Master's Thesis

Support for Cryptography Teaching Using Google Colab

Final Thesis 2.71 MB Appendix 1.79 MB

Author of thesis: Ing. Lada Struziaková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Václav Zeman, Ph.D.

Reviewer: Ing. Vlastimil Člupek, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with the design and implementation of interactive laboratory exercises intended to support the teaching of cryptography in Python. The exercises were created in the Google Colaboratory environment and cover key areas of modern cryptography, such as encryption and decryption, digital signatures, hash functions, and mechanisms for ensuring data integrity and authenticity. The practical part of the thesis further focuses on the mathematical foundations of asymmetric cryptography, secure password storage, selected cryptographic attacks, quantum algorithms, and post-quantum cryptographic schemes. The conclusions of the individual exercises are supplemented with interpretations that connect the acquired knowledge with practical mechanisms for ensuring data security. The output of the thesis is a unified set of teaching materials supplemented with user documentation. The didactic suitability and clarity of selected exercises were verified through user testing, which evaluated their difficulty and applicability in teaching.

Keywords:

authentication, cybersecurity, data integrity, decryption, digital signature, encryption, Google Colaboratory, hash function, interactive learning, Jupyter Notebook, post-quantum cryptography, Python, quantum algorithms

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka prezentovala výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Studentka obhájila diplomovou práci a odpověděla na otázky členů komise a oponenta. Otázky: 1) V úloze Classic McEliece jste pro didaktické zjednodušení nahradila Goppovy kódy kódy BCH. Jaké konkrétní bezpečnostní vlastnosti schématu jsou tímto zjednodušením zachovány a jaké naopak nejsou demonstrovány? 2) Výsledky testování ukázaly, že většina studentů při vypracovávání úloh průběžně využívala generativní AI (Gemini nebo jiné nástroje), přestože jste přístup k Gemini záměrně ve všech úlohách znepřístupnila. Jak tuto skutečnost hodnotíte z didaktického hlediska a jak byste přístup k AI v úlohách řešila při případném opakovaném nasazení materiálů? 3) V čem Vás prostředí Google Colab omezovalo při tvorbě úloh?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Information Security (MPC-IBE)

Composition of Committee

doc. Ing. Václav Zeman, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Horváth, Ph.D. (místopředseda)
Mgr. Václav Stupka, Ph.D. (člen)
Ing. Karel Kuchař, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Nevlud (člen)
Ing. Jan Pospíšil, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Paluřík (člen)
Ing. Pavel Pirohovič (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Václav Zeman, Ph.D.

Studentka Bc. Lada Struziaková zpracovala diplomovou práci na téma Podpora výuky kryptografie s využitím Google Colab. Cílem práce bylo navrhnout a realizovat sadu interaktivních laboratorních úloh pro podporu výuky kryptografie v prostředí Google Colaboratory. Zadání považuji za splněné v plném rozsahu.
Technická zpráva je přehledná, logicky členěná a svým rozsahem odpovídá požadavkům diplomové práce. Studentka vhodně propojuje teoretické základy kryptografie s praktickými výukovými materiály. Vytvořená sada úloh pokrývá klasická kryptografická témata, jako jsou digitální podpisy, hashovací funkce a bezpečné ukládání hesel, ale také moderní oblasti včetně postkvantové kryptografie.
Formální a jazyková úroveň práce je dobrá. V textu se vyskytují pouze drobné stylistické nedostatky, které nesnižují celkovou kvalitu práce. Práce s literaturou a dalšími zdroji je odpovídající charakteru tématu. Oceňuji také vytvoření uživatelské dokumentace a ověření vybraných úloh formou testování na studentech.
Výsledky práce jsou prakticky využitelné ve výuce kryptografie, a to jak v laboratorních cvičeních, tak při samostatném studiu. Studentka byla během semestru aktivní, pracovala samostatně a průběžně referovala o postupu práce. Připomínky zapracovávala svědomitě a k řešení přistupovala systematicky.
Diplomovou práci doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 96

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Vlastimil Člupek, Ph.D.

Bc. Lada Struziaková se ve své diplomové práci zabývala návrhem a realizací sady 15 interaktivních laboratorních úloh pro výuku kryptografie v jazyce Python s využitím platformy Google Colaboratory. Úlohy pokrývají matematické základy asymetrické kryptografie, klasická i post-kvantová podpisová schémata, RSA a jeho slabiny, kódově založené post-kvantové šifrování, hashovací funkce, bezpečné ukládání hesel a kvantové algoritmy. Dále k práci byla vytvořena uživatelská dokumentace a didaktické materiály pro usnadní využití úloh ve výuce.

Zadání práce bylo splněno. Výsledky práce jsou přehledně prezentovány. Práce má nadstandardní rozsah. Z formálního hlediska je práce na dobré úrovni. Na konci řádků by neměly být jednopísmenné předložky a spojky. Popisky výpisu kódu se uvádí nad výpisem kódu, ne pod ním. Jazyková úroveň je dobrá, text je srozumitelný a odborná terminologie je používána správně. Práce s literaturou je na dostačující úrovni. Autorka pracuje s 16 zdroji, mezi nimiž jsou zastoupeny odborné monografie, online dokumentace a standardizační materiály. V použité literatuře mi chybí přímý odkaz na standardizační dokumenty NIST pro ML-DSA (FIPS 204) a pro Classic McEliece, ačkoliv jsou tato schémata v práci podrobně popisována. Z odborného hlediska je práce na vysoké úrovni. Autorka prokázala znalost probíraných kryptografických principů a schopnost je didakticky zpracovat. Výsledná sada výukových materiálů je přímo využitelná v předmětech a kurzech zaměřující se na kybernetickou bezpečnost. Přístup k materiálům prostřednictvím Google Colaboratory bez nutnosti lokální instalace zvyšuje jejich dostupnost. Topics for thesis defence:
  1. V úloze Classic McEliece jste pro didaktické zjednodušení nahradila Goppovy kódy kódy BCH. Jaké konkrétní bezpečnostní vlastnosti schématu jsou tímto zjednodušením zachovány a jaké naopak nejsou demonstrovány?
  2. Výsledky testování ukázaly, že většina studentů při vypracovávání úloh průběžně využívala generativní AI (Gemini nebo jiné nástroje), přestože jste přístup k Gemini záměrně ve všech úlohách znepřístupnila. Jak tuto skutečnost hodnotíte z didaktického hlediska a jak byste přístup k AI v úlohách řešila při případném opakovaném nasazení materiálů?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová