Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

seguridad basada en la teoría de la información

Se considera que un criptosistema posee seguridad desde el punto de vista de la teoría de la información (también llamada seguridad incondicional [ 1 ] ) si es seguro frente a a...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

Se considera que un criptosistema posee seguridad desde el punto de vista de la teoría de la información (también llamada seguridad incondicional [ 1 ] ) si es seguro frente a adversarios con recursos computacionales y tiempo ilimitados. Por el contrario, un sistema cuya seguridad depende del coste computacional del criptoanálisis (y que, por lo tanto, puede ser vulnerado mediante un ataque con capacidad computacional ilimitada) se denomina seguro desde el punto de vista computacional o seguro condicional [ 2 ] .

Descripción general

Un protocolo de cifrado con seguridad basada en la teoría de la información es imposible de romper incluso con una potencia computacional infinita. Los protocolos que han demostrado ser seguros desde el punto de vista de la teoría de la información son resistentes a futuros avances en la informática. El concepto de comunicación segura desde el punto de vista de la teoría de la información fue introducido en 1949 por el matemático estadounidense Claude Shannon , uno de los fundadores de la teoría clásica de la información , quien lo utilizó para demostrar la seguridad del sistema de cifrado de un solo uso . [ 3 ] Los criptosistemas seguros desde el punto de vista de la teoría de la información se han utilizado para las comunicaciones gubernamentales más sensibles, como los cables diplomáticos y las comunicaciones militares de alto nivel.

Existen diversas tareas criptográficas para las que la seguridad basada en la teoría de la información es un requisito significativo y útil. Algunas de ellas son:

  1. Los sistemas de compartición de secretos como el de Shamir son seguros desde el punto de vista de la teoría de la información (y también perfectamente seguros), ya que tener menos del número requerido de partes del secreto no proporciona ninguna información sobre el mismo.
  2. En términos más generales, los protocolos de computación multipartita seguros suelen tener seguridad basada en la teoría de la información.
  3. La recuperación de información privada con múltiples bases de datos se puede lograr con privacidad basada en la teoría de la información para la consulta del usuario.
  4. La divulgación condicional de secretos es un tema ampliamente estudiado que suele analizarse en el contexto de la seguridad basada en la teoría de la información.
  5. Las reducciones entre primitivas o tareas criptográficas a menudo se pueden lograr desde una perspectiva teórica de la información. Estas reducciones son importantes desde una perspectiva teórica porque establecen que la primitivaΠ{\displaystyle \Pi }puede realizarse si es primitivoΠ′{\displaystyle \Pi '}puede hacerse realidad.
  6. El cifrado simétrico se puede construir bajo una noción de seguridad basada en la teoría de la información, denominada seguridad entrópica , que presupone que el adversario prácticamente desconoce el mensaje que se envía. El objetivo es ocultar todas las funciones del texto plano, en lugar de toda la información sobre él.
  7. La criptografía basada en la teoría de la información es segura frente a la computación cuántica .

cifrado de capa física

Limitaciones técnicas

Los algoritmos que son seguros desde el punto de vista computacional o condicional (es decir, que no son seguros desde el punto de vista de la teoría de la información) dependen de limitaciones de recursos. Por ejemplo, RSA se basa en la afirmación de que factorizar números grandes es difícil.

Una noción más débil de seguridad, definida por Aaron D. Wyner , dio origen a un área de investigación floreciente conocida como encriptación de capa física . [ 4 ] Esta técnica aprovecha el canal inalámbrico físico para garantizar la seguridad mediante técnicas de comunicación, procesamiento de señales y codificación. La seguridad es demostrable , irrompible y cuantificable (en bits/segundo/hercio).

