CRIPTOGRAFIA, PROTECCION DE DATOS Y APLICACIONES: GUIA PARA ESTUDIANTES Y PROFESIONALES /

Autores FUSTER, Amparo; MUÑOZ, Jaime; HERNÁNDEZ, Luis; MARTÍN, Agustín; MONTOYA, Fausto 0
Editorial Alfaomega, Ra-Ma 0
Año de edición 2012 2012
Código de barras 9786077074694 9786077074694
ISBN 978-607-707-469-4 978
ISBN E-Book No 0
Materiales adicionales No 0
Número de la edición 1 1
Número de páginas 364 364
Dimensiones 17x23 cms. 17
Peso en gramos
Encuadernación Rústica 0
Idioma Español 0

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN A LA CRIPTOGRAFÍA . . 29
1.1. IDEAS BÁSICAS Y CONCEPTOS GENERALES . . . . . . . 29
1.2. SUSTITUCIÓN Y TRANSPOSICIÓN . . . . . . . . . . . . . 32
1.3. MÉTODOS CRIPTOGRÁFICOS Y SEGURIDAD . . . . . . 35
1.3.1. Clasificación de ataques criptoanalíticos . . . . . . . . 36
1.3.2. Condiciones de secreto perfecto . . . . . . . . . . . . . 38
1.4. DISPOSITIVOS CRIPTOGRÁFICOS . . . . . . . . . . . . . 40
1.5. CRIPTOGRAFÍA DE USO COTIDIANO . . . . . . . . . . . 43
CAPÍTULO 2. CIFRADO EN FLUJO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.1. ANTECEDENTES DEL CIFRADO EN FLUJO . . . . . . . . 45
2.2. ASPECTOS GENERALES DEL CIFRADO EN FLUJO . . . 47
2.3. CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE LAS
SECUENCIAS CIFRANTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3.1. Período . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3.2. Distribución de bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3.3. Imprevisibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
10 CRIPTOGRAFÍA, PROTECCIÓN DE DATOS Y APLICACIONES ⃝c RA-MA
2.3.4. Test de aleatoriedad: NIST, Diehard y Tuftest . . . . . 52
2.3.5. Seguridad de las secuencias cifrantes . . . . . . . . . . 53
2.4. GENERADORES DE SECUENCIAS CIFRANTES . . . . . . 54
2.4.1. Registros de desplazamiento realimentados linealmente 54
2.5. APLICACIONES DEL CIFRADO EN FLUJO . . . . . . . . . 57
2.5.1. Generadores A5 en telefonía móvil GSM y su seguridad 57
2.5.2. Generador E0 en Bluetooth y su seguridad . . . . . . . 61
2.5.3. Generador RC4 en WEP y su seguridad . . . . . . . . 62
2.6. HACIA UN ESTÁNDAR DE CIFRADO EN FLUJO: THE
eSTREAM PROJECT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.6.1. Características del eSTREAM Project . . . . . . . . . 64
2.6.2. Generador Sosemanuk (perfil software): seguridad e
implementación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.6.3. Generador Trivium (perfil hardware): seguridad e
implementación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.7. EL FUTURO DEL CIFRADO EN FLUJO . . . . . . . . . . . 74
CAPÍTULO 3. CIFRADO EN BLOQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.1. INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.1.1. Propiedades del cifrado en bloque . . . . . . . . . . . . 78
3.1.2. Arquitectura del cifrado en bloque . . . . . . . . . . . 79
3.1.3. Cifrados de Feistel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.2. DES Y DEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.2.1. Estructura del DEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.2.2. Descifrado e involución en el DEA . . . . . . . . . . . 85
3.2.3. Estructura del DEA: función F . . . . . . . . . . . . . 86
3.2.4. Expansión de claves en el DEA . . . . . . . . . . . . . 89
3.2.5. Propiedad de complementación del DEA . . . . . . . . 90
3.2.6. Claves débiles y semidébiles del DEA . . . . . . . . . . 90
3.2.7. Seguridad del DEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.2.8. Criptoanálisis diferencial del DEA . . . . . . . . . . . 91
3.2.9. Criptoanálisis lineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
⃝c RA-MA ÍNDICE 11
3.2.10. Rotura del DEA por prueba exhaustiva de claves . . . 99
3.3. CIFRADO MÚLTIPLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.3.1. Ataque a los cifrados múltiples por encuentro a medio
camino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.4. TRIPLE DEA: TDEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.4.1. Estructura del TDEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.5. AES Y RIJNDAEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.5.1. Estructura del AES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.5.2. Transformación SubBytes . . . . . . . . . . . . . . . . 106
3.5.3. Transformación ShiftRows . . . . . . . . . . . . . . . 108
3.5.4. Transformación MixColumns . . . . . . . . . . . . . . . 109
3.5.5. Transformación AddRoundKey . . . . . . . . . . . . . . 109
3.5.6. Esquema de clave en el AES . . . . . . . . . . . . . . . 110
CAPÍTULO 4. MODOS DEL CIFRADO EN BLOQUE . . . . . . 113
4.1. INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.2. LIBRO ELECTRÓNICO DE CÓDIGOS: ECB . . . . . . . . . 114
4.3. ENCADENAMIENTO DE BLOQUES CIFRADOS: CBC . . 116
4.4. REALIMENTACIÓN DEL TEXTO CIFRADO: CFB . . . . . 119
4.5. REALIMENTACIÓN DE LA SALIDA: OFB . . . . . . . . . . 121
4.6. CONTADOR: CTR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.7. CÓDIGO DE AUTENTICACIÓN DE MENSAJE: CMAC . . 124
4.8. AUTENTICACIÓN Y CONFIDENCIALIDAD: CCM . . . . . 125
4.9. CONTADOR DE GALOIS: GCM-GMAC . . . . . . . . . . . 126
4.10. CONFIDENCIALIDAD DEL AES EN MEDIOS DE
