Tämä kurssi on jo päättynyt.

Kurssin viimeisimmän version löydät täältä: Johdatus kryptografiaan: 2024

  1. CS-EJ4404
  2. Omat pisteesi

perjantai 9.12.2022 12:00 – tiistai 1.4.2025 12:00
Moduulin suorittamiseen vaaditaan 50 pistettä.

Johdanto

Ensimmäinen oppimismoduuli toimii pohjana kurssin suorittamiselle.

  • Ensimmäinen osio kertoo lyhyesti, mistä kryptografiassa ja kurssissa on kyse.
  • Toinen osio esittelee oppimisympäristön toimintaa. Voit varmistaa, että pystyt ajamaan kurssitehtäviin sisältyvää esimerkkikoodia.
  • Kolmas osio auttaa alkuun Python-ohjelmointikielen kanssa, ja pääset ajamaan Pythonin toimintaa havainnollistavaa esimerkkikoodia.
  • Neljäs osio käsittelee tietokoneen bittejä, tavuja ja binäärioperaatioita. Osio on lähinnä informatiivinen ja sisällytetty kurssiin siksi, että bittien ja heksadesimaalien näkemiseltä ei voi välttyä kun puhutaan digitaalisesta datasta.
Tehtävä Kategoria Palautukset Pisteet
1.1 Johdatus kryptografiaan -kurssin esittely
1.1.1 Kurssiesittelyn väittämät questionnaire A 0 / 10
1.2 Ohjeet koodin ajamiseen
1.2.1 Mikä tuloste? questionnaire A 0 / 10
1.3 Python tutoriaali
1.3.1 Muuttujan tuloste questionnaire A 0 / 10
1.3.2 Muuttujan vaihtaminen questionnaire B 0 / 10
1.3.3 Kahden merkin summa questionnaire A 0 / 10
1.3.4 Kahden numeron summa questionnaire A 0 / 10
1.3.5 Numeron ja kirjaimen summa questionnaire A 0 / 10
1.3.6 Modulo questionnaire A 0 / 10
1.3.7 For-silmukka questionnaire A 0 / 10
1.4 Bitit, tavut ja binäärioperaatiot
1.4.1 Opetellaan heksadesimaalit questionnaire B 0 / 15
1.5 Oppilaspalaute 1
1.5.1 Palaute ensimmäisestä opetusmoduulista feedback A 0 / 5

perjantai 9.12.2022 12:00 – tiistai 1.4.2025 12:00
Moduulin suorittamiseen vaaditaan 50 pistettä.

Kryptografian tavoitteet, käsitteet ja hyökkäysmallit

Toisessa oppimismoduulissa käydään läpi kryptografian peruskäsitteitä.

  • Ensimmäinen osio esittelee kryptografiaa yleisellä tasolla.
  • Toinen osio esittelee kryptografian ABC-mallin.
  • Kolmas osio kuvailee kryptografian tavoitteita.
  • Neljäs osio käsittelee niitä elementtejä, joista kryptografia koostuu.
  • Viides osio kuvaa niitä kryptografian hyökkäysmalleja, joiden teoreettisia malleja ja käytännön toteutuksia yleensä tutkitaan yliopistoissa.
Tehtävä Kategoria Palautukset Pisteet
2.1 Mistä kryptografiassa on kyse?
2.1.1 Steganografiaa vai kryptografiaa questionnaire A 0 / 10
2.1.2 Viesti paperilla questionnaire A 0 / 5
2.2 Kryptografian ABC-malli
2.2.1 ABC-malli questionnaire A 0 / 5
2.3 Kryptografian tavoitteet
2.3.1 Kryptografian tavoitteet questionnaire A 0 / 10
2.4 Kryptografian elementit ja luottamuksellisuus
2.4.1 Väittämiä selväkielestä questionnaire A 0 / 5
2.4.2 Väittämiä merkistökoodauksesta questionnaire A 0 / 5
2.4.3 Väittämiä selväkielestä questionnaire A 0 / 5
2.4.4 Väittämiä salaimesta questionnaire A 0 / 10
2.4.5 Väittämiä avaimesta questionnaire A 0 / 10
2.4.6 Käytetään ensimmäisiä salaimia questionnaire A 0 / 10
2.4.7 Käytetään edellisiä salaimia questionnaire B 0 / 10
2.5 Hyökkäysmallit ja turvallisuus
2.5.1 Hyökkäysmallit questionnaire A 0 / 10
2.5.2 Turvallisuustavoitteet questionnaire A 0 / 10
2.6 Oppilaspalaute 2
2.6.1 Palaute toisesta opetusmoduulista feedback A 0 / 5

perjantai 9.12.2022 12:00 – tiistai 1.4.2025 12:00
Moduulin suorittamiseen vaaditaan 50 pistettä.

