Στόχοι Μαθήματος: Το μάθημα προσφέρει μια ολοκληρωμένη εισαγωγή στις θεμελιώδεις αρχές και βασικές μεθοδολογίες της κρυπτογραφίας και της ασφάλειας υπολογιστών. Στόχος είναι να εφοδιάσει τους φοιτητές με το θεωρητικό υπόβαθρο και τις πρακτικές γνώσεις που απαιτούνται για την κατανόηση, υλοποίηση, εφαρμογή και αξιολόγηση πρακτικών και μηχανισμών ασφάλειας σε σύγχρονα συστήματα. Κύριος στόχος είναι η εξοικείωση των φοιτητών με τις θεμελιώδεις έννοιες που διέπουν τον σχεδιασμό και την υλοποίηση ασφαλών συστημάτων, συμπεριλαμβανομένων τόσο των κλασικών όσο και των σύγχρονων προσεγγίσεων σε κρυπτογραφικές τεχνικές και μεθόδους αντιμετώπισης απειλών. Δίνεται έμφαση στην ανάπτυξη ικανότητας κριτικής ανάλυσης των απαιτήσεων ασφάλειας, κατανόησης των απειλών, εκτίμησης κινδύνων και εφαρμογής κατάλληλων κρυπτογραφικών εργαλείων, μηχανισμών και στρατηγικών για την προστασία υπολογιστικών συστημάτων. Πέρα από την βασική ύλη, το μάθημα προσφέρει μια σύντομη εισαγωγή σε προχωρημένα θέματα, όπως η μετα-κβαντική κρυπτογραφία και η ομομορφική κρυπτογράφηση, με στόχο την ενημέρωση για τις αναδυόμενες προκλήσεις και εξελίξεις στον τομέα. Το μάθημα αγγίζει επίσης θεμελιώδεις έννοιες σχετικές με την ιδιωτικότητα, στο ευρύτερο πλαίσιο της ασφάλειας.

Μαθησιακά Αποτελέσματα: Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση να: 1. Κατανοούν τις θεμελιώδεις αρχές της ασφάλειας υπολογιστών, συμπεριλαμβανομένων των βασικών στόχων ασφάλειας: εμπιστευτικότητα, ακεραιότητα και διαθεσιμότητα. 2. Περιγράφουν και συγκρίνουν βασικές κρυπτογραφικές δομές, όπως συμμετρική και ασύμμετρη κρυπτογράφηση, συναρτήσεις κατακερματισμού (hash functions), κώδικες αυθεντικοποίησης μηνυμάτων (MACs) και ψηφιακές υπογραφές. 3. Εφαρμόζουν κρυπτογραφικά πρωτόκολλα, όπως ανταλλαγή κλειδιών και ψηφιακά πιστοποιητικά (PKI), στο πλαίσιο του ασφαλούς σχεδιασμού συστημάτων και ασφαλών επικοινωνιών. 4. Δείχνουν επίγνωση επιλεγμένων προχωρημένων θεμάτων, όπως η μετα-κβαντική κρυπτογραφία και η ομομορφική κρυπτογράφηση. 5. Εντοπίζουν και αναλύουν συνήθεις απειλές ασφάλειας και επίπεδα επίθεσης, όπως κακόβουλο λογισμικό (π.χ. ιοί, worms, δούρειοι ίπποι), spoofing και phishing, επιθέσεις άρνησης υπηρεσίας (DoS), cross-site scripting (XSS), επιθέσεις SQL injection και ευπάθειες υπερχείλισης buffer. 6. Αναγνωρίζουν τις εξελισσόμενες απειλές ασφάλειας και τις ευπάθειες συστημάτων και σχεδιάζουν ασφαλή συστήματα/εφαρμογές επιλέγοντας και εφαρμόζοντας κατάλληλες στρατηγικές άμυνας, όπως αυθεντικοποίηση, εξουσιοδότηση και έλεγχο πρόσβασης. 7. Αξιολογούν εναλλακτικές κρυπτογραφικές τεχνικές και μηχανισμούς ασφάλειας, λαμβάνοντας υπόψη συμβιβασμούς, απόδοση, πολυπλοκότητα, χρηστικότητα και την αξία των προστατευόμενων πόρων. 8. Συζητούν βασικά ζητήματα ιδιωτικότητας στα υπολογιστικά συστήματα και κατανοούν θεμελιώδεις πρακτικές προστασίας της ιδιωτικότητας.

