Národný inštitút pre štandardy a technológie (NIST) zahájil proces na získanie, vyhodnotenie a štandardizáciu jedného alebo viacerých kryptografických algoritmov využívajúcich verejný kľúč prostredníctvom verejnej súťaže. Cieľom tejto dimplomovej práce je naštudovať dostupné postkvantové algoritmy pre ustanovenie kľúča, ktoré boli zverejnené v treťom kole tejto súťaže. Po dôkladnej analýze a porovnaní bol jeden zo študovaných algoritmov implementovaný s využitím knižníc dostupných pre daný algoritmus, následne bol program optimalizovaný a zdokumentovaný.

Abstract Cryptographic key exchange is an integral part of modern cryptography. Such schemes allow two parties to derive a common secret key over a public channel without a priori shared information. One of the most successful key agreement schemes is the one suggested by Diffie and Hellman in their seminal work on public key cryptography. In this thesis, we give an algebraic generalization of the Diffie-Hellman scheme called AGDH utilizing its implicit algebraic properties. The generalization is based on the problem of computing homomorphic images from an algebra to another. Appropriately, we call this problem the homomorphic image problem (HIP). We also devise an authenticated key exchange protocol that is secure in the Canetti-Krawczyk model assuming the infeasibility of the decision HIP (DHIP). For the secure instantiation of the scheme, we consider symmetric encryption schemes that are homomorphic over an algebraic operation. We derive a condition for the encryption scheme to be homomorphic key agreement capable. We show that whenever this condition is satisfied, the induced DHIP is computationally infeasible based on the security of the encryption scheme. To show that there are such schemes, we give a description of one such that the infeasibility of the DHIP follows from a weaker version of the McEliece generator matrix pseudorandomness assumption and the learning parity with noise (LPN) problem. We also study algebraic methods for generating suitable structures for the devised scheme. Since the platform structure requires a large set of homomorphisms, we consider classes of algebras for which this is the case. In particular, we concentrate on a class of algebras satisfying the left distributivity (LD) property. We formulate a non-associative generalization of the conjugacy search problem (CSP) called partial CSP (PCSP) for left conjugacy closed left quasigroups. We show that the feasibility of the HIP on LD left quasigroups depends on the PCSP. Application of this problem leads to a non-associative variant of the Anshel-Anshel-Goldfeld key agreement scheme. We also formulate different versions of the PCSP and show several relative hardness results related to them. Finally, we study more closely the PCSP for a class of conjugacy closed loops of order p2, where p is a prime. We show that the hardness of the PCSP depends on the number of generators for the conjugator and on that of conjugacy equation pairs. Based on the weakest variant of the PCSP, we devise a symmetric blind decryption scheme on these loops and show that it satisfies perfect secrecy against passive adversaries. / Tiivistelmä Kryptografiset avaintenvaihtomenetelmät ovat eräs modernin kryptografian tärkeimmistä osista. Näiden menetelmien avulla pystytään sopimaan ilman aiempaa tiedonvaihtoa yhteisestä salaisesta avaimesta käyttämällä julkista kanavaa. Diffie-Hellman -avaintenvaihto on yksi parhaiten tunnetuista ja eniten käytetyistä menetelmistä. Tässä työssä tarkastellaan kyseisen menetelmän yleistämistä perustuen sen algebrallisiin ominaisuuksiin. Johdettu yleistys perustuu vaikeuteen löytää annetun alkion homomorfinen kuva, jota työssä kutsutaan homomorfisen kuvan ongelmaksi (HIP). Lisäksi suunnitellaan autentikoitu avaintenvaihtoprotokolla, joka on turvallinen Canetti-Krawczyk -mallissa olettaen että homomorfisen kuvan ongelman päätösversio (DHIP) on laskennallisesti vaikea. Menetelmän turvallista toteuttamista varten tarkastellaan symmetrisen avaimen salausmenetelmiä, jotka ovat homomorfisia joidenkin algebrallisten operaatioiden yli. Työssä johdetaan symmetrisen avaimen salainten ominaisuus, kyvykkyys homomorfiseen avaintenvaihtoon, joka takaa että aikaansaatu DHIP on laskennallisesti vaikea. Lisäksi rakennetaan symmetrinen menetelmä, joka toteuttaa kyseisen ehdon. Menetelmän turvallisuus perustuu tavallista heikompaan oletukseen McEliece-generaattorimatriisin pseudosatunnaisuudesta sekä pariteetin oppimisongelman häiriölliseen versioon (LPN). Työssä tarkastellaan lisäksi menetelmiä soveltuvien algebrallisten rakenteiden generointiin. Koska menetelmä vaatii suuren joukon homomorfismeja, tarkastellaan rakenteita, joille tämä ehto pätee. Erityisesti keskitytään ns. vasemmalta distributiivisiin (LD) rakenteisiin. Työssä määritellään epäassosiatiivinen yleistys konjugointiongelman hakuversiolle (CSP) konjugoinnin suhteen suljettuille vasemmille kvasiryhmille. Tätä yleistystä kutsutaan osittaiseksi CSP:ksi (PCSP). Työssä osoitetaan, että vasemmalta distributiivisissa vasemmissa kvasiryhmissä homomorfisen kuvan ongelman vaikeus liittyy läheisesti PCSP:hen. Lisäksi tätä ongelmaa sovelletaan määrittämään epäassosiatiivinen variantti Anshel-Anshel-Goldfeld -avaintenvaihtomenetelmästä. Lisäksi tarkastellaan PCSP:n erilaisia versioita ja niiden suhteellista laskennallista kompleksisuutta. PCSP:tä tarkastellaan tarkemmin konjugoinnin suhteen suljetuissa luupeissa, joiden kertaluku on p2, missä p on alkuluku. Työssä osoitetaan, että PCSP:n vaikeus riippuu konjugoijan generaattoreiden sekä konjugaatioyhtälöiden lukumäärästä. Käyttämällä hyväksi näitä tuloksia ja erityisesti PCSP:n helpointa versiota, laaditaan symmetrisen avaimen salausmenetelmä, joka tukee ns. sokeaa salauksenpurkua. Lisäksi osoitetaan, että menetelmä takaa täydellisen salassapidon passiivisia hyökkäyksiä vastaan.