Historialliset Salaimet

Kolmas oppimismoduuli esittelee muutaman matematiikan peruskäsitteen, joita hyödynnetään kryptografiassa. Moduulissa käytetään itse historiallisia salausmenetelmiä ja lopuksi selvitetään itse salattu avain kryptoanalyysilla.

  • Ensimmäinen osio toimii johdatuksena oppimismoduulin sisältöön.
  • Toinen osio kuvailee matemaattisen substituution ja transposition periaatteet.
  • Kolmannessa osiossa käsitellään moduloaritmetiikkaa, joka on kryptografiassa käytettävä olennainen laskentatapa.
  • Neljännessä osiossa saadaan ensimmäinen kosketus varsinaisiin salaimiin. Osiossa esitellään kolme historiallista salainta Python-koodin avulla.
  • Viides osio käsittelee kertakäyttöavaimia.
Tehtävä Kategoria Palautukset Pisteet
3.1 Johdanto historiallisiin salaimiin
3.2 Substituutio ja transpositio
3.2.1 Väittämä datan esikäsittelystä questionnaire A 0 / 5
3.2.2 Entä jos haluamme laskea viestin kaikki permutaatiot? questionnaire A 0 / 5
3.3 Moduloaritmetiikka
3.3.1 Modulon laskeminen questionnaire A 0 / 3
3.3.2 Kongruenssin määrittely questionnaire A 0 / 4
3.3.3 Äärettömän lukujoukon modulo questionnaire A 0 / 3
3.3.4 Aakkoston modulus questionnaire B 0 / 5
3.4 Historialliset Salaimet
3.4.1 Atbash-päässälasku tai dekoodaus kynällä ja paperilla questionnaire A 0 / 5
3.4.2 Selvitä Atbash koodattu viesti questionnaire A 0 / 10
3.4.3 Mitä yhteistä Atbash-viesteillä on? questionnaire A 0 / 5
3.4.4 Selvitä Atbash-koodattu Alicen viesti questionnaire A 0 / 10
3.4.5 Caesar-salain - selvitä avain ja selväkielinen viesti questionnaire A 0 / 10
3.4.6 Selvitä Caesar-koodattu Bobin viesti questionnaire B 0 / 5
3.4.7 Vigenere-salain questionnaire A 0 / 10
3.4.8 Selvitä Vigenère-avain ja viestin sisältö questionnaire B 0 / 5
3.5 Kertakäyttöavain
3.5.1 Väittämiä kertakäyttöavaimesta questionnaire A 0 / 5
3.5.2 Kahden kirjaimen alkukuvat questionnaire A 0 / 5
3.5.3 Kolmen kirjaimen alkukuvat questionnaire A 0 / 5
3.5.4 Murra kertakäyttöavain questionnaire A 0 / 5
3.6 Oppilaspalaute 3
3.6.1 Palaute kolmannesta opetusmoduulista feedback A 0 / 5

perjantai 9.12.2022 12:00 – tiistai 1.4.2025 12:00
Moduulin suorittamiseen vaaditaan 50 pistettä.

Kryptoanalyysi ja satunnaisuus

Neljännessä oppimismoduulissa kryptoanalyysin perusteet opetetaan frekvenssianalyysin kautta. Lopuksi moduulissa käsitellään myös satunnaisuutta ja sen merkittävää roolia tiedon salauksessa ja suojauksessa.

