Information security and the enforcement of secrecy : the practical application of quantum key distribution

There is no doubt about the necessity of protecting digital communication: Citizens are entrusting their most confidential and sensitive data to digital processing and communication, and so do governments, corporations, and armed forces. Digital communication networks are also an integral component of many critical infrastructures we are seriously depending on in our daily lives. Transportation services, financial services, energy grids, food production and distribution networks are only a few examples of such infrastructures. Protecting digital communication means protecting confidentiality and integrity by encrypting and authenticating its contents. But most digital communication is not secure today. Nevertheless, some of the most ardent problems could be solved with a more stringent use of current cryptographic technologies. Quite surprisingly, a new cryptographic primitive emerges from the ap-plication of quantum mechanics to information and communication theory: Quantum Key Distribution. QKD is difficult to understand, it is complex, technically challenging, and costly-yet it enables two parties to share a secret key for use in any subsequent cryptographic task, with an unprecedented long-term security. It is disputed, whether technically and economically fea-sible applications can be found. Our vision is, that despite technical difficulty and inherent limitations, Quantum Key Distribution has a great potential and fits well with other cryptographic primitives, enabling the development of highly secure new applications and services. In this thesis we take a structured approach to analyze the practical applicability of QKD and display several use cases of different complexity, for which it can be a technology of choice, either because of its unique forward security features, or because of its practicability.

Resonating-valence-bond theory for the square-planar lattice

The short-range resonating-valence-bond (RVB) wave function with nearest-neighbor (NN) spin pairings only is investigated as a possible description for the Heisenberg model on a square-planar lattice. A type of long-range order associated to this RVB Ansatz is identified along with some qualitative consequences involving lattice distortions, excitations, and their coupling.

The Mixed Management of Patients' Medical Records: Responsibility Sharing Between the Patient and the Physician

Through this article, we propose a mixed management of patients' medical records, so as to share responsibilities between the patient and the Medical Practitioner by making Patients responsible for the validation of their administrative information, and MPs responsible for the validation of their Patients' medical information. Our proposal can be considered a solution to the main problem faced by patients, health practitioners and the authorities, namely the gathering and updating of administrative and medical data belonging to the patient in order to accurately reconstitute a patient's medical history. This method is based on two processes. The aim of the first process is to provide a patient's administrative data, in order to know where and when the patient received care (name of the health structure or health practitioner, type of care: out patient or inpatient). The aim of the second process is to provide a patient's medical information and to validate it under the accountability of the Medical Practitioner with the help of the patient if needed. During these two processes, the patient's privacy will be ensured through cryptographic hash functions like the Secure Hash Algorithm, which allows pseudonymisation of a patient's identity. The proposed Medical Record Search Engines will be able to retrieve and to provide upon a request formulated by the Medical ractitioner all the available information concerning a patient who has received care in different health structures without divulging the patient's identity. Our method can lead to improved efficiency of personal medical record management under the mixed responsibilities of the patient and the MP.

Promoting the development of secure mobile agent applications

Peer-reviewed

Securing dynamic itineraries for mobile agent applications

In this paper we present a novel mechanism for the protection of dynamic itineraries for mobile agent applications. Itineraries that are decided as the agent goes are essential in complex applications based on mobile agents, but no approach has been presented until now to protect them. We have conceived a cryptographic scheme for shielding dynamic itineraries from tampering, impersonation and disclosure. By using trust strategically, our scheme provides a balanced trade-off between flexibility and security. Our protection scheme has been thought always bearing in mind a feasible implementation, and thus facilitates the development of applications that make use of it. An example application based on a real healthcare scenario is also presented to show its operation.

Visualizing key authenticity: turning your face into your public key

La informació biomètrica s'ha convertit en una tecnologia complementària a la criptografia que permet administrar còmodament les dades criptogràfiques. Són útils dues necessitats importants: en primer lloc, posar aquestes dades sempre a mà i, a més, fent fàcilment identificable el seu legítim propietari. En aquest article es proposa un sistema que integra la signatura biomètrica de reconeixement facial amb un esquema de signatura basat en la identitat, de manera que la cara de l'usuari esdevé la seva clau pública i la ID del sistema. D'aquesta manera, altres usuaris poden verificar els missatges utilitzant fotos del remitent, proporcionant un intercanvi raonable entre la seguretat del sistema i la usabilitat, així com una manera molt més senzilla d'autenticar claus públiques i processos de distribució.

Long synthetic peptides as biologically active proteins: the example of the chemokines.

Chemokines constitute an expanding protein family of over 40 members which exhibit a wide variety of biological activities and are involved in many normal physiological processes, such as cellular migration, differentiation and activation, but also in pathological situations, such as inflammation and metastasis. Over the last few years, we have developed methods to manufacture long synthetic peptides of up to 130 residues, and to achieve the formation of native-like cysteine pairings. This ability prompted us to undertake the total chemical synthesis of chemokines. So far, we have successfully produced over 30 chemokine species, which exhibit biological activities similar to, or greater than, those reported by others. Chemical synthesis offers a clear advantage over recombinant technologies for the introduction of fluorochromes and haptens at molecularly defined positions. In addition, approval of chemically synthesized products for use in humans is straightforward compared with material produced by biological methods.

