TRABAJO DE ADSCRIPCIÓN A LA ASIGNATURA SISTEMAS OPERATIVOS PROF.: DR. DAVID L. LA RED MARTÍNEZ

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1 TRABAJO DE ADSCRIPCIÓN A LA ASIGNATURA SISTEMAS OPERATIVOS PROF.: DR. DAVID L. LA RED MARTÍNEZ 1

2 Introducción Con los avances de los microprocesadores y el desarrollo de las redes de área local y comunicaciones, se permiten conectar una gran cantidad de ordenadores con posibilidad de transferencia de datos a alta velocidad y a bajos costos. Es en este contexto que aparece el concepto de "Sistemas Distribuidos" que se ha popularizado tanto en la actualidad y que tiene como ámbito de estudio las redes como ser Internet, redes de teléfonos móviles, redes corporativas, etc. En la actualidad, las organizaciones son cada vez más dependientes de estas redes y un problema que las afecte (por mínimo que sea) puede llegar a comprometer la continuidad de las operaciones. La falta de medidas de seguridad en las redes es un problema que está en crecimiento. Cada vez es mayor el número de atacantes y cada vez están más organizados, por lo que van adquiriendo día a día habilidades más especializadas que les permiten obtener mayores beneficios. Tampoco deben subestimarse las fallas de seguridad provenientes del interior mismo de la organización. Los "incidentes de seguridad" crecen a la par de la masificación del Internet y de la complejidad del software desarrollado. Hay una necesidad apremiante de medidas para garantizar la privacidad, integridad y disponibilidad de recursos en los sistemas distribuidos. Los ataques contra la seguridad toman las formas de escuchas, suplantación, modificación y denegación de servicio. Los diseñadores de sistemas distribuidos seguros deben tratar con interfaces de servicio desprotegido y redes inseguras en un entorno donde se supone que los atacantes tienen conocimiento sobre los algoritmos empleados para desplegar los recursos computacionales. La propia complejidad de la red es una dificultad para la detección y corrección de los múltiples y variados problemas de seguridad que van apareciendo. En medio de esta variedad, han ido aumentando las acciones poco respetuosas de la privacidad y de la propiedad de recursos y sistemas. Hackers, crackers, entre otros, han hecho aparición en el vocabulario ordinario de los usuarios y de los administradores de las redes. Analizaremos mecanismos, técnicas y herramientas como la criptografía para poder combatir con esta gran variedad de amenazas y brindar una mayor seguridad en los mencionados Sistemas Distribuidos. 2

3 Sistemas Distribuidos Desde el inicio de la era de la computadora moderna (1945), hasta cerca de 1985, solo se conocía la computación centralizada. A partir de la mitad de la década de los ochenta aparecen dos avances tecnológicos fundamentales: Desarrollo de microprocesadores poderosos y económicos con arquitecturas de 8, 15, 32 y 64 bits. Desarrollo de redes de área local (LAN) de alta velocidad, con posibilidad de conectar cientos de máquinas a velocidades de transferencia de millones de bits por segundo (mb/seg.). Aparecen los sistemas distribuidos, en contraste con los sistemas centralizados. Seguridad Informática En los últimos años, el 60% de las organizaciones han sufrido incidentes que perturban su seguridad y los ataques cada vez evolucionan más rápido. A continuación se muestran gráficos realizados en el año 2003 que indican cómo ya empezaban a crecer dichos ataques. 3

