Uso didáctico de la criptografía: la administración de secretos

En este artículo se presenta un protocolo criptografico para la administración de secretos como base para la enseñanza y aplicación de las matemáticas en enseñanza secundaria. La facilidad de comprensión del problema propuesto lo convierte en un arma eficaz para atraer la atención de los estudiantes en contenidos de difícil aprendizaje como polinomios y sistemas de ecuaciones.

Criptografía.

Resumen tomado del autor

Votación electrónica basada en criptografía avanzada (Proyecto VOTESCRIPT).

Esta ponencia presenta un visión global de un esquema de voto electrónico desarrollado dentro del proyecto VOTESCRIPT, auspiciado por el ministerio español de Ciencia y Tecnología (TIC2000-1630-C02). En primer lugar se realiza una tipificación de los sistemas que pueden considerarse de votación electrónica, para analizar, a continuación, los sistemas más relevantes que se apoyan en criptografía avanzada y redes telemáticas. Se comenta el proceso de investigación multidisciplinar seguido para la determinación de los requisitos que debe cumplir el sistema de votación y se describe, de forma somera, las principales características del sistema desarrollado y su comportamiento global.

Criptografía cuántica en redes metropolitanas.

Presentación de resultados sobre la integración de QKD en redes de ópticas telecomunicaciones de área metropolitana.

Integrando la criptografía cuántica en redes clásicas

En este artículo discutimos las limitaciones y ventajas de la distribución cuántica de claves y los primeros pasos hacia su inclusión dentro de la infraestructura de seguridad en las redes de comunicaciones convencionales.

Familias de curvas elípticas adecuadas para Criptografía Basada en la Identidad

La Criptografía Basada en la Identidad hace uso de curvas elípticas que satisfacen ciertas condiciones (pairingfriendly curves), en particular, el grado de inmersión de dichas curvas debe ser pequeño. En este trabajo se obtienen familias explicitas de curvas elípticas idóneas para este escenario. Dicha criptografía está basada en el cálculo de emparejamientos sobre curvas, cálculo factible gracias al algoritmo de Miller. Proponemos una versión más eficiente que la clásica de este algoritmo usando la representación de un número en forma no adyacente (NAF).

El curioso incidente entre las matemáticas y la literatura

A partir de la novela El curioso incidente del perro a medianoche de Mark Haddon, en la que se plantean diversos temas matemáticos, proponemos una serie de actividades para el alumno. A través de este trabajo se trata de demostrar que la literatura no es ajena a las matemáticas, además de animar a la lectura y enseñar temas matemáticos de interés en la actualidad como la criptografía de clave pública, la teoría de la probabilidad y la teoría del caos, que son aplicables a problemas del mundo real.

Información e ingeniería del lenguaje.

Desarrollar unas ideas sobre información e ingeniería del lenguaje entre las lecciones de Psicología Industrial del programa, dada la importancia organizativa de las comunicaciones y del lenguaje en el mando de grupos humanos y en la dirección de sus actividades. Ofrecer un tema que despierte la curiosidad investigadora de los universitarios (desde el filósofo hasta el técnico de comunicaciones). El lenguaje como medio importante para la comunicación. Existen tres bloques en el presente trabajo: 1. Psicoinformática, información y conducta, elementos de la teoría de la información, aprehensión de la información. 2. Lenguaje: estructura estadística, psicología y lógica del lenguaje e inteligibilidad. 3. Aplicaciones: lenguaje y comportamiento, criptografía, lenguajes automáticos, máquinas de traducir, lenguajes unívocos, ingeniería de las comunicaciones, mercadotecnia. Se trata el lenguaje y la comunicación explicando sus características, códigos, su lógica y estructura estadística, la semántica, el diferencial semántico, los elementos retóricos de los mensajes, la identificación de textos y el criptoanálisis, para hacer referencia posteriormente a los lenguajes automáticos, los ordenadores, los programas de ordenador, las máquinas de traducir y sus inconvenientes. Por último tratan la mercadotecnia desde la promoción de los productos hasta el análisis del mercado como difusión de la información. La bibliografía que recomienda la divide en varios temas: teoría de la información, ordenadores, vertiente psicológica y lógica matemática. Se trata de un trabajo de tipo informativo en el que se destaca la importancia de la comunicación y el lenguaje en el mando de grupos humanos por lo que señala la importancia de su investigación. Se ofrece una serie de ideas, fórmulas, tablas orientativas e información sobre el lenguaje y las formas de comunicación, que puede servir como estímulo para la posterior investigación dada la importancia organizativa de las comunicaciones.

