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.
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.
Protocolos de acordo de chaves no modelo de criptografia de chave pública sem certificado permitem o estabelecimento de chaves secretas com autenticação, sem a necessidade de distribuição de certificados digitais e com nível de segurança maior que o alcançado por protocolos baseados em identidade. Neste artigo, propomos a extensão do modelo de segurança, tornando-o resistente a ataques de uma autoridade mal intencionada, que gera parâmetros do sistema de forma a criar atalhos para recuperação de chaves de sessão. Apresentamos um protocolo que é mostrado seguro nesse modelo estendido, com eficiência equivalente a de protocolos anteriores.
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.
Em um sistema de criptografia funcional, uma autoridade de posse de uma chave mestra pode gerar uma chave secreta que permite o calculo de uma funcao sobre a mensagem nos dados criptografados. Assim, e possivel calcular tal funcao no texto cifrado usando somente a chave secreta. Exemplos importantes de criptografia funcional sao Criptografia Baseada em Identidades, Criptografia Baseada em Atributos, Criptografia com Produto Escalar, Criptografia Difusa Baseada em Identidades, Criptografia de Vector Oculto, Criptografia Baseada em Certificados, Criptografia com Pesquisa de Palavra-Chave e Criptografia Baseada em Identidades com Curinga. Esquemas de criptografia com predicados sao uma especializacao de esquemas de criptografia funcionais, em que a funcao utilizada nao fornece informacoes sobre a mensagem, mas determina se a decriptacao deve ou nao funcionar corretamente. Criptografia baseada em reticulados e uma importante alternativa para os principais sistemas criptograficos utilizados atualmente, uma vez que elas sao supostamente seguras contra algoritmos quânticos. O Algoritmo de Shor e capaz de resolver o Problema da Fatoracao Inteira e o Problema do Logaritmo Discreto em tempo polinomial em um computador quântico, quebrando os sistemas criptograficos mais usados e importantes atualmente, como o RSA, o Diffie-Hellman e a Criptografia de Curvas Elipticas. Neste trabalho nos concentramos em esquemas de criptografia com predicados baseados em reticulados. Nos estudamos e descrevemos os principais sistemas baseados em reticulados encontrados na literatura, estendendo-os a versoes hierarquicas e mostrando como o uso de um reticulado com estrutura ideal afeta a prova de seguranca. Para cada esquema, uma prova formal de seguranca e detalhada, as analises de complexidade e do tamanho das variaveis sao mostradas e a escolha dos parâmetros garantindo o funcionamento correto da decriptacao e dada.
Abstract
Ocorre atualmente um movimento de aumento da importância que a manutenção da segurança da informação vem adquirindo em redes de informação de crítica. Ao longo das últimas décadas a utilização de ferramentas criptográficas, especialmente aquelas baseadas em problemas de díficil solução computacional, foram suficientes para garantir a segurança dos sistemas de comunicação. Contudo, o desenvolvimento da nova técnica de processamento de informação conhecida como computação quântica e os resultados téoricos e experimentais apresentados por esta mostram que é possível inviabilizar alguns dos sistemas de criptografia atuais amplamente utilizados. A existência de tal vulnerabilidade representa um fator crítico em redes em que falhas de segurança da informação podem estar associadas a riscos de segurança física. Uma alternativa para os métodos criptográficos atuais consiste na utilização de sistemas quânticos na obtenção de um método criptográfico, o que se conhece como criptografia quântica. Este novo paradigma tem seu fundamento resistente mesmo na presença de capacidade tecnológica ilimitada, incluindo o cenário com disponibilidade de computação quântica. Este trabalho tem como objetivo levantar os impactos que o desenvolvimento da computação quântica têm sobre a segurança dos atuais sistemas criptográficos, apresentar e desenvolver alternativas de protocolos de criptografia quântica disponíveis, e realizar um estudo de caso por meio da avaliação da utilização de criptografia quântica no contexto da Aeronautical Telecommunication Network (ATN). Isto é feito por meio do desenvolvimento de um ambiente de simulacão que permite avaliar o comportamento de um protocolo de criptografia quântica em um cenário em um ambiente com requisitos de missão crítica, como é o caso da ATN.
Resumo A segurança dos protocolos de criptografia utilizados atualmente para comunicações seguras se baseia na dificuldade computacional de resolver certos problemas matemáticos, caracterizando assim a chamada segurança computacional. Em contraste, a distribuição quântica de chaves (DQC) oferece um nível de segurança mais fundamental, baseado nas leis da mecânica quântica. Contudo, um dos grandes desafios atuais é assegurar que as implementações práticas de DQC correspondam às idealizações teóricas dos protocolos. Neste artigo, apresentamos os principais resultados que formalizam a prova de segurança da distribuição quântica de chaves. Além disso, discutimos alguns dos desafios técnicos e conceituais envolvidos na incorporação de imperfeições experimentais às demonstrações de segurança, com o objetivo de desenvolver protocolos que sejam ao mesmo tempo práticos e seguros.
A partir da modularidade da Composibilidade Universal, Kusters et al. propõem um framework onde primitivas criptográficas podem ser utilizadas como módulos fundamentais no projeto de protocolos gerais. Embora o framework contemple diversas primitivas, não há suporte a criptografia baseada em identidade, um cenário emergente de segurança para aplicações de Internet das Coisas. Neste artigo, apresentamos e provamos uma extensão do framework para suportar o acordo de chaves com autenticação baseado em identidade. Nós esboçamos a análise de segurança de um protocolo real de autenticação mútua proposto para o contexto de casas inteligentes para validar nossa extensão.