  • Ensimmäinen osio toimii johdatuksena oppimismoduulin sisältöön.
  • Toinen osio esittelee frekvenssianalyysin, joka on kryptoanalyysissa käytettävä työkalu.
  • Kolmannessa osiossa tarkastellaan, miltä historiallisilla salausmenetelmillä tuotettu salakirjoitus näyttää frekvenssianalyysissä.
  • Neljännessä osiossa murretaan salakirjoitusta.
  • Viides osio käsittelee satunnaisuutta ja sen roolia kryptografiassa.
Tehtävä Kategoria Palautukset Pisteet
4.1 Johdanto kryptoanalyysiin
4.1.1 Bittikuvioiden todennäköisyys questionnaire A 0 / 8
4.1.2 Mitä hyökkäystapoja voimme käyttää questionnaire A 0 / 5
4.2 Kryptoanalyysi - Frekvenssianalyysi
4.2.1 Osaatko lukea histogrammia? questionnaire A 0 / 8
4.2.2 Analysoi ensimmäinen vuoden 2021 äidinkielen YO-koeteksteistä questionnaire A 0 / 6
4.2.3 Analysoi toinen vuoden 2021 äidinkielen YO-koeteksteistä questionnaire A 0 / 6
4.2.4 Analyysi ruotsin ja suomen näytteiden välillä. questionnaire A 0 / 5
4.3 Historiallisten substituutiosalainten frekvenssianalyysi
4.3.1 Atbash-salauksen frekvenssianalyysi questionnaire A 0 / 5
4.3.2 Caesar-salauksen frekvenssianalyysi questionnaire A 0 / 5
4.3.3 Caesar-salauksen frekvenssianalyysi questionnaire A 0 / 5
4.3.4 Mikä avain Caesar-salauksessa? questionnaire B 0 / 10
4.3.5 Klassisista salaimista satunnaisin questionnaire A 0 / 5
4.3.6 Transposition frekvenssianalyysi questionnaire A 0 / 5
4.4 Kryptoanalyysitehtävät
4.4.1 Ensimmäisen salaimen tunnistaminen questionnaire A 0 / 9
4.4.2 Toisen salaimen tunnistaminen questionnaire A 0 / 9
4.4.3 Kolmannen salaimen tunnistaminen questionnaire B 0 / 9
4.5 Tietokone ja satunnaisuus
4.5.1 Onko satunnaisluvuilla väliä kryptografian kannalta? questionnaire A 0 / 5
4.6 Oppilaspalaute 4
4.6.1 Palaute neljännestä opetusmoduulista feedback A 0 / 5

perjantai 9.12.2022 12:00 – tiistai 1.4.2025 12:00
Moduulin suorittamiseen vaaditaan 50 pistettä.

Avain, jonosalain ja lohkosalain

Viidennessä oppimismoduulissa perehdytään kryptografiseen avaimeen sekä jono- ja lohkosalaimeen.

  • Ensimmäinen osio toimii johdatuksena oppimismoduulin sisältöön.
  • Toisessa osiossa käsitellään kryptografisen avaimen ominaisuuksia.
  • Kolmannessa osiossa esitellään ensimmäisen symmetrisen salaimen, jonosalaimen, toimintaperiaate.
  • Neljännessä osiossa esitellään toinen tärkeä symmetrinen salain, lohkosalain.
  • Viidennessä osiossa osoitetaan, miksi on kannattavaa käyttää valmiita kryptografisia lohkoja.
Tehtävä Kategoria Palautukset Pisteet
5.1 Johdanto
5.2 Kryptografisen avaimen ominaisuudet
5.2.1 XOR ainoana salaimena? questionnaire A 0 / 10
5.2.2 Brute-force 8-bittiselle avaimelle. questionnaire A 0 / 10
5.2.3 Turvataso vs avaimen bittimäärä questionnaire A 0 / 10
5.3 Jonosalain
5.3.1 Kysymyksiä jonosalaimesta questionnaire A 0 / 10
5.3.2 Miksi avainketjua tarvitaan? questionnaire A 0 / 10
5.4 Lohkosalain
5.4.1 Lohkosalaimen sisäänmenot ja ulostulot questionnaire A 0 / 10
5.4.2 Lohkosalaimen käyttö questionnaire B 0 / 10
5.4.3 Lohkosalaimen taipumattomuus questionnaire A 0 / 10
5.4.4 Lohkosalaimen salakirjoituksen purku questionnaire B 0 / 15
5.5 Voinko koodata kryptografian elementtejä itse?
5.5.1 Kryptografisten kirjastojen tuottaminen questionnaire A 0 / 10
5.6 Oppilaspalaute 5
5.6.1 Palaute viidennestä opetusmoduulista feedback A 0 / 5

perjantai 9.12.2022 12:00 – tiistai 1.4.2025 12:00
Moduulin suorittamiseen vaaditaan 50 pistettä.