Matemáticas en lo improbable 1 parte. Porque incluso a los demonios les gustan las sorpresas.

Se presenta una propuesta de trabajo en el aula a partir de la lectura de el libro El teorema, de Adam Fawer. Así se estudian conceptos como las probabilidades, la criptografía o los juegos de azar, mediante problemas a resolver en las clases.

Una breve introducción a las matemáticas de la transmisión de información : la teoría de códigos.

Resumen tomado del autor. Ponencia presentada al Curso de Formación del profesorado celebrado en El Escorial los días 10 a 14 de julio de 2000

Firmas electrónicas y su régimen de aplicación, análisis de la normativa en el Ecuador

La presente tesis se ocupa del análisis de la normativa vigente en el Ecuador sobre la Firma Electrónica y su régimen de aplicación. Con el objeto de determinar la problemática actual en la estructura de la normativa en el tratamiento de la Firma Electrónica y, si se encuentra acorde con la normativa internacional. En esta investigación se analiza la Firma Electrónica, teniendo como referencia la firma digital; se examina también la criptografía, rama de las matemáticas, que utilizando fórmulas o algoritmos transforma mensajes ininteligibles a su forma original, siendo la criptografía asimétrica la empleada para crear firmas digitales a través de la utilización de claves. Para su funcionamiento la Firma Electrónica necesita la utilización de los denominados certificados de Firma Electrónica, y la intervención de una tercera parte de confianza o conocida como entidad de certificación. Finalmente tenemos el estudio de los organismos encargados de la promoción, difusión de los servicios electrónicos, de regulación y control de las entidades de certificación. Lo anteriormente expresado se desarrolla en tres capítulos. El capítulo primero sobre La Firma Electrónica. El capítulo segundo que trata sobre el certificado de Firma Electrónica y entidades de certificación de información. El capítulo tercero relativo a los organismos como el COMEXI, CONATEL y la Superintendencia de Telecomunicaciones.

Contribución al estudio del criptoanálisis y diseño de los criptosistemas caóticos

