Engineering in Computer Science and Artificial Intelligence - Ingegneria Informatica e Intelligenza Artificiale

IVAN VISCONTI
MARCO ZECCHINI

Obiettivi Generali
Gli strumenti tradizionali di crittografia sono insufficienti per la
protezione dei dati negli scenari attuali. Gli obiettivi di questo
corso consistono nel presentare vari recenti strumenti e tecniche di
crittografia avanzata insieme con le loro applicazioni per ottenere
sicurezza e privacy già al momento della progettazione, aderendo al
principio della sicurezza e privacy by design nel Cyberspace. Il corso
fornisce contenuti sia teorici che pratici.

Obiettivi Specifici
Il corso utilizzerà la potenza degli schemi di firma avanzati delle
nozioni avanzate di cifratura, delle verifiable random functions, di
sistemi di prova interattivi e privacy-preserving, dei puzzle
crittografici. Particolare attenzione sarà data alle applicazioni
reali quali il voto elettronico, le aste, il contact tracing che
preserva la privacy, i pagamenti elettronici, le crittovalute, i
portafogli per la gestione delle identità, la cifratura end-to-end
negli scambi di messaggi, la disinformazione, la minimizzazione ed il
diritto all'oblio del GDPR, le librerie e gli strumenti pratici di
crittografia avanzata.

Conoscenza e comprensione:
-) Conoscenza delle proprietà di sicurezza degli strumenti avanzati di
crittografia.
-) Conoscenza delle principali assunzioni di complessità utilizzate
dagli strumenti avanzati di crittografia.
-) Conoscenza dei protocolli e degli schemi crittografici usati quotidianamente.
-) Comprensione delle proprietà teoriche e delle prestazioni concrete
degli strumenti avanzati di crittografia.

Applicazione della conoscenza e della comprensione:
-) Come selezionare e combinare insieme gli strumenti avanzati di
crittografia corretti per una certa applicazione.
-) Come analizzare la sicurezza ed efficienza di un sistema che fa uso
di strumenti avanzati di crittografia.

Autonomia di giudizio:
Gli studenti saranno in grado di valutare e giudicare l'effettiva
sicurezza di un sistema di elaborazione delle informazioni secondo un
realistico modello di minaccia.

Abilità comunicative:
Gli studenti impareranno ad argomentare ed illustrare la resilienza di
un sistema di elaborazione delle informazioni ad attacchi concreti.

Capacità di apprendimento:
Gli studenti otterranno le nozioni necessarie ad un più approfondito
studio dei temi del corso.

Gli studenti acquisiranno una comprensione teorica e pratica degli strumenti avanzati di crittografia che permettono di proteggere i dati negli scenari moderni che richiedono "security and privacy by design".

Obiettivi Generali
Gli strumenti tradizionali di crittografia sono insufficienti per la protezione dei dati negli scenari attuali. Gli obiettivi di questo corso consistono nel presentare vari recenti strumenti e tecniche di crittografia avanzata insieme con le loro applicazioni per ottenere sicurezza e privacy già al momento della progettazione, aderendo al principio della sicurezza e privacy by design nel Cyberspace. Il corso fornisce contenuti sia teorici che pratici.

Obiettivi Specifici
Il corso utilizzerà la potenza degli schemi di firma avanzati, delle nozioni avanzate di cifratura, delle verifiable random functions, di sistemi di prova interattivi e privacy-preserving, dei puzzle crittografici. Particolare attenzione sarà data alle applicazioni reali quali il voto elettronico, le aste, il contact tracing che preserva la privacy, i pagamenti elettronici, le crittovalute, i portafogli per la gestione delle identità, la cifratura end-to-end negli scambi di messaggi, la disinformazione, la minimizzazione ed il diritto all'oblio del GDPR, le librerie e gli strumenti pratici di crittografia avanzata.

Conoscenza e comprensione:
-) Conoscenza delle proprietà di sicurezza degli strumenti avanzati di crittografia.
-) Conoscenza delle principali assunzioni di complessità utilizzate dagli strumenti avanzati di crittografia.
-) Conoscenza dei protocolli e degli schemi crittografici usati quotidianamente.
-) Comprensione delle proprietà teoriche e delle prestazioni concrete degli strumenti avanzati di crittografia.

Applicazione della conoscenza e della comprensione:
-) Come selezionare e combinare insieme gli strumenti avanzati di crittografia corretti per una certa applicazione.
-) Come analizzare la sicurezza ed efficienza di un sistema che fa uso di strumenti avanzati di crittografia.

Autonomia di giudizio:
Gli studenti saranno in grado di valutare e giudicare l'effettiva sicurezza di un sistema di elaborazione delle informazioni secondo un realistico modello di minaccia.

Abilità comunicative:
Gli studenti impareranno ad argomentare ed illustrare la resilienza di un sistema di elaborazione delle informazioni ad attacchi concreti.

Capacità di apprendimento:
Gli studenti otterranno le nozioni necessarie ad un più approfondito studio dei temi del corso.

Conoscenza degli strumenti tradizionali di crittografia.

• Computational/Statistical/Perfect indistinguishability
• Commitment schemes, informal definition
• Random Oracle Model
• Commitments with RO, from OWFs and from CRHFs
• Interactive Zero Knowledge Proofs/Arguments
• Blum's Protocol for Hamiltonicity
• Honest-Verifier ZK, FS Transform
• NIZK in the RO model, in the CRS model, NIZKPK
• The power of ZK forcing honest behavior
• Schnorr Sigma Protocol, Pedersen Commitments
• OR Composition, AND Composition
• Witness Indistinguishability
• Instance-Dependent Commitments
• Cryptographic Puzzles
• Merkle Trees and Vector Commitments
• Zerocoin and ZeroCash
• TornadoCash, Wormhole, Hierarchical Wallet
• Coinjoin, redactability of Bitcoin blockchain
• Pairing, Polynomial Commitments, Plonk
• Circom
• PQ Signatures (and ZK) from MPC-in-the-head
• Fischlin's transform
• Blind Signatures
• BLS, aggregated signature and multisignatures, threshold signatures
• PQ Cryptography from Minicrypt and Cryptomania
• Hash-based signatures
• Dilithium

Boaz Barak: An Intensive Introduction to Cryptography (online)
Dan Boneh and Victor Shoup: A Graduate Course in Applied Cryptography (online)
Introduction to Modern Cryptography | Revised Third Edition, by Jonathan Katz and Yehuda Lindell, Chapman and Hall/CRC

Slides e altre risorse messe a disposizione dal docente agli studenti tempestivamente.

Lezioni con uso di slide e di lavagna (e/o una tavoletta grafica) con interazioni ed esempi pratici.

Frequenza non obbligatoria ma fortemente consigliata.

L'esame consiste in una prova scritta con domande specifiche che coprono la gran parte del programma del corso. La valutazione finale terrà conto della qualità delle risposte singolarmente, e della visione d'insieme che si evince dalle stesse. Il voto massimo richiede un'ottima comprensione di tutti gli argomenti del corso, mentre il voto di ammissione minimo, richiede una conoscenza mediamente sufficiente degli argomenti del corso.

Mostrare un avversario che viola con successo l'integrità del sistema di contact tracing "Immuni" e indicare come ripararlo mediante crittografia avanzata.

• ZK proofs of knowledge (12h)


• NIZK and random oracles (8)


• Sigma Protocols and Witness Indistinguishability (6h)


• SNARKs/STARKs (6h)


• Advanced Cryptography for Blockchains (8h)


• Advanced Signatures  (8h)


• Post-Quantum Cryptography  (6h)


• Concrete Use Cases (6h)