ALMACENAMIENTO: XTS–AES . . . . . . . . . . . . . . . 129
CAPÍTULO 5. NÚMEROS ALEATORIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.1. INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
12 CRIPTOGRAFÍA, PROTECCIÓN DE DATOS Y APLICACIONES ⃝c RA-MA
5.2. GENERACIÓN DE NÚMEROS REALMENTE ALEATORIOS134
5.2.1. Técnicas para eliminar el sesgo y la correlación . . . . 136
5.2.2. Algunos generadores prácticos genuinamente aleatorios 136
5.3. GENERACIÓN DE NÚMEROS PSEUDOALEATORIOS . . . 137
5.3.1. Aleatoriedad y batería de pruebas . . . . . . . . . . . 138
5.3.2. PRNG criptográficamente seguros . . . . . . . . . . . 148
5.4. PERMUTACIONES ALEATORIAS . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.5. NOTAS PARA EL DISEÑO DE GENERADORES . . . . . . 157
CAPÍTULO 6. FUNCIONES RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.1. FUNCIONES RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.2. SEGURIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.3. FUNCIÓN MD5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.4. FUNCIONES SHA-0 y SHA-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.5. FUNCIONES DE LA SERIE SHA-2 . . . . . . . . . . . . . . 164
6.6. FUNCIÓN SHA-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.7. FUNCIONES HMAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.8. OTRAS FUNCIONES RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.8.1. Función RIPEMD-160 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.8.2. Función Panama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.8.3. Función Tiger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.8.4. Función CRC32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.9. APLICACIONES DE LAS FUNCIONES RESUMEN . . . . . 168
6.9.1. Firmas digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.9.2. Certificados digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.9.3. DNIe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.9.4. Integridad de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.9.5. Repositorios de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.9.6. Detección de software dañino . . . . . . . . . . . . . . 170
⃝c RA-MA ÍNDICE 13
CAPÍTULO 7. CIFRADO CON TEORÍA DE NÚMEROS . . . 171
7.1. ACUERDO DE CLAVE DE DIFFIE-HELLMAN . . . . . . . 171
7.1.1. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
7.2. CRIPTOSISTEMAS ASIMÉTRICOS . . . . . . . . . . . . . . 174
7.2.1. Definiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
7.2.2. Protocolo de envoltura digital y criptosistema híbrido 176
7.3. CRIPTOSISTEMA RSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.3.1. Generación de claves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.3.2. Cifrado de mensajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.3.3. Descifrado de mensajes . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.3.4. Generación de claves y descifrado con RSA-CRT . . . 180
7.3.5. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.4. CRIPTOSISTEMA DE ELGAMAL . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.4.1. Generación de claves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
7.4.2. Cifrado de mensajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.4.3. Descifrado de mensajes . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.4.4. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7.5. OTROS CRIPTOSISTEMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7.5.1. De Rabin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
7.5.2. De mochila . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
CAPÍTULO 8. CIFRADO CON CURVAS ALGEBRAICAS . 199
8.1. CRIPTOSISTEMA DE CURVAS ELÍPTICAS . . . . . . . . . 199
8.1.1. Curvas elípticas definidas sobre cuerpos . . . . . . . . 200
8.1.2. El grupo de puntos de una curva elíptica . . . . . . . . 202
8.2. ACUERDO DE CLAVE CON CURVAS ELÍPTICAS . . . . . 205
8.2.1. Acuerdo de clave de Diffie-Hellman con curvas
elípticas: ECDH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
8.2.2. Acuerdo de clave de Menezes-Qu-Vanstone con curvas
elípticas: ECMQV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
14 CRIPTOGRAFÍA, PROTECCIÓN DE DATOS Y APLICACIONES ⃝c RA-MA
8.3. CRIPTOSISTEMAS DE CURVAS ELÍPTICAS: ECC . . . . . 209
8.3.1. Criptosistema ElGamal para curvas elípticas . . . . . . 211
8.3.2. Criptosistema Menezes-Vanstone para curvas elípticas 212
8.3.3. Criptosistema ECIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.3.4. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
8.4. CRIPTOSISTEMA DE CURVAS HIPERELÍPTICAS . . . . . 216
CAPÍTULO 9. FIRMAS DIGITALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
9.1. ESQUEMAS DE FIRMA DIGITAL . . . . . . . . . . . . . . . 221
9.1.1. Esquema de firma para un mensaje público . . . . . . 224
9.1.2. Esquema de firma para un mensaje secreto . . . . . . 225
9.1.3. Falsificación existencial de una firma . . . . . . . . . . 227
9.2. FIRMA DIGITAL RSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
9.2.1. Firma digital para RSA . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
9.2.2. Firma digital para RSA-CRT . . . . . . . . . . . . . . 228