4 En la actualidad, la seguridad informática ha adquirido gran auge, dadas las cambiantes condiciones y las nuevas plataformas de computación disponibles. La posibilidad de interconectarse a través de redes, ha abierto nuevos horizontes que permiten explorar más allá de las fronteras de la organización. Esta situación ha llevado a la aparición de nuevas amenazas en los sistemas computarizados. Consecuentemente, muchas organizaciones gubernamentales y no gubernamentales internacionales han desarrollado documentos y directrices que orientan en el uso adecuado de estas destrezas tecnológicas y recomendaciones con el objeto de obtener el mayor provecho de estas ventajas, y evitar el uso indebido de las mismas. Esto puede ocasionar serios problemas en los bienes y servicios de las empresas en el mundo. En este sentido, las políticas de seguridad informática surgen como una herramienta organizacional para concientizar a cada uno de los miembros de una organización sobre la importancia y la sensibilidad de la información y servicios críticos que favorecen el desarrollo de la organización y su buen funcionamiento. 4

5 Políticas de seguridad y mecanismos que hacen cumplirlas Como se mencionaba anteriormente, las políticas de seguridad son planes de acciones o documentos que se utilizan como herramienta organizacional para afrontar riesgos de seguridad. La distinción entre ellas y los mecanismos de seguridad es de utilidad cuando se diseñan sistemas seguros, pero no es fácil estar seguro de que cierto conjunto de mecanismos de seguridad implementan completamente las políticas de seguridad deseadas. A continuación se presenta un modelo de seguridad diseñado para ayudar en el análisis de las amenazas de seguridad potenciales en un sistema distribuido. Se resume el modelo de seguridad como sigue: Los procesos encapsulan recursos y acceden a comunicarse con los clientes a través de sus interfaces. Los usuarios u otros procesos pueden estar autorizados para operar sobre los recursos y estos deben estar protegidos contra accesos no autorizados. Los procesos interactúan en la red, que es compartida. Los enemigos o atacantes pueden acceder a la red y podrán copiar, leer o introducir mensajes arbitrarios, dirigidos hacia cualquier destino y simular que provienen de cualquier otro. Este modelo de seguridad identifica las características de los sistemas de seguridad expuestos a ataques. Amenazas y Ataques En la mayoría de los tipos de redes locales es fácil construir un programa sobre un computador conectado para que obtenga copias de los mensajes transmitidos entre computadores. Otras amenazas son más sutiles; un programa podría situarse a sí mismo en lugar del auténtico servidor de archivos y así obtener copias de información confidencial que los clientes, inconscientemente, envían para su almacenamiento. Además del peligro de daño de información pueden aparecer reclamaciones fraudulentas contra el propietario de un sistema que no sea demostrablemente seguro. Para evitarlo, el propietario debe desacreditar la reclamación mostrando que el sistema es seguro contra tales violaciones, o produciendo un registro histórico de todas las transacciones. Un ejemplo es el débito fantasma en los cajeros automáticos. La mejor respuesta de un banco es proporcionar un registro de la transacción firmado digitalmente por el titular de la cuenta, que no pueda ser falsificado. La principal meta de la seguridad es restringir el acceso a la información y los recursos de modo que sólo tengan acceso aquellos que estén autorizados. Las amenazas de seguridad se dividen en tres clases: Fuga: la adquisición de información por receptores no autorizados. Alteración: la modificación no autorizada de información. Vandalismo: interferencia en el modo de operación adecuado de un sistema, sin ganancia para el responsable. 5

