Adaptação de criptografia espectral ao paradigma do "Advanced Encryption Standard" - Souza, Welerson Santos [UNESP] (2021)
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.