Захист інформації у смарт-пристроях і системах

Спеціальність: Смарт пристрої у радіоелектроніці і вбудовані системи
Код дисципліни: 7.172.10.E.016
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Радіоелектронних технологій інформаційних систем
Лектор: Маньковський Спартак Вікторович
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Мета вивчення дисципліни: Ознайомити студентів з теоретичними основами та поняттями захисту інформації у смарт пристроях та системах. Дізнатись про основні види криптографічних алгоритмів, їх теоретичні засади та практичне застосування. Навчитись практично реалізувати криптографічні алгоритми засобами Python та за допомогою криптографічних бібліотек написаних на мові С.
Завдання: Інтегральна компетентність: ІНТ Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми під час професійної діяльності у галузі телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки смарт і вбудованих систем або у процесі навчання, що передбачає застосування теорій та методів проектування радіоелектронних смарт пристроїв і вбудованих систем та характеризуються комплексністю чи невизначеністю умов. Загальні компетентності: ЗК-2 Здатність продукувати нові ідеї, проявляти креативність, здатність до системного мислення; ЗК-3 Здатність здійснювати пошук та аналізувати інформацію з різних джерел; ЗК-6 Знання та розуміння предметної області та фаху; Фахові компетентності: ФК-1 Базові знання фундаментальних наук, в обсязі, необхідному для освоєння загально-професійних дисциплін; ФК-5 Базові уявлення про сучасні комп’ютерні технології та інструменти інженерних і наукових розрахунків, оброблення даних, 3D-графіки, моделювання та оптимізації, сучасні засоби інформаційних технологій; ФК-7 Розуміння основних методів аналізу та синтезу компонентів та пристроїв електронних смарт та вбудованої техніки; ФКС1.1 Розуміння основ аналогової та цифрової схемотехніки, мікропроцесорної техніки смарт та вбудованих систем; ФКС1.2 Знання основних напрямків реалізації мікропроцесорних систем, смарт-пристроїв, середовищ їх розробки, застосування в різних галузях науки і техніки;
Результати навчання: ЗН4. Знання в галузі інформатики й сучасних інформаційних технологій; навички використання програмних засобів розробки, створення баз даних і використання інтернет-ресурсів; навички роботи у комп’ютерних мережах. ЗН1.1 Знання сучасних середовищ розробки та налагодження мікропроцесорних смарт пристроїв і систем. ЗН1.2 Знання новітніх напрямків реалізації мікропроцесорних систем, перспектив застосування мікроконтролерів у смарт пристроях і вбудованих структурах РТС УМ3 Уміння використовувати засоби систем розробки та автоматизованого проектування, уміння аналізувати науково-технічну літературу, у тому числі іноземною мовою, щодо стану, тенденцій та розвитку електронної техніки та сучасних РТС УМ1.1 Уміння охарактеризувати компоненти мікропроцесорної смарт чи вбудованої системи. УМ1.2 Уміти програмувати у сучасних середовищах розробки та налагодження мікропроцесорних смарт пристроїв та вбудованих систем, використовувати засоби САПР для їх проектування.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Проектування смарт пристроїв Проектування радіотехнічних систем Проектування телекомунікаційних систем та мереж Сучасні методи забезпечення надійності інформаційних систем
Короткий зміст навчальної програми: Дисципліна спрямована на ознайомлення з теоретичними основами та поняттями захисту інформації із застосуванням криптографії у смарт пристроях та системах. Ознайомлення з типовими криптографічними алгоритмами, зокрема симетричними, асиметричними, обміну ключами, хеш-функціями та цифровим підписом. Практична реалізація алгоритмів TDES, AES, RSA, SHA за допомогою криптографічних бібліотек. Ознайомлення та практичне застосування Python бібліотеки Cryptography. Ознайомлення та практичне застосування портативної бібліотеки з відкритим вихідним кодом WolfSSL написаної на мові С. Додатково ознайомлення з середовищем розробки Qt, системою збірки проектів CMake та створення криптографічних проектів за допомогою цих інструментів.