6 Los ataques en los sistemas distribuidos dependen de la obtención de acceso a los canales de comunicación. Los métodos de ataque pueden clasificarse en función del modo en que se abusa del canal: Fisgar: obtener copias sin autorización. Suplantar: enviar o recibir mensajes utilizando la identidad de otro sin su autorización. Alterar mensajes: interceptar mensajes y alterar sus contenidos antes de pasarlos al receptor. Reenviar: almacenar mensajes interceptados y enviarlos más tarde. Denegación de servicio: desbordar un canal o recurso para impedir que otros accedan a él. Los ataques victoriosos dependen del descubrimiento de agujeros en la seguridad de los sistemas y estos problemas son comunes en los sistemas de hoy. Cuando se diseñó Internet y los sistemas conectados a ella, la seguridad no era una prioridad. Los diseñadores probablemente no tenían un concepto adecuado de la escala en que crecería Internet. La incorporación de medidas de seguridad requiere ser cuidadoso con la etapa de diseño. Los mecanismos de seguridad no pueden protegernos contra una clave de acceso mal elegida o custodiada. Pero para sistemas que incluyan programas móviles y sistemas cuya seguridad sea sensible a la fuga de información, hay más ataques. Ataques desde código móvil. Varios lenguajes de programación, han sido diseñados para permitir la descarga de programas desde servidores remotos y así lanzar procesos que se ejecutan localmente. En este caso, las interfaces internas y los objetos del interior de un proceso en ejecución pueden quedar expuestos a un ataque por código móvil. Java es el lenguaje de este tipo más conocido. La Máquina Virtual Java (JVM) se diseñó con el código móvil. A cada aplicación se le da su propio entorno de ejecución. Cada entorno tiene un gestor de seguridad que determina qué recursos están disponibles para la aplicación. Cuando un usuario ejecuta un programa como un visualizador web que descarga código móvil para ser utilizado localmente en su nombre, no hay ninguna buena razón para confiar en que éste se comporte de una forma responsable. Para proteger a los usuarios contra código no fiable la mayoría de los navegadores especifican que los applets no puedan acceder a archivos locales, impresoras o sockets de red. JVM toma dos medidas para proteger el entorno local: 1 - Las clases descargadas se almacenan separadas de las clases locales. 2 - Se comprueba la validez de los bytecodes. El bytecode Java válido se compone de instrucciones de máquina virtual Java de un conjunto especificado. Las instrucciones 6

7 también se comprueban para asegurar que no producen ciertos errores cuando se ejecuta el programa, tales como el acceso ilegal a ciertas posiciones de memoria. A pesar de la inclusión de mecanismos de comprobación de tipo y de validación de código, los mecanismos de seguridad incorporados a los sistemas de código móvil aún no dan el mismo nivel de confianza en su efectividad que los usados para proteger los canales e interfaces de comunicación. Esto es así porque la construcción de un entorno para la ejecución de programas ofrece muchas oportunidades de error, y es difícil tener la certeza de que se han evitado todos. Fugas de información. Si pudiera observarse la sucesión de mensajes en la comunicación entre dos procesos, sería posible vislumbrar información importante aún de su sola existencia. Hay muchas formas sutiles de fugas de información, algunas maliciosas y otras que son consecuencia de errores inadvertidos. El potencial de las fugas aparece cuando se pueden observar los resultados de un cómputo. La aproximación empleada es la asignación de niveles de seguridad a la información y los canales, y analizar el flujo de información hacia los canales con el objetivo de asegurar que la información de alto nivel no fluya hacia los canales de bajo nivel. Seguridad de las Transacciones Electrónicas Muchas aplicaciones de internet en la industria, el comercio y demás implican transacciones que dependen de la seguridad, como ser: hay muchos usos del correo en que los mensajes deben ser confidenciales (como enviar un número de tarjeta de crédito), o los contenidos y el emisor del mensaje deben estar autenticados. Compra de bienes y servicios: estas transacciones son usuales. Los compradores seleccionan bienes y pagan por ellos empleando la Web, luego le son enviados por un mecanismo de reparto. Transacciones bancarias: también conocidas como transacciones financieras, en las cuales, los bancos electrónicos ofrecen a los usuarios todos los servicios que proporcionan los bancos convencionales. Micro-transacciones: Internet se presta a proporcionar pequeñas cantidades de información y otros servicios hacia sus clientes. Por ejemplo, el acceso a la mayoría de las páginas web no exige ningún pago, pero el desarrollo del Web como un medio de publicación de alta calidad seguramente depende de hasta qué punto los proveedores de información puedan obtener beneficio de los clientes de esta información. Las transacciones como éstas sólo se pueden realizar de modo seguro cuando se encuentran protegidas contra la revelación de los códigos de crédito durante la transmisión, y contra un vendedor fraudulento que obtenga un pago sin intención de proveer bien alguno. 7