Transparent and secure remote network storage system using an untrusted server

Työssä kehitettin läpinäkyvä Internet Small Computer Systems Interface-verkkolevyä (iSCSI) käyttävä varmistusjärjestelmä. Verkkolevyn sisältö suojattiin asiakaspään salauskerroksella (dm-crypt). Järjestely mahdollisti sen, että verkkolevylle tallennetut varmuuskopiot pysyivät luottamuksellisina, vaikka levypalvelinta tarjoava taho oli joko epäluotettava tai suorastaan vihamielinen. Järjestelmän hyötykäyttöä varten kehitettiin helppokäyttöinen prototyyppisovellus. Järjestelmän riskit ja haavoittuvuudet käytiin läpi ja analysoitiin. Järjestelmälle tehtiin myös karkea kryptoanalyysi sen teknistenominaisuuksien pohjalta. Suorituskykymittaukset tehtiin sekä salatulle että salaamattomalle iSCSI-liikenteelle. Näistä todettiin, että salauksen vaikutus suorituskykyyn oli häviävän pieni jopa 100 megabittiä sekunnissa siirtävillä verkkonopeuksilla. Lisäksi pohdittiin teknologian muita sovelluskohteita ja tulevia tutkimusalueita.

Comparative analysis of the transcriptome across distant species.

The transcriptome is the readout of the genome. Identifying common features in it across distant species can reveal fundamental principles. To this end, the ENCODE and modENCODE consortia have generated large amounts of matched RNA-sequencing data for human, worm and fly. Uniform processing and comprehensive annotation of these data allow comparison across metazoan phyla, extending beyond earlier within-phylum transcriptome comparisons and revealing ancient, conserved features. Specifically, we discover co-expression modules shared across animals, many of which are enriched in developmental genes. Moreover, we use expression patterns to align the stages in worm and fly development and find a novel pairing between worm embryo and fly pupae, in addition to the embryo-to-embryo and larvae-to-larvae pairings. Furthermore, we find that the extent of non-canonical, non-coding transcription is similar in each organism, per base pair. Finally, we find in all three organisms that the gene-expression levels, both coding and non-coding, can be quantitatively predicted from chromatin features at the promoter using a 'universal model' based on a single set of organism-independent parameters.

PEAP 802.1x-tunnistuksen toteutus RADIUS-palvelimeen

Valimo iDServer -tunnistuspalvelin on ohjelmisto, joka tukee eri käyttäjientunnistusmenetelmiä, kuten tekstiviestillä lähetettävää kertakäyttösalasanaa tai normaaliakäyttäjätunnusta ja salasanaa. Tässä diplomityössä kuvataan, kuinka palvelimeenon lisätty tuki käyttäjien kirjautumiselle langattoman verkon tukiasemien ja virtuaalilähiverkkoa tukevien kytkinten kautta käyttäen normaaleja Windows-käyttöjärjestelmän mukana tulevia asiakasohjelmistoja. Työn ensimmäisessä vaiheessa kuvataan lähtökohdat ja vaatimukset tulevalle järjestelmälle. Työn osana käytännössä tehty kokonaisuus muodostuu useista eri määrityksistä koostuvista osista. Työn toisessa vaiheessa käydään läpi korkealla tasolla sovelluksen vaatimat protokollat. Osana näihin protokolliin kuului erilaisten avainten jatarkisteiden laskenta sekä salausmenetelmien käyttö, jotka myös kuvataan tässä työssä. Viimeisessä kappaleessa analysoidaan työn tuloksia jakäydään läpi toteutukseen ja itse sovelluksen toimintaan liittyvät ongelmat. Suurin osa havaituista ongelmista liittyi tilanteisiin, joihin itse palvelinsovelluksen toteutuksella ei voitu vaikuttaa. Eniten ongelmia aiheuttivat asiakasohjelmiston sekä verkkokorttien ja niiden ajureiden toiminta ongelmatilanteissa. Asiakasohjelmistoa ei selkeästi ole suunniteltu käytettäväksi kuin muuttumattomien salasanojen kanssa, koska käyttäjän näkökulmasta käyttökokemus ei ollut optimaalinen. Ongelmista huolimatta työn tuloksena saatiin asiakkaan vaatimukset täyttävä järjestelmä. Myös tuotekehitysnäkökulmasta projektia voitaneen pitää onnistuneena, koska nyt tehty sovellus luo pohjan uusien tunnistustapojen ja menetelmien toteuttamiselle tuotteen jatkokehitystä ajatellen.