Опис: Тема: ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТА ПРОБЛЕМИ ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ У СМАРТ ПРИСТРОЯХ. Ознайомлення з теоретичними основами та поняттями захисту інформації (шифрування, крипто аналіз, криптографічна стійкість і т.п.). Застосування криптографії у смарт пристроях. Типові методи атак. Тема: ОГЛЯД КРИПТОГРАФІЧНИХ АЛГОРИТМІВ. Огляд криптографічних алгоритмів і їх застосувань (симетричні, асиметричні, генерація ключів, хеш). Поняття тестових векторів для перевірки реалізацій криптографічних алгоритмів. Пошук тестових векторів та алгоритмів на офіційному сайті Національного інститут стандартів і технологій (англ. National Institute of Standards and Technology (NIST)). Огляд Python бібліотеки Cryptography та її можливостей. Тема: ГЕНЕРАЦІЯ, ЗБЕРІГАННЯ ТА ВИДИ КРИПТОГРАФІЧНИХ КЛЮЧІВ. Поняття криптографічного ключа. Види та параметри криптографічних ключів. Генерація та зберігання криптографічних ключів. Серіалізація криптографічних ключів і зберігання у файли формату PEM та DER. Тема: АЛГОРИТМИ СИМЕТРИЧНОГО ШИФРУВАННЯ (DES, TDES, AES) Огляд алгоритмів симетричного шифрування DES, TDES, AES. Практична реалізація симетричного шифрування на Python. Порівняння з тестовими векторами NIST. Тема: ХЕШ-ФУНКЦІЇ Поняття та призначення хеш-функції. Види хеш-функцій (MD5, SHA). Практична реалізація хеш-функцій на Python. Порівняння з тестовими векторами NIST. Тема: АЛГОРИТМИ АСИМЕТРИЧНОГО ШИФРУВАННЯ ТА ОБМІНУ КЛЮЧАМИ Огляд алгоритмів асиметричного шифрування на прикладі RSA. Алгоритм Діффі-Геллмана для обміну ключами. Спрощена реалізація aсиметричного шифрування на Python (спрощена версія RSA). Поверхневий огляд інших асиметричних алгоритмів на основі еліптичних кривих над кінцевими полями. Тема: РЕАЛІЗАЦІЯ АСИМЕТРИЧНОГО ШИФРУВАННЯ НА PYTHON Реалізація алгоритмів симетричного шифрування за допомогою бібліотеки Cryptography на Python. Приклади практичного застосування. Тема: ЦИФРОВИЙ ПІДПИС Цифровий підпис та його застосування. Засоби бібліотеки Cryptography для створення та перевірки цифрового підпису. Огляд API функцій WolfSSL для створення та перевірки цифрового підпису. Тема: СЕРЕДОВИЩЕ РОЗРОБКИ QT Підготовче заняття для роботи з криптографічними бібліотеками на мові С. Ознайомлення з середовищем розробки Qt. Створення та налаштування проекту. Основи кросплатформеної системи для збірки проектів CMake. Тема: КРИПТОГРАФІЧНА БІБЛІОТЕКА WOLFSSL Огляд сучасних криптографічних бібліотек. Ознайомлення портативною бібліотекою WolfSSL та її можливостями. Створення проекту в середовищі Qt з під’єднанням криптографічної бібліотеки WolfSSL. Тема: РОБОТА З КЛЮЧАМИ ЗАСОБАМИ WOLFSSL Генерація ключів. Серіалізація ключів. Зберігання ключів у файл та читання ключів з файлів. Зберігання та читання даних з бінарних файлів. Тема: РЕАЛІЗАЦІЯ СИМЕТРИЧНОГО ШИФРУВАННЯ ЗАСОБАМИ БІБЛІОТЕКИ WOLFSSL Огляд API функцій WolfSSL для реалізації симетричного шифрування. Реалізація алгоритмів AES засобами WolfSSL та порівняння з тест векторами NIST та результатами отриманими в Python. Тема: РЕАЛІЗАЦІЯ ХЕШ-ФУНКЦІЙ ЗАСОБАМИ БІБЛІОТЕКИ WOLFSSL Огляд API функцій WolfSSL що реалізують хеш-функції. Реалізація хешування засобами WolfSSL та порівняння з тест векторами NIST та результатами отриманими в Python. Тема: РЕАЛІЗАЦІЯ АСИМЕТРИЧНОГО ШИФРУВАННЯ ЗАСОБАМИ БІБЛІОТЕКИ WOLFSSL Огляд API функцій WolfSSL для реалізації асиметричного шифрування. Реалізація алгоритму RSA засобами WolfSSL та порівняння з результатами отриманими в Python. Тема: ПІДСУМКОВЕ ЗАНЯТТЯ Підсумки вивченого матеріалу. Підготовка до контрольного заходу.
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль здійснюється на основі активності студентів під час практичних занять. Контрольні запитання поділяються на: тестові – вибрати вірні відповіді; проблемні – створення ситуацій проблемного характеру; питання-репліки – виявити причинно-наслідкові зв’язки; ситуаційні завдання – визначити відповідь згідно певної ситуації; питання репродуктивного характеру – визначення практичного значення. Підсумковий контроль проводиться за результатами поточного контролю та заліку.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль - 60 % Залік (усно та письмово) - 40 % Разом за дисципліну 100 балів.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Рекомендована література: 1. Щур Н.О., Покотило О.А. Основи криптології: навч. посібник. –Житомир: Державний університет «Житомирська політехніка», 2021. 120 с. 2. Глинчук Л. Я. Криптологія : навч.-метод. посіб. / Людмила Ярославівна Глинчук. – Луцьк : Вежа-Друк, 2014. – Луцьк : Вежа-Друк, 2014. – 164 с. 3. Вербицький О. В. Вступ до криптології. – Львів.: ВНТЛ., 1998. – 248 с. 4. Горбенко І.Д., Горбенко Ю.І. Прикладна криптологія: Теорія. Практика. Застосування: Монографія. – Харків: видавництво "Форт", 2012. – 880 с. Інформаційні ресурси: 1. https://csrc.nist.gov/Projects/cryptographic-standards-and-guidelines 2. https://cryptography.io/en/latest/hazmat/primitives/ 3. https://www.wolfssl.com/ 4. https://www.qt.io/offline-installers 5. https://cmake.org/
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою: вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112 E-mail: nolimits@lpnu.ua Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).