8 Una política de seguridad sensata para vendedores y compradores de Internet exige los siguientes requisitos: 1. Autenticación del vendedor al comprador. 2. Mantenimiento del número de tarjeta de crédito y otros detalles del comprador bajo secreto, y asegurar que se transmiten de forma inalterada del comprador al vendedor. 3. Si los bienes se encuentran en una forma útil para su descarga, asegurar que su contenido llega al comprador sin alteración y sin ser desvelados a terceras partes. 4. Autenticar la identidad del titular de la cuenta hacia el banco antes de darle acceso a su cuenta. Las necesidades de seguridad de las transacciones bancarias que emplean una red abierta son similares a las de las transacciones de compra, con el titular de la cuenta y el banco como vendedor, por ello puede que sea necesario realizar dicha autenticación. En esta situación es importante para el banco estar seguro de que el titular de la cuenta no pueda negar haber participado en una transacción. A esto se le da el nombre de no repudio. El comercio en Internet es una aplicación importante de las técnicas de seguridad, pero no es ciertamente la única. Es una necesidad cuando se quiere que dos computadores sean utilizados por individuos u organizaciones para almacenar y comunicar información importante. Criptografía La criptografía proporciona la base para la mayoría de los sistemas de seguridad de los computadores. La necesidad de comunicaciones militares seguras y la correspondiente necesidad del enemigo de interceptarlas y desencriptarlas ha fomentado la inversión de mucho esfuerzo intelectual por parte de los mejores cerebros matemáticos de cada época. Pero sólo en tiempos recientes la criptografía emerge de la trastienda en la que fue puesta por dirigentes políticos y militares que solían controlar su desarrollo y su aplicación. Hoy en día es un tema de investigación abierto y con una comunidad de investigadores amplia y muy activa trabajando sobre ella. La reciente apertura es, en su mayor medida, resultado del importante crecimiento del interés en las aplicaciones no militares de la criptografía y los requisitos de seguridad de los sistemas de computadores distribuidos. Esto desembocó, por primera vez, en la existencia de una comunidad autosuficiente de criptógrafos fuera del entorno militar. Irónicamente, ésta apertura al público de la criptografía ha traído consigo un mayor avance de las técnicas criptográficas, su resistencia a los ataques criptoanalíticos y la comodidad con la que se despliegan las medidas criptográficas. La criptografía de clave pública es fruto de esta apertura. Un ejemplo más es el algoritmo de encriptación estándar DES, que fue inicialmente un secreto militar y su eventual publicación y los esfuerzos exitosos para romperlo han traído consigo el desarrollo de algoritmos de encriptación de clave secreta mucho más resistentes. 8

9 La encriptación es el proceso de codificación de un mensaje de forma que queden ocultos sus contenidos. La criptografía moderna incluye algunos algoritmos seguros de encriptación y desencriptación de mensajes. Todos ellos se basan en el uso de ciertos secretos llamados claves. Una clave criptográfica es un parámetro empleado en un algoritmo de encriptación de manera que no sea reversible sin el conocimiento de una clave. Hay dos clases principales de algoritmos de encriptación de uso general: Con uso de claves secretas compartidas: donde el emisor y el receptor deben compartir el conocimiento de una clave y ésta no debe ser revelada a ningún otro. Con uso de pares de claves pública/privada: donde el emisor de un mensaje emplea una clave pública, difundida previamente por el receptor, para encriptar el mensaje, es decir, el receptor emplea la clave privada correspondiente para desencriptar el mensaje. A pesar de que una multitud pudiera examinar la clave pública, solamente el receptor puede desencriptar el mensaje, gracias a su clave privada. Los algoritmos de encriptación de clave pública requieren usualmente de 100 a veces más potencia de procesamiento que los algoritmos de clave secreta, aunque hay situaciones en las que su conveniencia compensa esta desventaja. FINES DE LA CRIPTOGRAFÍA La criptografía juega tres papeles principales en la implementación de los sistemas seguros: Secreto e integridad: se emplea para mantener el secreto y la integridad de la información dondequiera que pueda estar expuesta a ataques potenciales. Este uso se corresponde con su papel tradicional en las actividades militares y de inteligencia. 9

