Wiskunde om de wiskunde: codes en cryptografie

Het vakgebied van de codering en cryptografie heeft zich in het betrekkelijk recente verleden stormachtig ontwikkeld. Door het aanbrengen van extra informatie kan codering bijvoorbeeld gebruikt worden om een bericht tegen beschadiging te beschermen (error correcting codes). Een andere bekende toepassing is codering om een bericht geheim te houden (cryptografie). Dit wordt bijvoorbeeld gebruikt bij elektronische verkiezingen.
Door digitale vingerafdrukken toe te voegen aan bijvoorbeeld een CD, kan de echtheid van de schrijver bewezen worden (autorisatie).
En waarom kan een computer wel snel een macht berekenen, maar niet het omgekeerde: de wortel of de logaritme? En hoe kun je dat gebruiken om een geheime boodschap veilig te versleutelen?

Cryptografische protocollen voor electronische verkiezingen

Berry Schoenmakers
Mathematisch Instituut, Discrete Wiskunde, TU Eindhoven

vrijdag 13.45-14.30 uur

De cryptografie houdt zich van oudsher bezig met het vercijferen van boodschappen. Later is daar het authentiseren van de boodschappen bijgekomen. Pas sinds de introductie van de publieke sleutel cryptografie is daar de mogelijkheid van zogenoemde veilige gedistribueerde berekeningen bijgekomen. Een elektronische verkiezing is een prominent voorbeeld van zo'n veilige gedistribueerde berekening. Hierbij is de te berekenen functie een sommatie en bestaat de invoer uit een waarde (stem) per stemmer. Het doel is om de som van de stemmen te bepalen, terwijl daarbij (i) de individuele stemmen geheim blijven, en (ii) iedereen ervan overtuigd is dat de som correct is bepaald.
In de voordracht wordt getoond hoe er een cryptografisch protocol opgesteld kan worden voor een elektronische verkiezing. Verschillende bouwstenen uit de moderne cryptografie zoals homomorfe ElGamal encryptie, secret sharing en zeroknowledge-bewijzen komen daarbij aan bod. Ook wordt er kort ingegaan op de praktische toepassing van dit protocol (zoals in de systemen die gebruikt worden door het bedrijf VoteHere en het EU project CyberVote).


Fouten verbeteren met codes

Prof.dr. Jan van Zanten
Faculteit ITS, TU Delft

vrijdag 16.00-16.45 uur

In het vakgebied van de algebraïsche coderingstheorie houdt men zich in het algemeen bezig met systemen die over te zenden informatie beschermen tegen fouten die er `onderweg' in kunnen sluipen of, preciezer gezegd, systemen die fouten in de ontvangen boodschappen kunnen detecteren en corrigeren. Een aantal belangrijke zaken uit de theorie van binaire codes zullen de revue passeren, zoals lineaire codes en perfecte codes. Een veelvuldig voorkomende en maatschappelijk zeer gewaardeerde toepassing is het gebruik van fouten-corrigerende codes voor de muzikale informatie op een CD-diskette. Zonder zulke codes zou de muziek niet om aan te horen zijn. Met recht kan men daarom zeggen dat bij het afdraaien van de CD-speler men naar een prachtig stukje algebra zit te luisteren.
Wat minder bekend dan de hierboven bedoelde codes - in essentie ongeordende verzamelingen van binaire woorden - zijn de geordende codes. Op grond van een of ander criterium worden de codewoorden geordend tot een lineaire of circulaire lijst. Zulke codes hebben dikwijls zeer verrassende eigenschappen, afhankelijk natuurlijk van het ordeningscriterium. Ook hiervan zullen we een aantal voorbeelden bekijken, zoals lexicodes en Gray-codes. Toepassingen ervan vinden alweer plaats op het terrein van het voorkomen en verbeteren van fouten, alsmede bij patroonherkenning.

Codes ontmoet men ook regelmatig in de spel- en puzzelsfeer, zowel geordende als ongeordende. Voorbeelden zijn `the game of SETS' (een ongeordende niet-binaire code) en `the game of NIM' en varianten daarvan (lexicodes).

 

Machtsverheffen als geheimschrift

Dr. Gerard Tel
Mathematisch Instituut, Universiteit Utrecht

zaterdag 9.00-9.45 uur

Nog maar een halve eeuw geleden bestond het coderen van een geheim bericht eruit, dat de letters van plaats werden verwisseld of dat de letters volgens een ingewikkelde systematiek door andere werden vervangen. Tegenwoordig worden de berichten eerst omgezet in een of meer (liefst grote) getallen, waarop dan met de computer rekenkundige bewerkingen worden uitgevoerd.
Hierbij is vooral machtsverheffen van grote betekenis en er wordt steeds gerekend met alleen gehele getallen en modulo een groot, vast getal. Waarom kan een computer wel snel een macht berekenen, maar niet het omgekeerde: de wortel of de logaritme? En hoe kun je dat gebruiken om een geheime boodschap veilig te versleutelen? 
Neem naar deze voordracht je rekenmachine mee!


Verborgen Boodschappen

Prof.dr. Ton Kalker
Philips Research, Eindhoven

zaterdag 10.30-11.15 uur

De kunst van het stiekem communiceren is al heel oud. Een van de oudste voorbeelden betreft een Griekse slaaf wiens hoofd rond 440 BC kaal geschoren werd, waarna een boodschap op zijn hoofd werd getatoeëerd. Nadat het haar weer aangegroeid was werd de slaaf eropuit gestuurd om de boodschap over te brengen. Verrassend genoeg is aan het begin van de twintigste eeuw deze methode ook nog door Duitse spionnen gebruikt! Meer recentelijk en toegesneden op deze tijd, heeft men zich afgevraagd of de videobeelden van Osama bin Laden, zoals uitgezonden via CNN en Al Jazeera, misschien geheime boodschappen hebben bevat.
In deze voordracht wordt ingegaan op de basisprincipes van steganographie: de kunst van het geheimschrijven in digitale audio-visuele media. Aan de hand van eenvoudige voorbeelden, voornamelijk digitale plaatjes, komen onderwerpen als capaciteit (de grootte van de geheime boodschappen ruimte), verstoring (de perceptuele verslechtering) en de veiligheid (het gemak waarmee de aanwezigheid van een geheime boodschap gedetecteerd kan worden) aan bod.