This master's thesis seeks to design, implement, and point out new techniques for obfuscation of ransomware activity using the entropy principles of data that do not fall within the detection capabilities of known anti-ransomware and anti-virus tools. The proposed techniques are aimed at changing the ransomware activity in the downgrading phase (encryption or obfuscation) of files on the infected system.

Abstract In recent years, the amount of electronic communication has grown enormously. This has posed some new problems in information security. In particular, the methods in cryptography have been under much scrutiny. There are several basic primitives that modern cryptographic protocols utilise. One of these is hash functions, which are used to compute short hash values from messages of any length. In this thesis, we study the security of hash functions from two different viewpoints. First of all, we analyse the security of the Very Smooth Hash against preimage attacks. We develop an improved method for finding preimages of Very Smooth Hash, compare this method with existing methods and demonstrate its efficiency with practical results. Furthermore, we generalise this method to the discrete logarithm variants of the Very Smooth Hash. Secondly, we describe the methods for finding multicollisions in traditional iterated hash functions and give some extensions and improvements to these. We also outline a method for finding multicollisions for generalised iterated hash functions and discuss the implications of these findings. In addition, we generalise these multicollision finding methods to some graph-based hash functions. / Tiivistelmä Viime vuosina digitaaliseen tiedonsiirtoon perustuva tiedonsiirto on yleistynyt valtavasti. Tästä on seurannut monia uusia tietoturvaongelmia. Tässä yhteydessä erityisesti tiedon suojaamiseen käytetyt kryptografiset menetelmät ovat olleet tarkastelun kohteena. Hash-funktiot ovat yksi käytetyimmistä työkaluista nykyisissä kryptografisissa protokollissa. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan hash-funktioiden turvallisuutta kahden eri tutkimusongelman kautta. Aluksi tutkitaan Very Smooth Hash -funktion turvallisuutta alkukuvien löytämistä vastaan. Alkukuvien löytämiseksi esitetään parannettu menetelmä, jota arvioidaan teoreettisilla ja käytännöllisillä menetelmillä. Tämä parannettu menetelmä yleistetään koskemaan myös Very Smooth Hashin muunnoksia, jotka perustuvat diskreetin logaritmin ongelmaan. Toisena tutkimuskohteena ovat iteroitujen hash-funktioiden yleistykset ja monitörmäykset. Aluksi esitellään perinteisiin iteroituihin hash-funktioihin liittyviä monitörmäysmenetelmiä. Tämän jälkeen tutkitaan iteroitujen hash-funktioiden yleistyksiä ja osoitetaan, että aiemmat monitörmäysmenetelmät voidaan laajentaa koskemaan myös näitä yleistyksiä. Lopuksi tutkitaan graafeihin perustuviin hash-funktioihin liittyviä monitörmäysmenetelmiä ja osoitetaan, että iteroitujen hash-funktioiden monitörmäysmenetelmä voidaan osittain yleistää koskemaan myös graafeihin perustuvia hash-funktioita.