10 Se explota el hecho de que un mensaje encriptado con una clave de encriptación particular sólo puede ser desencriptado por un receptor que conozca la correspondiente clave de desencriptación. De esta manera se conseguirá el secreto del mensaje encriptado en la medida de que la clave de desencriptación no esté comprometida y a condición de que el algoritmo de encriptación sea suficientemente fuerte como para derrotar cualquier posible intento de romperlo. Autenticación: La criptografía se emplea como base de los mecanismos para autenticar la comunicación entre pares de principales (personas o procesos). Un principal que desencripta un mensaje con éxito empleando una clave particular puede presuponer que el mensaje es auténtico si contiene una suma de chequeo correcta o, si se emplea el modo de encriptación de encadenamiento de bloques. Éstos podrán inferir que el emisor del mensaje estaba en posesión de la clave de encriptación correspondiente y entonces deducir la identidad del emisor, siempre que la clave sólo sea conocida por las dos partes. En resumen, si las claves se mantienen en secreto, una desencriptación con éxito da fe de que el mensaje desencriptado proviene de un emisor concreto. Firmas digitales: Ésta emula el papel de las firmas convencionales, verificando a una tercera parte que un mensaje o un documento es una copia inalterada producida por el firmante. Las técnicas de firmas digitales se basan en una modificación irreversible sobre el mensaje o el documento de un secreto que únicamente conoce el firmante. Esto se puede lograr encriptando el mensaje; o mejor, una forma comprimida del mensaje denominada resumen (Digest), empleando una clave sólo conocida por el firmante. Un resumen es un valor de longitud fija calculado mediante la aplicación de una función de resumen segura. Un resumen seguro es similar a una función de chequeo, con la diferencia de que es muy difícil que dos mensajes diferentes produzcan el mismo resumen. El resumen resultante encriptado actúa como una firma que acompaña el mensaje. La firma se suele encriptar mediante un método de clave pública: el firmante genera una firma con su clave privada; la firma puede ser desencriptada por el receptor utilizando la correspondiente clave pública. Hay un requerimiento adicional: el verificador de la firma debe asegurarse de que la clave pública que emplea es la que realmente pretende el firmante. ALGORITMOS CRIPTOGRÁFICOS: Un mensaje puede encriptarse mediante la aplicación de alguna regla que 10

