Duas entidades desejam comunicar de forma segura através de um canal inseguro na presença de um adversário.Para isso acordam uma chave criptográfica forte a partir de uma fonte fraca de aleatoriedade, extraída com base nas características físicas da rede onde comunicam.Nesta dissertação avaliamos as contrapartidas entre dois protocolos: um onde as garantias de segurança se baseiam em noções de teoria da informação -o protocolo Authenticated Key Agreement (AKA) proposto em [7] -e que foi especialmente criado para este cenário; e outro que baseia a sua segurança em argumentos computacionais -o protocolo Password-Authenticated Key Exchange (PAKE) proposto em [11].Para este efeito efectuamos uma análise detalhada da segurança concreta de ambos os protocolos, considerando que em ambos os casos se pretende acordar uma nova chave de 128 bits.
Duas entidades desejam comunicar de forma segura através de um canal inseguro na presença de um adversário.Para isso acordam uma chave criptográfica forte a partir de uma fonte fraca de aleatoriedade, extraída com base nas características físicas da rede onde comunicam.Nesta dissertação avaliamos as contrapartidas entre dois protocolos: um onde as garantias de segurança se baseiam em noções de teoria da informação -o protocolo Authenticated Key Agreement (AKA) proposto em [7] -e que foi especialmente criado para este cenário; e outro que baseia a sua segurança em argumentos computacionais -o protocolo Password-Authenticated Key Exchange (PAKE) proposto em [11].Para este efeito efectuamos uma análise detalhada da segurança concreta de ambos os protocolos, considerando que em ambos os casos se pretende acordar uma nova chave de 128 bits.
O forte crescimento observado na última década, da presença das comunicações sem fios no dia-a-dia das pessoas, trouxe consigo a necessidade de assegurar e melhorar a confidencialidade nas transmissões de dados. Esta segurança é normalmente garantida nas camadas superiores da pilha protocolar do sistema de transmissão, pelo uso de métodos criptográficos. Mas, procurando soluções alternativas, a comunidade científica tem vindo a apostar cada vez mais no desenvolvimento de técnicas de segurança na camada física como complemento à criptografia.O desafio deste trabalho foi essencialmente uma proposta de codificação para a segurança adaptativa na camada física, tendo por base as técnicas de ICSHK (ou Interleaved Coding for Secrecy with Hidden Key) e SCSHK (ou Scrambling Coding for Secrecy with Hidden Key). Foi também realizada uma comparação entre as referidas técnicas, no âmbito da qual foi proposta uma alteração ao esquema SCSHK ao nível do algoritmo de Scrambling, e sua dependência da chave de baralhamento. Por último, por forma a realizar uma avaliação prática fidedigna de segurança na camada física aquando o uso de códigos lineares, foi proposta a redefinição da métrica Intervalo de Segurança (ou Security Gap).Com estes resultados, podemos conferir que ambos os esquemas propostos são capazes de garantir uma transmissão segura e fidedigna, proporcionando assim adaptatividade perante diversos pontos de operação tanto para o recetor legítimo como para o adversário, demonstrando mais uma vez que podem vir a ser um fator importante no complemento da segurança das comunicações.
[pt] Os protocolos de comunicação quântica são essenciais para a transmissão segura de informações, utilizando os princípios da mecânica quântica para alcançar uma segurança inatingível por sistemas criptográficos clássicos. Diferentemente dos métodos tradicionais que dependem de chaves criptográficas convencionais, os protocolos quânticos exploram propriedades únicas dos sistemas quânticos para garantir a segurança da comunicação. No entanto, a implementação prática da distribuição quântica de chaves (QKD) é desafiada por erros introduzidos durante a geração e transmissão de estados quânticos e pela possível presença de espiões. Esta dissertação explora algumas das estratégias mais usadas para estimativa de erros, correção de erros e amplificação de privacidade em sistemas de QKD. Por meio de uma revisão bibliográfica e simulações abrangentes, o estudo avalia as técnicas mais eficazes em cada área. O objetivo final desta análise é desenvolver um método a ser implementado na Rede Rio Quântica, uma rede de comunicação quântica metropolitana que interliga as instituições PUC-Rio, CBPF e UFRJ por meio de fibras ópticas e a UFF através de um canal de espaço livre. Os resultados destacam a importância de otimizar as medidas de correção de erros e privacidade para melhorar a confiabilidade e a segurança das redes de comunicação quântica.
Resumo -Protocolos quânticos de autenticac ¸ão possuem um papel importante em esquemas de Criptografia Quântica, pois visam assegurar a origem de certa informac ¸ão ou a identidade de uma das partes da comunicac ¸ão.Embora muitos protocolos com este propósito tenham sido propostos, não se conhecem métodos sistemáticos capazes de permitir comparac ¸ões entre eles nem tampouco determinar quais os recursos demandados por um protocolo em particular.Na tentativa de minimizar esta limitac ¸ão, este artigo apresenta uma abordagem baseada na Complexidade Comunicacional Quântica que possibilita avaliar protocolos quânticos de autenticac ¸ão a partir do número de informac ¸ões trocadas entre as partes -uma característica comum a todos os protocolos desta natureza.A abordagem proposta pode ser aplicada na Criptografia Quântica com o intuito de auxiliar a escolha e a classificac ¸ão dos protocolos mais adequados para um determinado cenário, considerando os recursos disponíveis.Além disso, este artigo apresenta resultados sobre a aplicac ¸ão da metodologia proposta em alguns protocolos quânticos de autenticac ¸ão, ampliando os conhecimentos sobre a literatura existente.