The extraordinary increase of new information technologies, the development of Internet, the electronic commerce, the e-government, mobile telephony and future cloud computing and storage, have provided great benefits in all areas of society. Besides these, there are new challenges for the protection of information, such as the loss of confidentiality and integrity of electronic documents. Cryptography plays a key role by providing the necessary tools to ensure the safety of these new media. It is imperative to intensify the research in this area, to meet the growing demand for new secure cryptographic techniques. The theory of chaotic nonlinear dynamical systems and the theory of cryptography give rise to the chaotic cryptography, which is the field of study of this thesis. The link between cryptography and chaotic systems is still subject of intense study. The combination of apparently stochastic behavior, the properties of sensitivity to initial conditions and parameters, ergodicity, mixing, and the fact that periodic points are dense, suggests that chaotic orbits resemble random sequences. This fact, and the ability to synchronize multiple chaotic systems, initially described by Pecora and Carroll, has generated an avalanche of research papers that relate cryptography and chaos. The chaotic cryptography addresses two fundamental design paradigms. In the first paradigm, chaotic cryptosystems are designed using continuous time, mainly based on chaotic synchronization techniques; they are implemented with analog circuits or by computer simulation. In the second paradigm, chaotic cryptosystems are constructed using discrete time and generally do not depend on chaos synchronization techniques. The contributions in this thesis involve three aspects about chaotic cryptography. The first one is a theoretical analysis of the geometric properties of some of the most employed chaotic attractors for the design of chaotic cryptosystems. The second one is the cryptanalysis of continuos chaotic cryptosystems and finally concludes with three new designs of cryptographically secure chaotic pseudorandom generators. The main accomplishments contained in this thesis are: v Development of a method for determining the parameters of some double scroll chaotic systems, including Lorenz system and Chua’s circuit. First, some geometrical characteristics of chaotic system have been used to reduce the search space of parameters. Next, a scheme based on the synchronization of chaotic systems was built. The geometric properties have been employed as matching criterion, to determine the values of the parameters with the desired accuracy. The method is not affected by a moderate amount of noise in the waveform. The proposed method has been applied to find security flaws in the continuous chaotic encryption systems. Based on previous results, the chaotic ciphers proposed by Wang and Bu and those proposed by Xu and Li are cryptanalyzed. We propose some solutions to improve the cryptosystems, although very limited because these systems are not suitable for use in cryptography. Development of a method for determining the parameters of the Lorenz system, when it is used in the design of two-channel cryptosystem. The method uses the geometric properties of the Lorenz system. The search space of parameters has been reduced. Next, the parameters have been accurately determined from the ciphertext. The method has been applied to cryptanalysis of an encryption scheme proposed by Jiang. In 2005, Gunay et al. proposed a chaotic encryption system based on a cellular neural network implementation of Chua’s circuit. This scheme has been cryptanalyzed. Some gaps in security design have been identified. Based on the theoretical results of digital chaotic systems and cryptanalysis of several chaotic ciphers recently proposed, a family of pseudorandom generators has been designed using finite precision. The design is based on the coupling of several piecewise linear chaotic maps. Based on the above results a new family of chaotic pseudorandom generators named Trident has been designed. These generators have been specially designed to meet the needs of real-time encryption of mobile technology. According to the above results, this thesis proposes another family of pseudorandom generators called Trifork. These generators are based on a combination of perturbed Lagged Fibonacci generators. This family of generators is cryptographically secure and suitable for use in real-time encryption. Detailed analysis shows that the proposed pseudorandom generator can provide fast encryption speed and a high level of security, at the same time. 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 éstos, 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 ámbito para dar respuesta a la demanda creciente de nuevas técnicas criptográficas seguras. La teoría de los sistemas dinámicos no lineales junto a la criptografía 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 diseño fundamentales. En el primero, los criptosistemas caóticos se diseñan 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 teórico de las propiedades geométricas de algunos de los sistemas caóticos más empleados en el diseño de criptosistemas caóticos vii 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 diseño de generadores de secuencias pseudoaleatorias criptográficamente seguros y rápidos. 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 señalando las principales debilidades encontradas en los criptosistemas analizados y algunas recomendaciones para su mejora. En la segunda parte se diseña 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 diseñado se ha empleado para criptoanalizar eficientemente tres algoritmos de cifrado. Finalmente se realiza el criptoanálisis de otros dos esquemas de cifrado propuestos recientemente. La tercera parte de la tesis abarca el diseño 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 diseño de sistemas de cifrado discreto caótico es la degradación dinámica debida a la precisión finita; sin embargo, la mayoría de los diseñadores 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 diseño 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 diseño de generadores pseudoaleatorios caóticos criptogr áficamente seguros.

Sistema VOTESCRIPT: una propuesta innovadora desarrollada para resolver los problemas clásicos de votación electrónica

En este artículo se presenta la descripción global de un sistema de voto telemático basado en criptografía avanzada y en el empleo de tarjetas inteligentes (proyecto VOTESCRIPT), destacando las aportaciones de este nuevo sistema sobre propuestas anteriores. Para enmarcar el trabajo desarrollado se presenta una panorámica general de la votación electrónica y se señalan los condicionantes que estas experiencias comportan. Asimismo, se resumen otras versiones particulares de VOTESCRIPT (proyecto VERA) y se comentan las características de una prueba experimental llevada a cabo para evaluar la viabilidad de la propuesta.