Lohkosalaimen toimintamoodit

Kuudennessa oppimismoduulissa esitellään kolme tapaa käyttää lohkosalainta.

  • Ensimmäisessä osiossa esitellään laajalti käytössä oleva lohkosalain AES.
  • Toisessa osiossa esitellään yksinkertaisempi, mutta huono tapa käyttää lohkosalainta.
  • Kolmannessa osiossa esitellään salatekstin lainaamista, joka on hyvä tapa käyttää lohkosalainta.
  • Neljäs osio näyttää kuinka lohkosalainta voi käyttää jonosalaimena – yllättävää mutta käytännöllistä.
Tehtävä Kategoria Palautukset Pisteet
6.1 Advanced Encryption Standard (AES)
6.1.1 AES miten data tiloihin (engl. state) questionnaire A 0 / 5
6.1.2 Kuinka monta käsittelykierrosta? questionnaire A 0 / 6
6.1.3 Mitä käsittelykierroksen aikana tapahtuu? questionnaire A 0 / 5
6.1.4 Väittämiä kierrosavaimista questionnaire A 0 / 4
6.1.5 Mistä AES:n s-boksissa on kyse? questionnaire A 0 / 5
6.1.6 Mistä AES-permutoinnissa on kyse? questionnaire A 0 / 6
6.2 Lohkosalain ECB-moodissa
6.2.1 Lohkosalain koodikirjana questionnaire A 0 / 4
6.2.2 Oikean pädderin käyttö questionnaire B 0 / 5
6.2.3 Peruskysymyksiä AES-koodikirjasta questionnaire A 0 / 10
6.2.4 Edistyneitä kysymyksiä AES-koodikirjasta questionnaire B 0 / 10
6.2.5 Mitä vaaditaan, että Bob voi purkaa salatun kakkureseptin? questionnaire A 0 / 5
6.2.6 Reseptin lohkotus questionnaire A 0 / 5
6.2.7 AES-koodikirja ja kuvat questionnaire A 0 / 5
6.3 Lohkosalaimen lohkojenketjutus
6.3.1 Lohkosalaimen elementit CBC-moodissa questionnaire A 0 / 5
6.3.2 Kysymyksiä CBC-moodista questionnaire A 0 / 5
6.3.3 ECB, CBC ja IV AES-salaimessa questionnaire B 0 / 5
6.4 Lohkosalaimen laskuritila
6.4.1 Kysymyksiä laskurista questionnaire A 0 / 5
6.4.2 Peruskysymyksiä lohkosalaimen CTR-moodista questionnaire A 0 / 5
6.4.3 Merkin kerrallaan salaaminen AES-jonosalaimella questionnaire A 0 / 5
6.5 Oppilaspalaute 6
6.5.1 Palaute kuudennesta opetusmoduulista feedback A 0 / 5

perjantai 9.12.2022 12:00 – tiistai 1.4.2025 12:00
Moduulin suorittamiseen vaaditaan 50 pistettä.

Tiivistefunktiot

Seitsemännessä oppimismoduulissa opetetaan menetelmiä, joita käyttämällä voi varmistua informaation eheydestä ja autenttisuudesta.