A criptografia de chave pública sem certificado (certificateless) é uma alternativa ao modelo convencional de criptografia assimétrica, pois a autenticação da chave pública ocorre implicitamente durante a execução dos protocolos, sem a necessidade de gerenciamento e distribuição de certificados digitais. Potencialmente reduz custos computacionais e o nível de segurança alcançado é maior quando comparado ao modelo baseado em identidade. Nesta tese de doutorado, modelos formais de segurança para acordo de chave com autenticação sem certificado são aprimorados visando dois objetivos paralelos: (1) aumentar o nível de confiança que usuários podem depositar na autoridade geradora de chaves secretas parciais e (2) viabilizar protocolos que sejam eficientes computacionalmente e com propriedades de segurança relevantes, dentre as quais se inclui resistência a ataques de adversários que têm total controle do canal de comunicação e que podem substituir chaves públicas de usuários por valores arbitrários. Para atestar que as melhorias efetuadas são praticáveis e possibilitam que os objetivos sejam alcançados, novos protocolos são propostos para o caso que envolve dois participantes na comunicação. Os protocolos são provados seguros, usando-se técnica de redução de problemas computacionais.
Os últimos anos trouxeram um crescimento das comunicações sem fios, o que se refletiu numa maior preocupação com a segurança dos dados transmitidos entre dispositivos. Apesar da criptografia providenciar níveis satisfatórios de segurança, não é inquebrável, pelo que não se consegue garantir que não haja alguma fuga de informação. Nesse sentido, têm sido desenvolvidos métodos de introduzir segurança também na camada física, como complemento à segurança já existente.Recentemente, foi proposto um esquema que recorre a uma chave aleatória de interleaving, que é usada para baralhar a mensagem a transmitir, e que é, posteriormente, anexada à mesma, sendo ativado um jammer durante a transmissão dos bits correspondentes à chave gerada, de forma a criar uma vantagem em relação a um possível eavesdropper. Paralelamente a este, foi desenvolvido um esquema idêntico, mas em que os bits correspondentes à chave são apagados depois da mensagem ser codificada. Este último esquema parte do pressuposto da existência de uma vantagem do recetor legítimo face a um possível eavesdropper, expressa em termos de uma melhor relação sinal-ruído (por exemplo, a transmissão entre os intervenientes legítimos é realizada dentro de uma sala, garantindo que não existe um eavesdropper dentro da mesma), permitindo ao recetor legítimo a recuperação correta da chave, o que não é possível em situações de comunicação mais degradadas. Nesta dissertação é realizada a prova de conceito com a implementação em ambiente real de ambos os métodos em plataformas de rádio definido por software (SDR – Software Defined Radio), programadas com recurso ao MATLAB/Simulink. São, também, apresentados cenários de teste adequados, onde foram realizadas experiências que mostram a existência de um acréscimo de segurança introduzido por estes esquemas num cenário real. No decorrer da implementação, foi, ainda, proposta uma variação a ambos os esquemas, substituindo o interleaver por um scrambler, tendo sido obtidos resultados significativamente melhores. Nesta dissertação, são também descritos os problemas e dificuldades inerentes à implementação prática e teste de um sistema de comunicação genérico em plataformas SDR. Em concreto, e a título de exemplo, é proposto e foi implementado um processo de automatização dos testes, assente em comunicação sobre UDP, que permite a sincronização de vários SDRs (que modelam os sistemas transmissores e recetores), que pode ser aplicado a outros modelos de Simulink que representem um canal de escuta.Com estes resultados, mostra-se que os esquemas propostos cumprem os requisitos de garantir uma transmissão segura e fidedigna, podendo vir a ser um importante complemento à segurança das comunicações, principalmente em dispositivos móveis, como telemóveis (onde a segurança baseada em proximidade está a ganhar força) ou dispositivos da Internet das Coisas de baixo consumo, onde pode não ser possível utilizar os métodos da criptografia.
Nos dias atuais, os sistemas de criptografia e autenticação desempenham um papel fundamental em aplicações que envolvem a manipulação de informações sigilosas, tais como movimentações financeiras, comércio eletrônico, aplicações militares e proteção de arquivos digitais. A popularização do uso dos sistemas de criptografia e autenticação se deve, em grande parte, a descrição de esquema de criptografia por chave pública. A segurança de tais sistemas é baseada na intratabilidade computacional (clássica) de problemas da teoria dos números, como a fatoração em produtos de primos e o problema do logaritmo discreto. A partir da formulação da Mecânica Quântica, foram demonstrados algoritmos que, executados em um computador quântico e consumindo tempo e recursos polinomiais, são capazes de resolver tais problemas. A construção de um computador quântico inviabilizaria, portanto, o uso de sistemas de criptografia e autenticação por chave pública. Nesta dissertação é discutido o problema da autenticação quântica de mensagens clássicas. É proposto um protocolo híbrido que alcança segurança incondicional, mesmo que um criptoanalista disponha de recursos computacionais infinitos, sejam eles clássicos ou quânticos. Através de uma prova matemática formal, é mostrado que o nível de segurança pode ser feito tão alto quanto desejado. Tal segurança é-garantida pelos princípios fundamentais da mecânica quântica.