Publicação: Adaptação de criptografia espectral ao paradigma do
"Advanced Encryption Standard"
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Data
Autores
Orientador
Abbade, Marcelo Luis Francisco 
Garde, Ivan Aritz Aldaya
Coorientador
Pós-graduação
Engenharia Elétrica - São João da Boa Vista
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Dissertação de mestrado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Confidencialidade é um dos pilares da segurança da informação e está relacionada à privacidade das informações transmitidas entre pessoas ou dispositivos. Técnicas de criptografia processam as informações antes de serem transmitidas para dificultar que interceptadores compreendam seu conteúdo original. Em sistemas de comunicações modernos, técnicas de criptografia de dados processam bits para prover confidencialidade nas camadas superiores do modelo Open System for Interconnections (OSI), ou seja, entre as camadas de Enlace e de Aplicação. A criptografia de dados está bem estabelecida e conta com diversos padrões comerciais. Um dos padrões mais seguros e mais utilizados atualmente é o Advanced Encryption Standard (AES), que utiliza redes de substituição e permutação para prover as propriedades de difusão e confusão estabelecidas por Shannon às mensagens cifradas e é semanticamente seguro. Além disso, os modos de operação, definidos em criptografia de dados, tornam aleatórias as mensagens cifradas e possibilitam a reutilização de chaves. Entre esses modos destaca-se o Counter Mode (CTR mode), em que a técnica de criptografia utilizada atua sobre um vetor de inicialização. O CTR pode ser paralelizado, ou seja, diversos processadores podem encriptar vários blocos simultaneamente. A camada Física do modelo OSI faz a conversão de bits para sinais, onde técnicas de criptografia de sinais podem ser utilizadas. Embora a criptografia de sinais não conte com padrões comerciais, é um tópico de pesquisa emergente e tem apresentado bons resultados de segurança. O objetivo desse trabalho é desenvolver e avaliar uma nova técnica de criptografia espectral de sinais. A nova técnica é uma adaptação do padrão de criptografia AES e do modo de operação CTR para a camada física. Essa técnica é denominada s-AES/s-CTR, em que o “s-” é utilizado para indicar que as técnicas foram definidas para o domínio de sinais. Foram estabelecidas analogias entre os algoritmos definidos em criptografia de dados e os algoritmos propostos nesse trabalho para que as operações do AES e do CTR fossem adaptadas para o domínio de sinais. Os resultados das análises realizadas sugerem que o s-AES/s-CTR encripta e desencripta os sinais de maneira satisfatória. Em particular, sinais criptografados podem ser transmitidos sem penalidades por canais AWGN (Additive White Gaussian Noise) e podem ser propagados por canais ópticos de até 650 km. Com relação à segurança, o s-AES/s-CTR provê as propriedades de difusão e confusão aos sinais criptografados. A segurança da técnica contra ataques de força bruta também foi avaliada e mostra que um interceptador deve fazer, no mínimo, 10^320 ataques para garantir que conseguirá recuperar o sinal corretamente. A utilização do modo de operação, além de tornar a técnica robusta contra ataques de texto escolhido, viabiliza a reutilização de chaves. No melhor de nosso conhecimento, é a primeira vez que uma técnica de criptografia de sinais possibilita a reutilização de chaves criptográficas.
Resumo (inglês)
Confidentiality is one of the pillars of information security and is related to the privacy of information transmitted between people or devices. Encryption techniques process information before it is transmitted to make it difficult for eavesdropper to understand its original content. In modern communications systems, data encryption techniques process bits to provide confidentiality in the upper layers of the Open System for Interconnections (OSI) model, that is, between the Link and Application layers. Data encryption is well established and has several commercial standards. One of the safest and most widely used standards today is Advanced Encryption Standard (AES), which has substitution and permutation networks to provide the diffusion and confusion properties established by Shannon to encrypted messages and is semantically secure. In addition, the modes of operation, defined in data encryption, randomize encrypted messages and make it possible to reuse keys. Among these modes, Counter Mode (CTR mode) stands out, in which the encryption technique used acts on an initialization vector. The CTR mode can be parallelized, that is, several processors can encrypt several blocks simultaneously. Physical layer of the OSI model converts bits to signals in which signal encryption techniques can be used. Although signal encryption does not have commercial standards, it is an emerging research topic and has shown good security results. The objective of this work is to develop and evaluate a new technique of spectral signal cryptography. The new technique is an adaptation of the AES and the CTR mode of operation for the physical layer, this technique is called s-AES/s-CTR, in which the “s-”is used to indicate that the techniques were defined for the signal domain. The results of the analyzes suggest that the s-AES / s-CTR encrypts and decrypts the signals satisfactorily. In particular, encrypted signals can be transmitted without penalty through AWGN (Additive white Gaussian noise) channels and can be propagated through optical channels up to 650 km. Regarding security, the s-AES/s-CTR provides the diffusion and confusion properties for encrypted signals. The safety of the technique against brute force attacks has also been verified and shows that an interceptor must make at least 10320 attacks to ensure that it will be able to recover the signal correctly. The mode of operation, in addition to making the technique robust against attacks of chosen text, make it possible to reuse the keys. To the best of our knowledge, this is the first time that a signal encryption technique has enabled the reuse of cryptographic keys.
Descrição
Palavras-chave
Comunicações ópticas, Criptografia, Segurança de sistemas
Idioma
Português