9.2.3. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
9.3. FIRMA DIGITAL ELGAMAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
9.3.1. Firma digital para ElGamal . . . . . . . . . . . . . . . 231
9.3.2. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
9.4. FIRMA DIGITAL DEL NIST: DSA . . . . . . . . . . . . . . . 235
9.4.1. Norma de firma digital: DSS . . . . . . . . . . . . . . 235
9.4.2. Algoritmo de firma DSA . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
9.4.3. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
9.5. FIRMA DIGITAL CON CURVA ELÍPTICA: ECDSA . . . . . 238
9.5.1. Algoritmo estándar de firma ECDSA . . . . . . . . . . 239
9.5.2. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
9.6. OTRAS FIRMAS DIGITALES . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
9.6.1. Firma de Rabin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
9.6.2. Firma de Fiat-Shamir . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
9.6.3. Firma de Schnorr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
9.6.4. Firma con curvas hiperelípticas: HECDSA . . . . . . . 243
⃝c RA-MA ÍNDICE 15
9.6.5. Firmas con funcionalidades adicionales . . . . . . . . . 243
CAPÍTULO 10. USOS ACTUALES DE LA CRIPTOGRAFÍA 249
10.1. CERTIFICADOS DIGITALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
10.2. DNIe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
10.2.1. Soporte físico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
10.2.2. Soporte lógico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
10.2.3. Expedición de un DNIe . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
10.2.4. Usos del DNIe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
10.2.5. Líneas de caracteres OCR-B y dígitos de control del
DNIe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
10.3. PASAPORTE ELECTRÓNICO . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
10.3.1. Control de acceso básico: BAC . . . . . . . . . . . . . 269
10.3.2. Control de acceso extendido: EAC . . . . . . . . . . . 270
10.4. OTROS PROTOCOLOS Y APLICACIONES . . . . . . . . . 271
10.4.1. Identificación amigo/enemigo . . . . . . . . . . . . . . 271
10.4.2. Lanzamiento de una moneda por teléfono . . . . . . . 272
10.4.3. Póquer por teléfono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
10.4.4. Descubrimiento parcial de secretos . . . . . . . . . . . 273
10.4.5. Venta e intercambio de secretos . . . . . . . . . . . . . 273
10.4.6. Transferencia inconsciente . . . . . . . . . . . . . . . . 274
10.4.7. Descubrimiento mínimo y nulo . . . . . . . . . . . . . 274
10.4.8. Reparto de secretos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
10.4.9. Criptografía visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
10.4.10. Canales subliminales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
10.4.11. Esquema electoral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
10.4.12. Computación con datos cifrados . . . . . . . . . . . . . 277
10.4.13. Protección de software y hardware . . . . . . . . . . . 277
CAPÍTULO 11. ATAQUES A LA IMPLEMENTACIÓN . . . . . . 279
11.1. INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
16 CRIPTOGRAFÍA, PROTECCIÓN DE DATOS Y APLICACIONES ⃝c RA-MA
11.2. ATAQUES POR ANÁLISIS TEMPORAL . . . . . . . . . . . 281
11.2.1. Ataques por análisis de la caché . . . . . . . . . . . . . 283
11.2.2. Ataques por análisis de la predicción de saltos . . . . . 283
11.3. ATAQUES POR ANÁLISIS DE POTENCIA . . . . . . . . . 283
11.3.1. Modelos de fuga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
11.3.2. Análisis simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
11.3.3. Análisis diferencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
11.3.4. Ataques por correlación . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
11.3.5. Ataques con plantilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
11.3.6. Análisis diferencial de orden superior . . . . . . . . . . 290
11.4. ATAQUES POR ANÁLISIS DE EMANACIONES
ELECTROMAGNÉTICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
11.4.1. Ataques específicos a dispositivos RFID . . . . . . . . 292
11.5. ATAQUES POR INDUCCIÓN DE FALLOS . . . . . . . . . . 293
11.5.1. Técnicas de inducción de fallos . . . . . . . . . . . . . 293
11.5.2. Tipos de fallos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
11.5.3. Modelos de fallos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
11.5.4. Ataque por inducción de fallos contra el RSA . . . . . 298
11.5.5. Análisis diferencial de fallos contra el DEA . . . . . . 299
11.6. ATAQUES UTILIZANDO MÉTODOS COMBINADOS . . . . 300
11.7. CONTRAMEDIDAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
11.7.1. Protección contra los ataques por canales laterales . . 302
11.7.2. Protección contra los ataques por inducción de fallos . 308
REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
GLOSARIO DE TÉRMINOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
ÍNDICE ALFABÉTICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

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Ingeniería en Tecnologías de la Información y Comunicación