cifrado simétrico y confidencialidad de mensajes

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Cifrado simétricoy confidencialidad

de mensajes

Contenido


Principios del cifrado convencional.

Algoritmos de cifrado convencional.

Modos de operación del cifrado de bloques.

Ubicación de los dispositivos de cifrado.

Distribución de claves.

Principios del cifrado convencional


Un esquema de cifrado tiene cinco componentes: Texto claro. Algoritmo de cifrado. Clave secreta. Texto cifrado. Algoritmo de descifrado.

La seguridad de la clave depende de la privacidad de la clave, no de la privacidad del algoritmo.

Principios del cifrado convencional


Figura 2.1 Modelo simplificado del cifrado convencional

Entrada de

texto claro

Salida de

texto claro

Clave secreta compartida

por emisor y receptor

Algoritmo de cifrado

(por ejemplo, DES)

Clave secreta compartida

por emisor y receptor

Transmisión de

texto cifrado

Algoritmo de descifrado

(inverso del de cifrado)

Criptografía


Los sistemas criptográficos se clasifican atendiendo a tres factores independientes: El tipo de operación utilizado para transformar el

texto claro en texto cifrado.

El número de claves usadas: Sistema simétrico (de clave única).

Sistema asimétrico (de dos claves, o cifrado de clave pública).

La forma de procesar el texto claro.

Tiempo medio para la búsqueda exhaustiva de claves


Tamaño de clave (bits)

Número de claves

alternativas

Tiempo necesario a 106 cifrados/µs

32 232 = 4,3 x 109 2,15 milisegundos

56 256 = 7,2 x 1016 10 horas

128 2128 = 3,4 x 1038 5,4 x 1018 años

168 2168 = 3,7 x 1050 5,9 x 1030 años

Estructura de cifrado Feistel


La mayoría de los algoritmos de cifradosimétrico de bloque, incluido el DES, tienen unaestructura descrita inicialmente por Horst Feistel de IBM en 1973.

La realización exacta de una red de Feisteldepende de la elección de los siguientesparámetros y características de diseño (véase la siguiente diapositiva):

Estructura de cifrado Feistel


Tamaño del bloque: bloques mayores implican mayor seguridad.

Tamaño de la clave: claves más largas implican mayor seguridad.

Número de etapas: múltiples etapas ofrecen una seguridad creciente.

Algoritmo de generación de subclaves: cuanto más complejo sea este algoritmo más difícil resultará el criptoanálisis.

Cifrado/descifrado mediante software rápido: la rapidez de ejecución del algoritmo es un aspecto importante.


Figura 2.2 Red clásica de Feistel

Texto claro (2w bits)

Texto cifrado (2w bits)

Clave

Algoritmo de generación

de subclaves

Etapa 1

Etapa i

Etapa n

Algoritmos de cifrado convencional


DES (Data Encryption Standard): El esquema de cifrado más extendido.

Al algoritmo se le denomina DEA (Data Encryption Algorithm).

DES es un cifador de bloque.

El texto claro se procesa en bloques de 64 bits.

La clave tiene una longitud de 56 bits.


Clave de 56 bitsTexto claro de 64 bits

Representación general del algoritmo de cifrado DES

Texto cifrado de 64 bits

Permutación inicial

Permutación inicialinversa

Opción 1permutada

Opción 2permutada

Opción 2permutada

Opción 2permutada

Etapa 1

Etapa 2

Etapa 16

Intercambiode 32 bits

Rotación ala izquierda




Etapa del algoritmo DES

Expansión/permutación(Tabla E)

Desplazamientosa la izquierda

Desplazamientosa la izquierda

Expansión/contracción(Opción 2 permutada)

Sustitución/opción(S-box)

Permutación(P)

DES


El proceso general en cada iteración:

Li = Ri-1

Ri = Li-1 F(Ri-1, Ki)

Trata sobre:La longitud de la clave (56 bits) y el

algoritmo.

Tiempo empleado en romper un código (106

descifrados/µs)


Longitud de la clave (bits)

Añ

os p

ara

ro

mp

er

el c

ód

igo

Triple DES


Usa tres claves y tres ejecuciones del algoritmo DES (cifrar-descifrar-cifrar):

C = texto cifrado

P = texto claro

EK[X] = cifrado de X usando la clave K

DK[Y] = descifrado de Y usando la clave K

Longitud de clave efectiva de 168 bits.

C = EK3[DK2[EK1[P]]]

Triple DES


Figura 2.4 Triple DES

(a) Cifrado

(b) Descifrado

Otros cifradores de bloque simétricos


IDEA (International Data Encryption Algorithm): Clave de 128 bits.

Se usa en PGP.

Blowfish: Fácil de implementar.

Alta velocidad de ejecución.

Puede ejecutarse en menos de 5K de memoria.

Otros cifradores de bloque simétricos


RC5: Adecuado para hardware y software. Rápido y simple. Adaptable a procesadores con diferentes tamaños de

palabra. Número variable de etapas. Longitud de clave variable. Bajo consumo de memoria. Alta seguridad. Rotaciones dependientes de los datos.

Cast-128: Tamaño de clave de 40 a 128 bits. La función de etapa varía de etapa a etapa.

Ubicación de los dispositivos de cifrado


Cifrado en enlace: Gran cantidad de dispositivos de cifrado. Alto grado de seguridad. El mensaje debe descifrarse cada vez que introduce el

conmutador de un paquete. Cifrado extremo a extremo: La fuente cifra los datos y el receptor los descifra. Los paquetes están cifrados.

Alta seguridad: para conseguir mayor seguridad se necesitan ambos cifrados (véase Figura 2.9).


Figura 2.9 Cifrado a través de una red de conmutación de paquetes

Red de conmutación

de paquetes

Nodo de

conmutación

de paquetesRCP

Nodo de

conmutación

de paquetes

Nodo de

conmutación

de paquetes

Nodo de

conmutación

de paquetes

= dispositivo de cifrado

extremo a extremo

= dispositivo de cifrado

en enlace

Distribución de claves


1. Una clave podría ser elegida por A y entregada físicamente a B.

2. Una tercera parte podría elegir la clave y entregarla físicamente a A y a B.

3. Si con anterioridad A y B han estado usandouna clave, una parte podría transmitir la nueva clave a la otra, cifrada usando la antigua.

4. Si A y B disponen de una conexión cifrada a una tercera parte C, C podría distribuirmediante los enlaces cifrados una clave a A y a B.

Distribución de claves(véase Figura 2.10)


Clave de sesión: Datos cifrados con una clave de sesión. Al finalizar la

sesión, la clave es destruida.

Clave permanente: Una clave usada entre entidades con el propósito de

distribuir claves de sesión.


Figura 2.10 Distribución automática de clave para protocolo orientado a conexión

Red

1. El host envía un paquete solicitando conexión.

2. El front end retiene el paquete; pide la clave

de sesión a KDC.

3. KDC distribuye la clave de sesión a los dos

front ends.

4. Paquete retenido transmitido.

FEP = procesador front-end

KDC = centro de distribución de claves

Bibliografía recomendada


Stallings, W. Cryptography and Network Security: Principles and Practice, 2nd edition. Prentice Hall, 1999.

Scneier, B. Applied Cryptography, New York: Wiley, 1996.

Mel, H.X. Baker, D. Cryptography Decrypted. Addison Wesley, 2001.

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