pridanými autentifikačnými údajmi Možnosti útokov na symetrickú kryptografiu kvantovými počítačmi. Groverov algoritmus. Understanding Cryptography - 13. kapitola - len v intranete

Odporúčaná literatúra :

Ch. Paar, J. Pelzl, T. Güneysu: Understanding Cryptography, Springer 2024 (v intranete)
Video z prednášok Ch. Paar
A. Menezes, P. van Oorschot, S.Vanstone: Handbook of Applied Cryptography, CRC Press, 2001 (free!)
A. Menezes, P. van Oorschot, B. Preneel: Textbook of Applied Cryptography (a work in progress)
B. Schneier: Applied Cryptography. Protocols, Algorithms and Source Code in C, 2.ed., John Wiley&Sons, 1996 (v študovni)
D. R. Stinson: Cryptography. Theory and Practie, 4.ed., CRC Press, 2019 (v študovni)
W. Stallings: Cryptography and Network Security. Principles and Practice, 8.ed., Prentice-Hall, 2022
P. van Oorschot: Computer Security and the Internet, Springer, 2020

M. Welschenbach: Cryptography in C and C++, Apress, 2001
W. Trappe, L.C.Washington: Introduction to Cryptography with Coding Theory, Prentice-Hall, 2006
T. Koshy: Elementary Number Theory with Applications, Academic Press, 2001

S. Singh: The Code Book, (český preklad: Kniha kódů a šifer, Argo, 2003)
P. Vondruška: Kryptologie, šifrování a tajná písma, Albatros, 2006
L. Dobda: Ochrana dat v informačních systémech, Grada 1998
J. Přibyl, J. Kodl: Ochrana dat v informatice, Vydavatelství ČVUT, 1996
L. Huraj: Nebojme sa šifrovania - príručka pre stredoškolských učiteľov

Ďalšie zdroje na Sieti :

CrypTool
Kryptografické kompendium J. Savarda
S. Singh: Crypto Corner
Crypto Museum
Crypto Challenges - reálne úlohy na kryptoanlýzu
Quantum safe cryptography
Helios

Cipher Machines and Cryptology (Rijmenants)
Codes and Ciphers in the Second World War
Rejewski: Mathematical solution of the Enigma Cipher
Enigma-bomby (Turing) , kryptoanalýza Enigmy.
Cipher Machines

Kritériá hodnotenia - bodované aktivity:

(30 bodov) aktívna práca na cvičeniach a úspešné dokončenie projektov
Kritériá udeľovania bodov za cvičenia a termíny na ich získanie určí cvičiaci.
(cca 40 bodov) úspešné riešenie domácich zadaní
Bodovanie domácich zadaní je uvedené individuálne v každom zadaní. Riešenia sa odovzdávajú v písomnej forme, obsahujúcej meno riešiteľa a zdroje, ktoré použil pri vypracovaní. Spolupráca a konzultácie v menších skupinkách sa nevylučujú, písomné spracovanie musí byť samostatné (často ide o vyjadrenie subjektívneho názoru resp. uvedenie príkladu z mnohých možností). Opisované riešenia a riešenia generované AI bez uvedenia zdrojov nebudú hodnotené a môžu byť posudzované ako porušenie pravidiel čestného správania. Riešenia odovzdané po termíne sa tiež nehodnotia.
(20 bodov) polsemestrálny test
(50 bodov) záverečný test
Záverečný test bude v skúšobnom období (január 2027) v troch termínoch, budú oznámené začiatkom decembra.

Celkove je možné získať spolu cca 140 bodov. Na absolvovanie so ziskom kreditov teda potrebujete aspoň 70 bodov. Stupňom D budem hodnotiť zisk aspoň 80 bodov, C aspoň 90 bodov, B aspoň 100 bodov a A aspoň 110 bodov.

Problémy a otázky môžete konzultovať s cvičiacim (podľa konzultačných hodín), s prednášajúcim po prednáške resp. elektronickou poštou na adrese jirasek at upjs.sk. Konzultácie je možné dohodnúť aj individuálne, no len v priebehu semestra. V skúškovom období konzultácie nebudú.