11 transforme el texto claro del mensaje a un texto cifrado o criptograma (esto lo realiza el emisor). El receptor debe conocer la regla inversa para transformar el texto cifrado en el texto original, mientras que el resto de los principales deben ser incapaces de descifrar el mensaje, a menos que conozcan esta regla inversa. La transformación de encriptación se define mediante dos elementos: una función E y una clave K. El mensaje resultante encriptado se escribe {M} k. E(K,M) = {M} k La función de encriptación E define un algoritmo que transforma los datos de texto en datos encriptados al combinarlos con la clave y transformándolos de un modo que depende fuertemente del valor de la clave. Podemos pensar en un algoritmo de encriptación como en una especificación de una familia grande de funciones, de la que seleccionamos un miembro particular mediante una clave dada. La desencriptación se lleva a cabo empleando una función inversa D, que también toma como parámetro una clave: D(K, E(K, M))=M Debido a este uso simétrico de las claves, a menudo se habla de la criptografía de clave secreta como criptografía simétrica, mientras que la criptografía de clave pública se denomina asimétrica debido a que las claves empleadas para el encriptado y el desencriptado son diferentes. Algoritmos simétricos: Si eliminamos de la consideración el parámetro de la clave y definimos F k ([M]) = E(K, M), una propiedad de las funciones de encriptación robustas es que F k ([M]) sea relativamente fácil de calcular, mientras que la inversa, F k -1 ([M]) sea tan difícil de calcular que no sea factible. Tales funciones se las conoce como funciones de un solo sentido. La efectividad de cualquier método para encriptar información depende del uso de una función de encriptación F k que posea esta propiedad de irreversibilidad. Es esta propiedad la que protege a M de ser descubierto dado {M} k. Algoritmos asimétricos: Cuando se emplea un par de claves pública / privada, las funciones de un solo sentido se explotan de otra forma. La base de todos los esquemas es la existencia de funciones de puerta falsa. Una función de puerta falsa es una función de un solo sentido con una salida secreta: es fácil calcularla en una dirección pero impracticable calcular su inversa a menos que se conozca un secreto. El par de claves necesario para los algoritmos asimétricos se deriva de una raíz común. Para el algoritmo RSA, la raíz es un par de números primos muy grandes que se eligen arbitrariamente. Cifradores de bloque. La mayoría de los algoritmos de encriptación operan sobre bloques de datos de tamaño fijado: 64 bits es un tamaño de bloque popular. Cada mensaje se subdivide en bloques, el último bloque se rellena hasta la longitud estándar si fuera necesario y cada bloque se encripta independientemente. El primer bloque está listo para ser transmitido tan pronto como haya sido encriptado. Para un simple cifrador de bloque, el valor de cada bloque del criptograma no 11

12 depende de los bloques precedentes. Esto constituye una debilidad, dado que un atacante puede reconocer patrones repetidos e inferir su relación con el texto en claro. Tampoco se garantiza la integridad de los mensajes; debido a esto la mayoría de los algoritmos de cifrado de bloque emplean un encadenamiento de bloques de cifrado (cipher block chaining, CBC). Encadenamiento de bloques de cifrado: En el modo de encadenamiento de bloques de cifrado, cada bloque de texto en claro se combina con el bloque de criptograma precedente empleando la operación 0-exclusivo (XOR) antes de encriptarlo. En el desencriptado, el bloque se desencripta y se efectúa una operación XOR con el bloque encriptado precedente obteniendo el nuevo bloque de texto en claro. Esto es posible porque la operación XOR es idempotente (dos aplicaciones sucesivas producen el mismo valor). Con el CBC se pretende impedir que dos porciones idénticas de texto en claro deriven en dos porciones de código encriptado iguales. Para prevenir esto, necesitamos insertar un trozo de texto en claro diferente a la cabeza de cada mensaje, tal texto se denomina vector de iniciación. Un número conteniendo la fecha y la hora del mensaje sirve bien como vector de iniciación, y fuerza a que cada mensaje comience con un bloque de texto en claro diferente. El uso del modo CBC se restringe a la encriptación de datos que se transmiten a lo largo de una conexión fiable. El desencriptado fallará si se pierde cualquiera de los bloques del criptograma dado que el proceso de desencriptado será incapaz de desencriptar bloques a partir de ese momento. Cifradores de flujo: Para algunas aplicaciones, tales como el encriptado de conversaciones telefónicas, la encriptación en bloques es inapropiada porque los flujos de datos se producen en tiempo real en pequeños fragmentos. Las muestras de datos pueden ser tan pequeñas como de 8 bits o incluso de 1 bit, y sería un desperdicio rellenar el resto de los 64 bits antes de encriptar y transmitirlos. Los cifradores de flujo son algoritmos de encriptado que pueden realizar la encriptación incrementalmente, convirtiendo el texto en claro en texto criptografiado bit a bit. Esto se logra construyendo un generador del flujo de clave. Un caudal de clave es una secuencia de bits de tamaño arbitrario que puede emplearse para oscurecer los contenidos de un caudal de datos combinando el caudal de clave con el caudal de datos mediante la función XOR. Si el caudal de clave es seguro, el caudal de datos encriptados también lo será. Se puede construir un generador del caudal de clave iterando una función matemática sobre un rango de valores de entrada para producir un caudal continuo de valores de salida. Los valores de salida se concatenan entonces para construir bloques de texto en claro, y los bloques se encriptan empleando una clave compartida por el emisor y el receptor. Para conservar la calidad de servicio del caudal de datos, los bloques del flujo de clave deberían producirse con un poco de antelación sobre el momento en que vayan a ser empleados, además el proceso que los produce no debiera exigir demasiado esfuerzo de procesamiento como para retrasar el caudal de datos. Diseño de algoritmos criptográficos: Existen muchos algoritmos criptográficos bien diseñados tales que E(K, M) = {M} k oculta el valor de M y resulta prácticamente imposible recuperar K con mejor éxito que el que proporciona la fuerza bruta. Todos 12