Vahva todennus julkisen avaimen järjestelmässä

Arvokasta tai luottamuksellista tietoa käsittelevien palveluiden, kuten pankki- ja kauppa-palveluiden, tarjoaminen julkisessa Internet-verkossa on synnyttänyt tarpeen vahvalle todennukselle, eli käyttäjien tunnistuksen varmistamiselle. Vahvassa todennuksessa käytetään salaus-menetelmien tarjoamia keinoja todennus-tapahtuman tieto-turvan parantamiseen heikkoihin todennusmenetelmiin nähden. Todennusta käyttäjätunnus-salasana-yhdistelmällä voidaan pitää heikkona menetelmänä. Julkisen avaimen järjestelmän varmenteita voidaan käyttää WWW-ympäristössä toimivissa palveluissa yhteyden osapuolten todentamiseen. Tässä työssä suunniteltiin vahva käyttäjän todennus julkisen avaimen järjestelmällä WWW-ympäristössä tarjottavalle palvelulle ja toteutettiin palvelun tarjoavan sovelluksen komponentiksi soveltuva yksinkertainen varmentaja OpenSSL-salaustyökalupaketin avulla. Työssä käydään läpi myös salauksen perusteet, julkisen avaimen järjestelmä ja esitellään olemassaolevia varmentajatoteutuksia ja mahdollisia tieto-turva-uhkia Vahva todennus tulee suunnitella siten, että palvelun käyttäjä ymmärtää, mikä tarkoitus hänen toimillaan on ja miten ne edistävät tietoturvaa. Internet-palveluissa käyttäjän vahva todennus ei ole yleistynyt huonon käytettävyyden vuoksi.

Software methods for HTML files protection in local / corporate networks: review and implementation

Tässä luomistyössä on esitetty tutkimus informaation suojaamisen menetelmien osalta paikallisissa ja ryhmäkuntaisissa verkoissa. Tutkimukseen kuuluu nykyaikaisten kryptagraafisten järjestelmien, Internetin/Intranetin ohjelmointikeinojen ja pääsyoikeuksien jakelumenetelmien analyysi. Tutkimusten perusteella on laadittu ohjelmiston prototyyppi HTML-tiedostojen suojaamista varten. Ohjelmiston laatimisprosessi on sisältänyt vaatimusten, järjestelmän ja suojelukomponenttien suunnittelun ja protytyypin testauksen. Ohjelmiston realisoinnin jälkeen kirjoitettiin käyttöohjeet. Ohjelmiston prototyyppi suojaa informaatiota HTML-tiedoston koko käytön aikana ja eri yrityksissä voidaan käyttää sitä pienien laajennuksien jälkeen.

The effect of skewness and kurtosis on the Kenward-Roger approximation when group distributions differ

This study examined the independent effect of skewness and kurtosis on the robustness of the linear mixed model (LMM), with the Kenward-Roger (KR) procedure, when group distributions are different, sample sizes are small, and sphericity cannot be assumed. Methods: A Monte Carlo simulation study considering a split-plot design involving three groups and four repeated measures was performed. Results: The results showed that when group distributions are different, the effect of skewness on KR robustness is greater than that of kurtosis for the corresponding values. Furthermore, the pairings of skewness and kurtosis with group size were found to be relevant variables when applying this procedure. Conclusions: With sample sizes of 45 and 60, KR is a suitable option for analyzing data when the distributions are: (a) mesokurtic and not highly or extremely skewed, and (b) symmetric with different degrees of kurtosis. With total sample sizes of 30, it is adequate when group sizes are equal and the distributions are: (a) mesokurtic and slightly or moderately skewed, and sphericity is assumed; and (b) symmetric with a moderate or high/extreme violation of kurtosis. Alternative analyses should be considered when the distributions are highly or extremely skewed and samples sizes are small.

Security and Privacy in a Ubiquitous Information Screen

We expose the ubiquitous interaction between an information screen and its’ viewers mobile devices, highlights the communication vulnerabilities, suggest mitigation strategies and finally implement these strategies to secure the communication. The screen infers information preferences’ of viewers within its vicinity transparently from their mobile devices over Bluetooth. Backend processing then retrieves up-to-date versions of preferred information from content providers. Retrieved content such as sporting news, weather forecasts, advertisements, stock markets and aviation schedules, are systematically displayed on the screen. To maximise users’ benefit, experience and acceptance, the service is provided with no user interaction at the screen and securely upholding preferences privacy and viewers anonymity. Compelled by the personal nature of mobile devices, their contents privacy, preferences confidentiality, and vulnerabilities imposed by screen, the service’s security is fortified. Fortification is predominantly through efficient cryptographic algorithms inspired by elliptic curves cryptosystems, access control and anonymity mechanisms. These mechanisms are demonstrated to attain set objectives within reasonable performance.

Generación de Agentes Móviles Seguros a partir de Itinerarios y Arquitecturas Criptográficas

En este trabajo presentamos un esquema para la creación de agentes móviles seguros a partir de una representación del itinerario que deben seguir, el código a ejecutar, y una especificación de la arquitectura criptográfica con la que estarán protegidos. Este tipo de agentes es muy útil en aplicaciones seguras, pero su programación resulta muy complicada. El esquema propuesto facilita enormemente esta tarea, automatizando el proceso a partir de especificaciones concretas. En la práctica hemos conseguido un sistema de generación de código de fácil utilización que permite, no sólo la programación de agentes móviles seguros, sino también la creación sencilla de nuevos esquemas criptográficos para la protección del código y los datos de los agentes. El sistema puede usarse para desarrollar aplicaciones de propósito general basadas en el framework de ejecución de agentes Jade.