Περιεχόμενο Μαθήματος: Το μάθημα αποτελεί εισαγωγή στις θεμελιώδεις έννοιες και τεχνικές της κρυπτογραφίας και της ασφάλειας υπολογιστών. Ξεκινά με τις βασικές αρχές και στόχους της ασφάλειας, όπως εμπιστευτικότητα, ακεραιότητα, διαθεσιμότητα, καθώς και αυθεντικοποίηση, μη αποποίηση ευθύνης (non-repudiation) και λογοδοσία. Παρουσιάζονται επίσης οι αρχές σχεδιασμού ασφαλών συστημάτων και τα κλασικά μοντέλα ασφάλειας. Οι φοιτητές εισάγονται σε τεχνικές εκτίμησης κινδύνου και μοντελοποίησης απειλών ως βάση για την αξιολόγηση ευπαθειών συστημάτων και την αντιμετώπιση πιθανών επιθέσεων. Οι βασικές κρυπτογραφικές ενότητες περιλαμβάνουν συμμετρική και ασύμμετρη κρυπτογράφηση, συναρτήσεις κατακερματισμού (hash functions), γεννήτριες ψευδοτυχαίων αριθμών, ροής κρυπτογράφησης (stream ciphers), κώδικες αυθεντικοποίησης μηνυμάτων (MACs) και ψηφιακές υπογραφές. Το μάθημα καλύπτει επίσης πρακτικές διαχείρισης κλειδιών και κρυπτογραφικά πρωτόκολλα, όπως ασφαλή ανταλλαγή κλειδιών και χρήση ψηφιακών πιστοποιητικών στο πλαίσιο Υποδομών Δημοσίου Κλειδιού (PKI). Μελετώνται θεμελιώδη μοντέλα και μηχανισμοί αυθεντικοποίησης και ελέγχου πρόσβασης, καθώς και μοντέλα εξουσιοδότησης και διαχείρισης ταυτοτήτων. Εξετάζονται ευπάθειες λογισμικού και συστημάτων, όπως επιθέσεις άρνησης υπηρεσίας (DoS), κακόβουλο λογισμικό (π.χ. ιοί, worms, δούρειοι ίπποι), phishing, spoofing, καθώς και συνήθη ζητήματα ασφάλειας ιστού, όπως cross-site scripting (XSS), επιθέσεις SQL injection και υπερχείλιση buffer. Οι φοιτητές εκπαιδεύονται σε ασφαλείς πρακτικές προγραμματισμού και αρχές μείωσης κινδύνων που σχετίζονται με το λογισμικό, καθώς και σε μηχανισμούς ασφάλειας φυλλομετρητών, όπως η Πολιτική Ίδιας Προέλευσης (Same-Origin Policy). Το μάθημα καλύπτει βασικούς μηχανισμούς άμυνας που χρησιμοποιούνται στην πράξη, όπως λογισμικό προστασίας από ιούς, τείχη προστασίας (firewalls), συστήματα ανίχνευσης εισβολών (IDS) και συστήματα αποτροπής εισβολών (IPS). Παρουσιάζονται επίσης πραγματικά πρωτόκολλα ασφαλείας, όπως TLS/SSL, μηχανισμοί αυθεντικοποίησης βάσει κωδικών πρόσβασης, διαχείριση και αποθήκευση κωδικών, καθώς και μηχανισμοί πολυπαραγοντικής αυθεντικοποίησης. Το μάθημα εξετάζει επίσης τεχνικές κοινωνικής μηχανικής, τον ρόλο του ανθρώπινου παράγοντα στην ασφάλεια και τις προκλήσεις εξισορρόπησης της ασφάλειας με την πρακτικότητα και τη χρηστικότητα. Τέλος, περιλαμβάνεται συνοπτική αναφορά σε επιλεγμένα προχωρημένα θέματα κρυπτογραφίας, όπως η μετα-κβαντική κρυπτογραφία, η ομομορφική κρυπτογράφηση και οι ελαφριές κρυπτογραφικές μέθοδοι, ενώ γίνεται εισαγωγή σε έννοιες που σχετίζονται με την ιδιωτικότητα και σε μηχανισμούς και πρακτικές προστασίας της ιδιωτικότητας.