13 los algoritmos de encriptación se apoyan en manipulaciones que preservan la información de M y emplean principios basados en la teoría de la información que describe los principios de confusión y difusión para el ocultamiento del contenido del bloque de criptograma M, combinándolo con una clave K de tamaño suficiente para ponerlo a prueba de ataques por fuerza bruta. Confusión: Las operaciones de carácter no destructivo como XOR y el desplazamiento circular se emplean para combinar cada bloque de texto en claro con la clave, produciendo un nuevo patrón de bits que oscurece la relación entre los bloques de M y los de {M}k. Difusión: En el texto en claro es normal que aparezcan repeticiones y redundancias. La difusión disipa la existencia de patrones regulares mediante la transposición de partes de cada bloque de texto en claro. Si se emplea CBC, la redundancia también se distribuye a lo largo de un texto suficientemente grande. Los cifradores de caudal no pueden emplear difusión dado que no hay bloques. ALGORITMOS DE CLAVE SECRETA (SIMÉTRICOS) Describiremos a continuación tres de ellos: TEA: se ha escogido por la simplicidad de su diseño e implementación. DES: ha sido un estándar nacional de los EE.UU., aunque su interés es histórico dado que sus claves de 56 bits son demasiado reducidas para resistir un ataque por fuerza bruta con el hardware actual. IDEA: emplea una clave de 128 bits y es, probablemente, el algoritmo de encriptación simétrico de bloques más efectivo y una elección muy acertada para el encriptado en masa. TEA: Los principios de diseño para los algoritmos simétricos que se delinearon anteriormente se ven ilustrados en Tiny Encryption Algorithm (TEA, pequeño algoritmo de encriptación). 13

14 El algoritmo TEA emplea vueltas de sumas enteras, XOR y desplazamientos lógicos de bits, para obtener la difusión y confusión de los patrones de bits en el texto en claro. El texto en claro es un bloque de 64 bits representado como dos enteros de 32 bits en el vector de texto [ ]. La clave tiene 128 bits representada como cuatro enteros de 32 bits. Esta clave es segura contra los ataques de fuerza bruta. En cada una de las 32 etapas, se combinan repetidamente las dos mitades del texto con porciones desplazadas de la clave y entre sí en las líneas 5 y 6 el empleo de XOR sobre porciones del texto desplazada introduce confusión y el desplazamiento e intercambio de las dos porciones del texto introduce difusión. La función de desencriptado es la inversa de función de encriptación. DES: El Estándar de Encriptación de Datos (Data Encryption Standar), es el más usado para aplicaciones gubernamentales y de negocios. En este estándar la función de encriptación proyecta un texto en claro de 64 bits usando una clave de 56 bits. El algoritmo tiene 16 etapas dependientes de claves conocidas como Vueltas en las que el dato a encriptar se rota bit a bit un número de veces que depende de la clave y tres transposiciones no dependientes de la clave. Sobre los computadores de los años setenta y ochenta, el algoritmo suponía un coste computacional no despreciable, y consecuentemente fue implementado en hardware VLSI con su consiguiente aplicación en interfaces de red y demás dispositivos de comunicación. A pesar de que aún se emplea en muchas aplicaciones comerciales y de otro tipo, DES, en su forma básica, debe considerarse obsoleta para la protección de aquello que no sea información de bajo interés. En la práctica se utiliza un sistema conocido como triple-des (o 3DES). Este método conlleva la aplicación repetida de DES con dos claves K 1 y K 2 : E 3DES (K 1, K 2,M)= E DES (K 1, E DES (K 2, E DES,( K 1,M))) Esto proporciona una resistencia contra los ataques por fuerza bruta equivalente a una longitud de clave de 112 bits, proporcionando resistencia suficiente para un futuro previsible a corto plazo, aunque tiene el problema menor de mayores 14