Abstract The design principles proposed independently by both Ralph Merkle and Ivan Damgård in 1989 are applied widely in hash functions that are used in practice. The construction reads the message in one message block at a time and applies iteratively a compression function that, given a single message block and a hash value, outputs a new hash value. This iterative structure has some security weaknesses. It is vulnerable, for instance, to Joux's multicollision attack, herding attack that uses diamond structures and Trojan message attack. Our principal research topic comprises the deficiencies in hash function security induced by the Merkle-Damgård construction. In this work, we present a variant of Joux's multicollision attack. We also develop a new, time-saving algorithm for creating diamond structures. Moreover, two new efficient versions of Trojan message attack are introduced. The main contribution of the thesis is the analysis of generalized iterated hash functions. We study the combinatorial properties of words from a new perspective and develop results that are applied to give a new upper bound for the complexity of multicollision attacks against the so called q-bounded generalized iterated hash functions. / Tiivistelmä Vuonna 1989 Ralph Merkle ja Ivan Damgård ehdottivat toisistaan riippumatta hash-funktioille suunnitteluperiaatteita, joita käytetään tänä päivänä laajasti. Niin kutsuttu Merkle-Damgård -rakenne lukee viestin sisään viestiblokki kerrallaan ja käyttää tiivistefunktiota, joka liittää hash-arvoon ja viestiblokkiin uuden hash-arvon. Tällä iteratiivisella rakenteella on joitakin turvallisuusheikkouksia. Se on haavoittuva esimerkiksi Joux’n monitörmäyshyökkäykselle, timanttirakenteita hyödyntävälle paimennushyökkäykselle ja Troijan viesti -hyökkäykselle. Väitöskirjan pääasiallinen tutkimusaihe on Merkle-Damgård -rakenteen aiheuttamat puutteet tietoturvassa. Tässä työssä esitetään uusi versio Joux’n monitörmäyshyökkäyksestä, luodaan uusi aikaa säästävä algoritmi timanttirakenteiden kehittämiseksi ja kaksi uutta tehokasta versiota Troijan viesti -hyökkäyksestä. Väitöskirjan tärkein kontribuutio on yleistettyjen iteratiivisten hash-funktioiden turvallisuuden analysointi. Sanojen kombinatorisia ominaisuuksia tutkitaan uudesta näkökulmasta, jonka pohjalta kehitettyjä tuloksia soveltamalla luodaan uusi yläraja niin kutsuttujen q-rajoitettujen yleisten iteratiivisten hash-funktioiden monitörmäyshyökkäysten kompleksisuudelle.

Mobilné zariadenia sú v rámci technologickej histórie novinka a pri technológii, ktorá sa vyvíja tak rapídnym tempom a rastom používania je nutné dbať na zabezpečenie. Táto diplomová práca sa zaoberá rozborom bezpečnostných mechanizmov používaných v Android OS a komunikáciou medzi OS Android a vzdialeným serverom. Cieľom je preskúmať tieto mechanizmy a otestovať aké kryptografické metódy a postupy je najvýhodnejšie používať z hľadiska bezpečnosti s ohľadom na efektivitu. Tieto znalosti boli použité pre vytvorenie demonštračného systému, ktorý využíva vybrané zabezpečovacie mechanizmy a kryptografické postupy.