  • Ensimmäinen osio esittelee tiivistefunktioiden käyttöä.
  • Toinen osio kuvailee tiivistefunktioilta vaaditut ominaisuudet.
  • Kolmannessa osiossa käytetään Pythonissa saatavilla olevia tiivistefunktioita.
  • Neljännessä osiossa näytetään, kuinka tiivistefunktio valjastetaan suojaamaan eheyden lisäksi autenttisuutta.
Tehtävä Kategoria Palautukset Pisteet
7.1 Tiivisteet
7.1.1 Tiivisteen osat questionnaire A 0 / 8
7.1.2 Tulkitse tiivisteitä (A) questionnaire A 0 / 8
7.1.3 Tulkitse tiivisteitä (B) questionnaire B 0 / 8
7.2 Tiivistefunktioiden ominaisuudet
7.2.1 Tiivisteen määritelmät questionnaire A 0 / 8
7.2.2 Alkukuvien ja tiivisteiden etäisyydet questionnaire A 0 / 5
7.2.3 Itse laskettuja tiivisteitä ja etäisyyksiä questionnaire B 0 / 5
7.2.4 Syntymäpäiväparadoksi questionnaire A 0 / 10
7.3 Tiivistefunktioiden toteutukset
7.3.1 Merkle-Damgård-rakenteen toiminta questionnaire A 0 / 5
7.3.2 Kysymyksiä SHA-1-tiivistefunktiosta questionnaire A 0 / 6
7.3.3 Kysymyksiä SHA-2-tiivistefunktioista questionnaire A 0 / 6
7.3.4 Kysymyksiä SHA-3-tiivistefunktiosta questionnaire A 0 / 6
7.3.5 Kysymyksiä tiivistefunktioista questionnaire A 0 / 5
7.4 Autentikoitu tiiviste (HMAC)
7.4.1 Onko Alicen toimittama tiiviste oikea? questionnaire A 0 / 10
7.4.2 Kysymyksiä MAC:sta questionnaire A 0 / 10
7.4.3 MAC:in arvot eri viestieillä, tiivistefunktiolla tai avaimella questionnaire B 0 / 5
7.5 Oppilaspalaute 7
7.5.1 Palaute seitsemänestä opetusmoduulista feedback A 0 / 5

perjantai 9.12.2022 12:00 – tiistai 1.4.2025 12:00
Moduulin suorittamiseen vaaditaan 50 pistettä.

Julkinen avain

Kahdeksannessa opetusmoduulissa opimme uusia tapoja tuottaa jaettu salaisuus käyttämällä avainparia. Avainpari kuuluu julkisen avaimen menetelmiin ja se koostuu salaisesta avaimesta ja siitä tuotetusta julkisesta avaimesta.

  • Ensimmäisessä osiossa esitellään julkisen avaimen osat eli avainpari.
  • Toisessa osiossa pyritään hahmottamaan, kuinka suuria suuret luvut ovat.
  • Kolmannessa osiossa luodaan jaettu salaisuus Diffie–Hellman-protokollan avulla ja opitaan diskreetin logaritmin käsite.
  • Neljännessä osiossa kuvataan tarkasti, miten laskentaa suoritetaan RSA-avaimilla.
Tehtävä Kategoria Palautukset Pisteet
8.1 Julkisen avaimen menetelmät
8.1.1 Julkinen avain questionnaire A 0 / 6
8.1.2 Väittämiä julkisesta avaimesta questionnaire A 0 / 6
8.2 Suuret luvut
8.2.1 Miksi suuria lukuja? questionnaire A 0 / 10
8.2.2 Tekijöihin jako questionnaire A 0 / 5
8.2.3 Eksponentointi ja suuruus questionnaire A 0 / 5
8.3 Diffie–Hellman
8.3.1 Parametrit ja salaisuudet questionnaire A 0 / 5
8.3.2 Luodaan Diffie–Hellman-avain questionnaire B 0 / 10
8.3.3 Kysymyksiä Diffie–Hellman-protokollasta questionnaire A 0 / 10
8.4 RSA
8.4.1 RSA:n elementit A questionnaire A 0 / 10
8.4.2 RSA:n elementit B questionnaire A 0 / 10
8.4.3 RSA-avaimen laskenta questionnaire A 0 / 10
8.4.4 Salaaminen RSA-menetelmällä questionnaire A 0 / 10
8.4.5 Viimeiset kysymykset RSA-menetelmästä questionnaire A 0 / 8
8.5 Oppilaspalaute 8
8.5.1 Palaute kahdeksannesta opetusmoduulista feedback A 0 / 5

perjantai 9.12.2022 12:00 – tiistai 1.4.2025 12:00
Moduulin suorittamiseen vaaditaan 50 pistettä.