15 requerimientos de cálculo, como resultado de la aplicación repetida de un algoritmo que aisladamente ya es lento para los estándares modernos. IDEA: El Algoritmo de Encriptación de Datos Internacional (International Data Encription Algorithm, IDEA) se desarrolló a comienzos de los años noventa como sucesor del DES. Como TEA, emplea una clave de 128 bits para encriptar bloques de 64 bits. El algoritmo se basa en el álgebra de grupos y tiene ocho vueltas XOR, suma módulo 2 16 y multiplicación. Tanto DES como IDEA emplean una misma función para la encriptación y desencriptación: una propiedad útil para los algoritmos que han de implementarse en hardware. La resistencia de IDEA ha sido analizada extensamente y no se han encontrado debilidades significativas, realiza la encriptación y desencriptación a una velocidad tres veces superior que la de DES. AES: En 1997, el Instituto Nacional para los Estándares y la Tecnología (NIST) publicó una invitación para remitir propuestas de un algoritmo seguro y eficiente que sería adoptado como nuevo Estándar de Encriptación Avanzada (Advanced Encryption Standard, AES). La comunidad de investigación sobre criptografía remitió quince algoritmos como respuesta a la invitación inicial para el AES. Tras una intensa inspección técnica se seleccionaron cinco de ellos para la siguiente fase de evaluación. Todos los candidatos soportaban claves de 128, 192 y 256 bits, siendo todos ellos de altas prestaciones. La evaluación concluyó en mayo del año 2000, cuando se seleccionó un estándar preliminar. ALGORITMOS DE CLAVE PÚBLICA (ASIMÉTRICOS) Hasta la fecha sólo se han desarrollado unos pocos esquemas prácticos de clave pública y estos dependen del uso de funciones de puerta falsa de números grandes para producir las claves. Las claves Ke y Kd son números muy grandes, y la función de encriptación realiza una operación con una exponenciación de M usando una de ellas. La desencriptación es una función similar usando la otra clave: si la exponenciación usa una aritmética modular, puede demostrarse que el resultado es el mismo que el valor original de M; es decir, el algoritmo RSA es ciertamente el algoritmo de clave pública más conocido. RSA: (Rivest, Shamir y Adleman) es un algoritmo cuyo diseño para el encriptador de clave pública se basa en el uso del producto de dos números primos muy grandes (mayores que 10^100). Algoritmos de curvas elípticas: Un algoritmo puede generar pares de claves pública/ privada basándose en las propiedades de las curvas elípticas. Las claves que derivan de una rama diferente de las matemáticas, y a diferencia de RSA su seguridad no dependen de la dificultad de la factorización de números grandes. En cambio las claves cortas son seguras, y los requisitos de procesamiento para la encriptación y la desencriptación son menores. Podrían ser adoptados más ampliamente en el futuro, especialmente en sistemas como los que incorporan los dispositivos móviles, con recursos de procesamiento limitados. 15