El trabajo inicial de Wyner sobre encriptación de capa física en la década de 1970 planteó el problema Alice-Bob-Eve, en el que Alice quiere enviar un mensaje a Bob sin que Eve lo decodifique. Si el canal de Alice a Bob es estadísticamente mejor que el canal de Alice a Eve, se había demostrado que la comunicación segura es posible. [ 5 ] Esto es intuitivo, pero Wyner midió el secreto en términos de teoría de la información, definiendo la capacidad de secreto, que esencialmente es la tasa a la que Alice puede transmitir información secreta a Bob. Poco después, Imre Csiszár y Körner demostraron que la comunicación secreta era posible incluso si Eve tenía un canal estadísticamente mejor hacia Alice que Bob. [ 6 ] La resolubilidad del canal se convirtió más tarde en otro método para probar el secreto fuerte. Hayashi y Watanabe formularon el secreto fuerte a partir de la resolubilidad del canal, mostrando cómo la aproximación de la distribución de salida del espía puede implicar el secreto en términos de teoría de la información. [ 7 ] La idea básica del enfoque de la teoría de la información para transmitir mensajes confidenciales de forma segura (sin usar una clave de cifrado) a un receptor legítimo es usar la aleatoriedad inherente del medio físico (incluidos los ruidos y las fluctuaciones del canal debido al desvanecimiento) y explotar la diferencia entre el canal para un receptor legítimo y el canal para un intruso para beneficiar al receptor legítimo. [ 8 ] Resultados teóricos más recientes se ocupan de determinar la capacidad de secreto y la asignación de potencia óptima en canales de desvanecimiento de difusión. [ 9 ] [ 10 ] Hay advertencias, ya que muchas capacidades no son computables a menos que se haga el supuesto de que Alice conoce el canal para Eve. Si eso se supiera, Alice podría simplemente colocar un nulo en la dirección de Eve. La capacidad de secreto para MIMO y múltiples intrusos coludidos es un trabajo más reciente y en curso, [ 11 ] [ 12 ] y tales resultados todavía hacen el supuesto no útil sobre el conocimiento de la información del estado del canal del intruso .

Otros trabajos, menos teóricos, intentan comparar esquemas implementables. Un esquema de cifrado de capa física consiste en transmitir ruido artificial en todas las direcciones excepto en la del canal de Bob, lo que básicamente bloquea a Eve. Un artículo de Negi y Goel detalla su implementación, y Khisti y Wornell calcularon la capacidad de confidencialidad cuando solo se conocen las estadísticas del canal de Eve. [ 13 ] [ 14 ]

Paralelamente a ese trabajo en la comunidad de teoría de la información, se encuentra el trabajo en la comunidad de antenas, que se ha denominado modulación directa de antena de campo cercano o modulación direccional. [ 15 ] Se ha demostrado que mediante el uso de una matriz parásita , la modulación transmitida en diferentes direcciones podría controlarse de forma independiente. [ 16 ] La confidencialidad podría lograrse haciendo que las modulaciones en direcciones no deseadas sean difíciles de decodificar. La transmisión de datos con modulación direccional se demostró experimentalmente utilizando una matriz de fase . [ 17 ] Otros han demostrado la modulación direccional con matrices conmutadas y lentes de conjugación de fase . [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

Ese tipo de modulación direccional es en realidad un subconjunto del esquema de encriptación de ruido artificial aditivo de Negi y Goel. Otro esquema que utiliza antenas transmisoras reconfigurables en patrón para Alice, llamado ruido multiplicativo reconfigurable (RMN), complementa el ruido artificial aditivo. [ 21 ] Ambos funcionan bien juntos en simulaciones de canal en las que se asume que Alice o Bob no saben nada sobre los espías.

acuerdo de llave secreta

Los distintos trabajos mencionados en la sección anterior emplean, de una u otra forma, la aleatoriedad presente en el canal inalámbrico para transmitir mensajes teóricamente seguros. A la inversa, podríamos analizar cuánta confidencialidad se puede extraer de la propia aleatoriedad en forma de clave secreta . Ese es el objetivo del acuerdo de clave secreta .