Julkisen avaimen infrastruktuuri

Tässä opetsumoduulissa käytämme julkisen avaimen menetelmiä rakentaessamme digitaalista luottamusta. Luottamus rakentuu julkisiin avaimiin perustuvan infrastruktuurin (PKI) avulla.

  • Ensimmäisessä osiossa käsitellään digitaalista luottamusta ja käytetään passin varmentamista esimerkkinä julkisen avaimen infrastruktuurista.
  • Toisessa osiossa esitellään julkisen avaimen yleisin käyttökohde eli digitaalinen allekirjoituksen.
  • Kolmannessa osiossa kerrotaan varmenteista, varmenneketjuista ja julkisen avaimen infrastruktuurista.
  • Neljännessä osiossa käsitellään varmenteiden yksityiskohtia ja sitä, miten varmenteita käytetään verkkoselaimessa.
Tehtävä Kategoria Palautukset Pisteet
9.1 Julkisen avaimen infrastruktuuri ja allekirjoitukset
9.1.1 Luottamus questionnaire A 0 / 10
9.2 Kryptografinen allekirjoittaminen
9.2.1 Allekirjoitus questionnaire A 0 / 10
9.2.2 Allekirjoituksen tarkistus questionnaire A 0 / 5
9.2.3 Aiheuttaako kaksi allekirjoitusta ongelman? questionnaire B 0 / 10
9.3 Julkisen avaimen infrastruktuuri
9.3.1 Varmentaja questionnaire A 0 / 10
9.3.2 Varmenne questionnaire A 0 / 10
9.3.3 Alicen luoma allekirjoitus questionnaire A 0 / 10
9.3.4 Luottamuksen rakentaminen questionnaire A 0 / 10
9.3.5 Löydä väärä väittämä varmenteesta questionnaire A 0 / 10
9.3.6 Löydä oikea väittämä varmenteesta questionnaire A 0 / 10
9.4 Luottamuksen rakentaminen internetissä
9.4.1 Googlen varmenne questionnaire A 0 / 10
9.5 Oppilaspalaute 9
9.5.1 Palaute yhdeksännestä opetusmoduulista feedback A 0 / 5

perjantai 9.12.2022 12:00 – tiistai 1.4.2025 12:00
Moduulin suorittamiseen vaaditaan 50 pistettä.

Kryptografian käyttö ja tutkimus

Tässä opetusmoduulissa teemme pikaisen katsauksen siihen, millaisissa yhteyksissä kryptografiaa käytetään. Moduuli on kevyt yhteenveto.

  • Ensimmäisessä osiossa kerrotaan lyhyesti tämän moduulin sisältö.
  • Toisessa osiossa esitellään laajasti käytetty TLS-protokolla.
  • Kolmannessa osiossa kerrotaan kvanttitietokoneiden luomasta uhasta nykyisille julkisille avaimille.
  • Neljännessä osiossa esitellään muutamaa osin teoreettistakin kryptografian tutkimusalaa.
  • Viidennessä osiossa summataan kurssin aikana opitut asiat.
Tehtävä Kategoria Palautukset Pisteet
10.1 Johdanto viimeiseen opetusmoduuliin
10.2 Turvallinen tietoliikenneyhteys
10.2.1 TLS-protokolla questionnaire A 0 / 20
10.2.2 TLS-protokollan lisäkysymykset questionnaire A 0 / 20
10.3 Kvanttitietokoneen uhat
10.3.1 Groverin ja Shorin algorimit questionnaire A 0 / 20
10.4 Kryptografian tutkimuskohteita
10.4.1 Kryptologian tutkimus questionnaire A 0 / 15
10.4.2 Kryptografian käyttö questionnaire A 0 / 10
10.5 Kurssin lopuksi
10.5.1 Onko resepti Emilialta? questionnaire A 0 / 20
10.6 Oppilaspalaute 10
10.6.1 Palaute kymmenennestä opetusmoduulista feedback A 0 / 5

perjantai 9.12.2022 12:00 – tiistai 1.4.2025 12:00

Tehtävä Kategoria Palautukset Pisteet
11.1 Kuvien ja videoiden kreditointi

questionnaire

0 / 1050