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Evolución de los sistemas de cifrado basados en caos
Gonzalo Álvarez Marañón
PresentaciónIntroducciónBreve repaso del cifrado basado en caos:
Criptosistemas analógicos o tiempo continuoCriptosistemas digitales o tiempo discreto
Conclusiones
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-2-
¿Por qué caos?Ergodicidad vs ConfusiónSensibilidad condiciones iniciales vs Difusión de cambio pequeño en texto claroSensibilidad a los parámetros vs Difusión de cambio pequeño en la clavePropiedad de mezcla vs Difusión de un bloque de texto claro a todo texto cifrado (imágenes)
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Criptosistemas analógicosEnmascaramiento caóticoConmutación caótica (Chaos Shift Keying, CSK)Modulación caóticaOtros
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Criptosistemas analógicosBasados en cifrado de Vernam: ruido aditivo enmascaradorprocedente de generador caótico
Generadorcaótico
Generadorcaótico
Texto claroTexto claro
Canal con ruidoCanal con ruido
Generadorcaótico
Generadorcaótico
Texto claroTexto claro
++ --
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SincronizaciónDados dos sistemas dinámicos con condiciones iniciales distintas, excitado por una señal del sistema 1 (llamado excitador o maestro), el sistema 2 (llamado seguidor o esclavo) sigue asintóticamente el estado del sistema 1La señal excitadora puede ser función de una o más variables del sistema excitadoEl sistema excitador y excitado pueden tener estructuras e incluso dimensiones distintasDiferentes tipos:
CompletaProyectivaFaseGeneralizada
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Lorenz
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-7-
Rossler
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Chua
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Enmascaramiento caótico
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-10-
Conmutación caótica (Chaos ShiftKeying, CSK)
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Modulación caótica: fase
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AtaquesAnálisis espectralDesenmascaramiento caóticoMapas de retornoAnálisis de potenciaEstimación del período cortoEstimación de los parámetros
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Análisis espectral
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Desenmascaramiento caótico
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-15-
Mapas de retorno
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-16-
Análisis de potencia
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-17-
Estimación del período corto
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-18-
Estimación de los parámetros (Lorenz)
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-19-
Estimación de los parámetros (Henon)
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Criptosistemas digitalesCifradores en flujo basados en PRNGs caóticosCifradores en bloque basados en la iteración hacia atrásCifradores en bloque basados en la iteración hacia adelanteCifradores caóticos basados en la ergodicidadCifradores en bloque con cajas-S dinámicas caóticas
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Cifradores en flujo basados en PRNGs caóticos
Utilizan mapas caóticos discretos para generar una secuencia pseudoaleatoria con la que se mezcla el mensaje en claroProblemas:
Períodos cortos en las órbitas caóticas digitalesDistribución no uniforme de los PRNGFalta de estudio riguroso aplicando tests de aleatoriedad de NIST y Diehard
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-22-
Cifradores en bloque basados en la iteración hacia atrás
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-23-
Cifradores en bloque basados en la iteración hacia adelante
Mapas 2-D para cifrado de imágenesEstos sistemas pueden ser imprácticos e inseguros, debido a la precisión finita de los ordenadores
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Cifradores caóticos basados en la ergodicidad
Criptosistema de Baptista basado en el mapa logístico
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-25-
Cifradores caóticos basados en la ergodicidad
Ataques contra BaptistaAtaque de la cinta aleatoriaAtaque de entropíaEstimación de la clave
Modificaciones:Wong 2001: iterar un número aleatorio de veces r al principioWong 2002: introducir una tabla de búsqueda dinámicaWong 2003: utilizar la última configuración como hashWong 2004: Autenticación denegableHuang & Guan 2005: la tabla posee valores “1” y “0”
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-26-
Cifradores caóticos basados en la ergodicidad
Criptosistema de Alvarez basado en el mapa tienda
Como clave se utiliza rTexto cifrado: (Ui, bi, Xi)
⎩⎨⎧
−=
)1()(
xrrx
xf5.0 if5.0 if
≥≤
xx
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Cifradores caóticos basados en la ergodicidad
Ataques contra Alvarez:Ataque de texto cifrado elegido:
Ataque de texto claro elegido/conocido
Ataque de texto cifrado conocido
r xpb= − 1 21 / ( )
~r xi ni= + −1 1 2
Evolución de sistemas de cifrado caóticos Gonzalo Álvarez Marañón-28-
Cifradores en bloque con cajas-S dinámicas caóticas
Utilizan sistemas caóticos para construir cajas-S que posteriormente pueden integrarse dentro del diseño de cifradores de bloqueAparentemente las cajas-S así generadas resultan muy robustas contra el criptoanálisis lineal y diferencial
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ConclusionesSe han propuesto numerosos criptosistemas basados en caosAnalógicos: inseguros y poco robustos, sin perspectiva de mejoraDigitales: ergódicos y cajas-S, más seguros y prometedoresEl futuro de la criptografía caótica:
Sistemas digitalesComunicación entre la comunidad caótica y la criptográfica
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Preguntas
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