En esta línea de investigación, iniciada por Maurer [ 22 ] y Ahlswede y Csiszár [ 23 ], el modelo básico del sistema elimina cualquier restricción en los esquemas de comunicación y asume que los usuarios legítimos pueden comunicarse a través de un canal bidireccional, público, silencioso y autenticado sin costo alguno. Este modelo se ha extendido posteriormente para incluir múltiples usuarios [ 24 ] y un canal con ruido [ 25 ], entre otros.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Diffie, Whitfield; Hellman, Martin E. (noviembre de 1976). "Nuevas direcciones en criptografía" (PDF) . IEEE Transactions on Information Theory . IT-22 (6): 646. Recuperado el 8 de diciembre de 2021 .
  2. ↑ Maurer, Ueli (agosto de 1999). «Criptografía basada en la teoría de la información» . Avances en criptología — CRYPTO' 99. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 1666. págs. 47–64 . doi : 10.1007/3-540-48405-1_4 . ISBN   978-3-540-66347-8.
  3. ↑ Shannon, Claude E. (octubre de 1949). "Teoría de la comunicación de los sistemas de secreto" (PDF) . Bell System Technical Journal . 28 (4): 656–715 . doi : 10.1002/j.1538-7305.1949.tb00928.x . hdl : 10338.dmlcz/119717 . Consultado el 21 de diciembre de 2011 .
  4. ↑ Koyluoglu (16 de julio de 2010). "Seguridad basada en la teoría de la información" . Consultado el 11 de agosto de 2010 .
  5. ↑ Wyner, AD (octubre de 1975). "The Wire-Tap Channel" (PDF) . Bell System Technical Journal . 54 (8): 1355–1387 . doi : 10.1002/j.1538-7305.1975.tb02040.x . S2CID 21512925. Archivado del original (PDF) el 4 de febrero de 2014. Recuperado el 11 de abril de 2013 . 
  6. ↑ Csiszár, I.; Körner, J. (mayo de 1978). "Canales de difusión con mensajes confidenciales". IEEE Transactions on Information Theory . IT-24 (3): 339– 348. doi : 10.1109/TIT.1978.1055892 . S2CID 206733433 . 
  7. ↑ Hayashi, Masahito; Watanabe, Shun (diciembre de 2013). "Secreto fuerte a partir de la resolubilidad del canal". IEEE Transactions on Information Theory . 59 (12): 8077– 8098. arXiv : 1301.1924 . doi : 10.1109/TIT.2013.2283722 .
  8. ↑ Liang, Y.; Vincent Poor, H.; Shamai, S. (2008). "Seguridad basada en la teoría de la información". Fundamentos y tendencias en la teoría de las comunicaciones y la información . 5 ( 4– 5): 355– 580. doi : 10.1561/0100000036 .
  9. ↑ Liang, Yingbin; Poor, Vincent; Shamai (Shitz), Shlomo (junio de 2008). "Comunicación segura sobre canales con desvanecimiento". IEEE Transactions on Information Theory . 54 (6): 2470– 2492. arXiv : cs/0701024 . doi : 10.1109/tit.2008.921678 . S2CID 7249068 . 
  10. ↑ Gopala, P.; Lai, L.; El Gamal, H. (octubre de 2008). "Sobre la capacidad de confidencialidad de los canales con desvanecimiento". IEEE Transactions on Information Theory . 54 (10): 4687– 4698. arXiv : cs/0610103 . doi : 10.1109/tit.2008.928990 . S2CID 3264079 . 
  11. ↑ Khisti, Ashish; Wornell, Gregory (noviembre de 2010). "Transmisión segura con múltiples antenas II: El canal de escucha MIMOME". IEEE Transactions on Information Theory . 56 (11): 5515– 5532. arXiv : 1006.5879 . Bibcode : 2010arXiv1006.5879K . doi : 10.1109/tit.2010.2068852 . S2CID 1428 . 
  12. ↑ Oggier, F. ; Hassibi, B. (agosto de 2011). "La capacidad de confidencialidad del canal de escucha MIMO". IEEE Transactions on Information Theory . 57 (8): 4961– 4972. arXiv : 0710.1920 . doi : 10.1109/tit.2011.2158487 . S2CID 1586 . 
  13. ↑ Negi, R.; Goel, S. (2008). "Garantizando el secreto mediante ruido artificial". IEEE Transactions on Wireless Communications . 7 (6): 2180– 2189. doi : 10.1109/twc.2008.060848 . S2CID 5430424 . 
  14. ↑ Khisti, Ashish; Wornell , Gregory (julio de 2010). "Transmisión segura con múltiples antenas I: El canal de escuchas telefónicas MISOME". IEEE Transactions on Information Theory . 56 (7): 3088–3104 . CiteSeerX 10.1.1.419.1480 . doi : 10.1109/tit.2010.2048445 . S2CID 47043747 .  