Approximate Relational Reasoning for Probabilistic Programs

La seguridad verificada es una metodología para demostrar propiedades de seguridad de los sistemas informáticos que se destaca por las altas garantías de corrección que provee. Los sistemas informáticos se modelan como programas probabilísticos y para probar que verifican una determinada propiedad de seguridad se utilizan técnicas rigurosas basadas en modelos matemáticos de los programas. En particular, la seguridad verificada promueve el uso de demostradores de teoremas interactivos o automáticos para construir demostraciones completamente formales cuya corrección es certificada mecánicamente (por ordenador). La seguridad verificada demostró ser una técnica muy efectiva para razonar sobre diversas nociones de seguridad en el área de criptografía. Sin embargo, no ha podido cubrir un importante conjunto de nociones de seguridad “aproximada”. La característica distintiva de estas nociones de seguridad es que se expresan como una condición de “similitud” entre las distribuciones de salida de dos programas probabilísticos y esta similitud se cuantifica usando alguna noción de distancia entre distribuciones de probabilidad. Este conjunto incluye destacadas nociones de seguridad de diversas áreas como la minería de datos privados, el análisis de flujo de información y la criptografía. Ejemplos representativos de estas nociones de seguridad son la indiferenciabilidad, que permite reemplazar un componente idealizado de un sistema por una implementación concreta (sin alterar significativamente sus propiedades de seguridad), o la privacidad diferencial, una noción de privacidad que ha recibido mucha atención en los últimos años y tiene como objetivo evitar la publicación datos confidenciales en la minería de datos. La falta de técnicas rigurosas que permitan verificar formalmente este tipo de propiedades constituye un notable problema abierto que tiene que ser abordado. En esta tesis introducimos varias lógicas de programa quantitativas para razonar sobre esta clase de propiedades de seguridad. Nuestra principal contribución teórica es una versión quantitativa de una lógica de Hoare relacional para programas probabilísticos. Las pruebas de correción de estas lógicas son completamente formalizadas en el asistente de pruebas Coq. Desarrollamos, además, una herramienta para razonar sobre propiedades de programas a través de estas lógicas extendiendo CertiCrypt, un framework para verificar pruebas de criptografía en Coq. Confirmamos la efectividad y aplicabilidad de nuestra metodología construyendo pruebas certificadas por ordendor de varios sistemas cuyo análisis estaba fuera del alcance de la seguridad verificada. Esto incluye, entre otros, una meta-construcción para diseñar funciones de hash “seguras” sobre curvas elípticas y algoritmos diferencialmente privados para varios problemas de optimización combinatoria de la literatura reciente. ABSTRACT The verified security methodology is an emerging approach to build high assurance proofs about security properties of computer systems. Computer systems are modeled as probabilistic programs and one relies on rigorous program semantics techniques to prove that they comply with a given security goal. In particular, it advocates the use of interactive theorem provers or automated provers to build fully formal machine-checked versions of these security proofs. The verified security methodology has proved successful in modeling and reasoning about several standard security notions in the area of cryptography. However, it has fallen short of covering an important class of approximate, quantitative security notions. The distinguishing characteristic of this class of security notions is that they are stated as a “similarity” condition between the output distributions of two probabilistic programs, and this similarity is quantified using some notion of distance between probability distributions. This class comprises prominent security notions from multiple areas such as private data analysis, information flow analysis and cryptography. These include, for instance, indifferentiability, which enables securely replacing an idealized component of system with a concrete implementation, and differential privacy, a notion of privacy-preserving data mining that has received a great deal of attention in the last few years. The lack of rigorous techniques for verifying these properties is thus an important problem that needs to be addressed. In this dissertation we introduce several quantitative program logics to reason about this class of security notions. Our main theoretical contribution is, in particular, a quantitative variant of a full-fledged relational Hoare logic for probabilistic programs. The soundness of these logics is fully formalized in the Coq proof-assistant and tool support is also available through an extension of CertiCrypt, a framework to verify cryptographic proofs in Coq. We validate the applicability of our approach by building fully machine-checked proofs for several systems that were out of the reach of the verified security methodology. These comprise, among others, a construction to build “safe” hash functions into elliptic curves and differentially private algorithms for several combinatorial optimization problems from the recent literature.