Contribución al estudio del criptoanálisis y diseño de los criptosistemas caóticos

Descripción (resumen): 

Tesis Doctoral

Director: Carmen Sánchez

Autor: Amalia Beatriz Orúe López

El extraordinario auge de las nuevas tecnologías de la información, el desarrollo de Internet, el comercio electrónico, la administración electrónica, la telefonía móvil y la futura computación y almacenamiento en la nube, han proporcionado grandes beneficios en todos los ámbitos de la sociedad. Junto a estos, se presentan nuevos retos para la protección de la información, como la suplantación de personalidad y la pérdida de la confidencialidad e integridad de los documentos electrónicos. La criptografía juega un papel fundamental aportando las herramientas necesarias para garantizar la seguridad de estos nuevos medios, pero es imperativo intensificar la investigación en este ambito para dar respuesta a la demanda creciente de nuevas técnicas criptográficas seguras. La teoría de los sistemas dinámicos no lineales junto a la criptografóa dan lugar a la "criptografía caótica", que es el campo de estudio de esta tesis. El vínculo entre la criptografía y los sistemas caóticos continúa siendo objeto de un intenso estudio. La combinación del comportamiento aparentemente estocástico, las propiedades de sensibilidad a las condiciones iniciales y a los parámetros, la ergodicidad, la mezcla, y que los puntos periódicos sean densos asemejan las órbitas caóticas a secuencias aleatorias, lo que supone su potencial utilización en el enmascaramiento de mensajes. Este hecho, junto a la posibilidad de sincronizar varios sistemas caóticos descrita inicialmente en los trabajos de Pecora y Carroll, ha generado una avalancha de trabajos de investigación donde se plantean muchas ideas sobre la forma de realizar sistemas de comunicaciones seguros, relacionando así la criptografía y el caos. La criptografía caótica aborda dos paradigmas de dise˜no fundamentales. En el primero, los criptosistemas caóticos se dise˜nan utilizando circuitos analógicos, principalmente basados en las técnicas de sincronización caótica; en el segundo, los criptosistemas caóticos se construyen en circuitos discretos u ordenadores, y generalmente no dependen de las técnicas de sincronización del caos. Nuestra contribución en esta tesis implica tres aspectos sobre el cifrado caótico. En primer lugar, se realiza un análisis teérico de las propiedades geométricas de algunos de los sistemas caóticos más empleados en el dise˜no de criptosistemas caóticos
continuos; en segundo lugar, se realiza el criptoanálisis de cifrados caóticos continuos basados en el análisis anterior; y, finalmente, se realizan tres nuevas propuestas de dise˜no de generadores de secuencias pseudoaleatorias criptográficamente seguros y rapidos. La primera parte de esta memoria realiza un análisis crítico acerca de la seguridad de los criptosistemas caóticos, llegando a la conclusión de que la gran mayoría de los algoritmos de cifrado caóticos continuos —ya sean realizados físicamente o programados numéricamente— tienen serios inconvenientes para proteger la confidencialidad de la información ya que son inseguros e ineficientes. Asimismo una gran parte de los criptosistemas caóticos discretos propuestos se consideran inseguros y otros no han sido atacados por lo que se considera necesario más trabajo de criptoanálisis. Esta parte concluye se˜nalando las principales debilidades encontradas en los criptosistemas analizados y algunas recomendaciones para su mejora. En la segunda parte se dise˜na un método de criptoanálisis que permite la identificaci ón de los parámetros, que en general forman parte de la clave, de algoritmos de cifrado basados en sistemas caóticos de Lorenz y similares, que utilizan los esquemas de sincronización excitador-respuesta. Este método se basa en algunas características geométricas del atractor de Lorenz. El método dise˜nado se ha empleado para criptoanalizar eficientemente tres algoritmos de cifrado. Finalmente se realiza el criptoan álisis de otros dos esquemas de cifrado propuestos recientemente. La tercera parte de la tesis abarca el dise˜no de generadores de secuencias pseudoaleatorias criptográficamente seguras, basadas en aplicaciones caóticas, realizando las pruebas estadísticas, que corroboran las propiedades de aleatoriedad. Estos generadores pueden ser utilizados en el desarrollo de sistemas de cifrado en flujo y para cubrir las necesidades del cifrado en tiempo real. Una cuestión importante en el dise˜no de sistemas de cifrado discreto caótico es la degradación dinámica debida a la precisión finita; sin embargo, la mayoría de los dise˜nadores de sistemas de cifrado discreto caótico no ha considerado seriamente este aspecto. En esta tesis se hace hincapié en la importancia de esta cuestión y se contribuye a su esclarecimiento con algunas consideraciones iniciales. Ya que las cuestiones teóricas sobre la dinámica de la degradación de los sistemas caóticos digitales no ha sido totalmente resuelta, en este trabajo utilizamos algunas soluciones prácticas para evitar esta dificultad teórica. Entre las técnicas posibles, se proponen y evalúan varias soluciones, como operaciones de rotación de bits y desplazamiento de bits, que combinadas con la variación dinámica de parámetros y con la perturbación cruzada, proporcionan un excelente remedio al problema de la degradación dinámica. Además de los problemas de seguridad sobre la degradación dinámica, muchos criptosistemas se rompen debido a su dise˜no descuidado, no a causa de los defectos esenciales de los sistemas caóticos digitales. Este hecho se ha tomado en cuenta en esta tesis y se ha logrado el dise˜no de generadores pseudoaleatorios caóticos criptogr áficamente seguros.


Tipo publicación: 
Otros (Tesis...)
Biometría bioseñales y seguridad
Fecha de Publicacion: 
Febrero 2013
Autores CeDInt: 
Otros Autores: 
Amalia Beatriz Orúe López