  15. ↑ Daly, MP; Bernhard, JT (septiembre de 2009). "Técnica de modulación direccional para arreglos de fase". IEEE Transactions on Antennas and Propagation . 57 (9): 2633– 2640. Bibcode : 2009ITAP...57.2633D . doi : 10.1109/tap.2009.2027047 . S2CID 27139656 . 
  16. ↑ Babakhani, A.; Rutledge, DB; Hajimiri, A. (dic. 2008). "Arquitecturas de transmisores basadas en modulación directa de antena de campo cercano" (PDF) . IEEE Journal of Solid-State Circuits . 76 (12). IEEE: 2674–2692 . Bibcode : 2008IJSSC..43.2674B . doi : 10.1109/JSSC.2008.2004864 . S2CID 14595636 . 
  17. ↑ Daly, MP; Daly, EL; Bernhard, JT (mayo de 2010). "Demostración de modulación direccional mediante una matriz de fase". IEEE Transactions on Antennas and Propagation . 58 (5): 1545– 1550. Bibcode : 2010ITAP...58.1545D . doi : 10.1109/tap.2010.2044357 . S2CID 40708998 . 
  18. ↑ Hong, T.; Song, M.-Z.; Liu, Y. (2011). "Técnica de modulación direccional de RF mediante una matriz de antenas conmutadas para aplicaciones de comunicación segura de capa física" . Progress in Electromagnetics Research . 116 : 363–379 . doi : 10.2528/PIER11031605 .
  19. ↑ Shi, H.; Tennant, A. (abril de 2011). Modulación de antena dependiente de la dirección mediante un arreglo de dos elementos . Actas de la 5.ª Conferencia Europea sobre Antenas y Propagación (EUCAP). págs. 812–815 . 
  20. ↑ Malyuskin, O.; Fusco, V. (2012). "Cifrado de datos espaciales mediante lentes de conjugación de fase". IEEE Transactions on Antennas and Propagation . 60 (6): 2913– 2920. Bibcode : 2012ITAP...60.2913M . doi : 10.1109/tap.2012.2194661 . S2CID 38743535 . 
  21. ↑ Daly, Michael (2012). Cifrado de capa física mediante antenas fijas y reconfigurables (Tesis doctoral). Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
  22. ↑ Maurer, UM (mayo de 1993). "Acuerdo de clave secreta mediante discusión pública a partir de información común". IEEE Transactions on Information Theory . 39 (3): 733– 742. doi : 10.1109/18.256484 .
  23. ↑ Ahlswede, R.; Csiszár, I. (julio de 1993). "Aleatoriedad común en la teoría de la información y la criptografía. I. Compartición de secretos". IEEE Transactions on Information Theory . 39 (4): 1121– 1132. doi : 10.1109/18.243431 .
  24. ↑ Narayan, Prakash; Tyagi, Himanshu (2016). "Secreto multiterminal mediante debate público". Fundamentos y tendencias en la teoría de la comunicación y la información . 13 ( 2– 3): 129– 275. doi : 10.1561/0100000072 .
  25. ↑ Bassi, G.; Piantanida, P.; Shamai, S. (2019). "La capacidad de clave secreta de una clase de canales ruidosos con fuentes correlacionadas" . Entropy . 21 ( 8): 732. Bibcode : 2019Entrp..21..732B . doi : 10.3390/e21080732 . PMC 7515261. PMID 33267446 .  
Lecturas relacionadas
6 articulos
CriptosistemaEn criptografía , un criptosistema es un conjunto de algoritmos criptográficos necesarios para implementar un servicio de seguridad particular, com...Adversario (criptografía)En criptografía , un adversario (en raras ocasiones , oponente o enemigo ) es una entidad cuyo objetivo es impedir que los usuarios del sistema cri...CriptoanálisisCriptoanálisisEl criptoanálisis (del griego kryptós , «oculto», y analýein , «analizar») se refiere al proceso de analizar sistemas de información con el fin de ...{\displaystyle A}Suposición de dificultad computacionalEn la teoría de la complejidad computacional , una suposición de dificultad computacional es la hipótesis de que un problema particular no puede re...Comunicación seguraComunicación seguraLa comunicación segura es cuando dos entidades se comunican y no quieren que un tercero escuche. Para que esto sea así, las entidades deben comunic...Claude ShannonClaude ShannonClaude Elwood Shannon (30 de abril de 1916 - 24 de febrero de 2001) fue un matemático , ingeniero eléctrico , informático y criptógrafo estadounide...