CryptoByn: Un sistema de Encriptación basado en la aleatoriedad

Transcripción

1 CryptoByn: Un sistema de Encriptación basado en la aleatoriedad Autor: Diego Sarmentero Abstract La criptología consiste en el estudio de los sistemas de cifrado, teniendo como objectivo ocultar el contenido de un mensaje que se desea transmitir. Esto que así dicho parece no revestir mayor importancia, ha crecido hasta configurarse como uno de los focos de mayor atención de la mayoría de los gobiernos del planeta: En algunos países está directamente prohibido el uso de encriptación de mensajes (como Francia o China, por ejemplo), en otros como Estados Unidos está fuertemente controlado, impidiéndose la exportación de programas encriptadores al considerarse por el Acta de Control de Exportación de Armas (Arms Export Control Act) como incluida en su lista, junto a misiles, bombas y armamento diverso. Lo que aquí se detallara es el funcionamiento de esta herramienta llamada CryptoByn, cuyas caracteristicas basadas en la aplicación de filtros aleatorios, asegura la obtención de mensajes continuamente diversos, con el fin de eliminar cualquier patron que pudiera generarse para un futuro criptoanalisis.

2 1. Introducción La criptología, el estudio de los sistemas de comunicaciones secretas, esta constituida por dos campos de estudio complementarios: Criptografia: Diseño de sistemas de comunicaciones secretas. Criptoanalisis: Estudio de las formas de transgredir los sistemas de comunicaciones secretas. La importancia de la encriptación podria no parecer evidente para una persona que recien se inicia en el tema, sin embargo, en el ambito de las comunicaciones digitales cada vez mas crecientes en la actualidad, donde a traves de internet podemos hacer practicamente lo que sea, y nuestros datos personales, ya sea desde nuestro nombre o e mail, hasta nuestro numero de cuenta bancaria, son ingresados en distintas paginas web para realizar distintas transacciones, la encriptación se vuelve un mecanismo de vital importancia. La criptografia esta destinada mas que nada a hacer las comunicaciones seguras. Cuando transmitimos información por internet, el contenido de nuestro mensaje se divide en paquetes y este suele ser enviado por el protocolo principal por el cual se transmite información que viaja por la red (TCP/IP, Transfer Control Protocol/Internet Protocol), de esta manera estos paquetes que enviamos viajan por la red hasta llegar a su destino y recomponerse en el contenido original del mensaje. Cual es el problema de todo esto?, el mensaje que ha sido enviado no tiene ningun tipo de encriptación, entonces cualquier persona que intercepte estos paquetes durante su camino, puede simplemente ver el contenido que poseen y manipular su información. Llevando lo expuesto al ambito del envio de e mails personales, transacciones bancarias via web, intercambio de archivos confidenciales, etc.; Es donde comenzamos a ver la necesidad de algun mecanismo que nos permita proteger nuestros datos en el desarrollo de cualquier comunicación. La idea de todo esto es conseguir que aunque nuestros mensajes puedan ser interceptados, resulten totalmente ininteligibles. Y esto se consigue con la criptografia.

3 2. Metodologia El principal objetivo de este proyecto es lograr el desarrollo de un algoritmo basado en la aplicación de filtros de naturaleza aleatoria que permita entre tantas cosas la eliminación de patrones del idioma en el mensaje original para asegurar desde un comienzo que se esta quitando una de las formas mas comunes para realizar criptoanalisis, entre otras cosas. De esta forma el algoritmo se va desarrollando como una secuencia de procesos que se ejecutan unos sobre otros, y al ser cada uno de estos de naturaleza aleatoria, incrementa aun mas al finalizar cada suceso la aleatoriedad del mensaje obtenido en cada etapa. El algoritmo aprovecha el uso de combinatorios y permutaciones matematicas para el manejo de estos filtros, los cuales son generados y calculados para cada mensaje a encriptar y se guardan ocultos dentro del mensaje mismo. La ventaja que plantea este algoritmo es que a pesar que actualmente trabaja con una clave simetrica, cada mensaje encriptado sera siempre distinto ya que la probabilidad de que los filtros se combinen exactamente de la misma forma es increiblmente baja, por no decir casi imposible, ya que el uso de estos procesos aleatorios en forma secuencial va aumentando exponencialmente la complejidad de la encriptación. Cabe destacar que el algoritmo en si no es solo la implementación de un metodo nuevo, sino que hace uso, modificación y combinación de procesos de encriptación ya existentes, asi como tambien agrega unos propios. 2.1 Proceso de Uniformidad En los primeros filtros lo que se busca es quitar las tipicas huellas del lenguaje, ya sean diferencias entre minusculas y mayusculas, los distintos espacios en blanco que nos ayudan a determinar la longitud de las palabras, la probabilidad de repetición de determinadas letras dependiendo del lenguaje y la longitud del mensaje total, para ello se trata al texto como un mapa de bits dependiendo de la caracteristica a eliminar y luego de la aplicación de determinado filtro, los datos para la futura desencriptación, se guardan haciendo referencias a las distintas posiciones dentro del texto, expresando estos numeros en un sistema numerico en base 64. A su vez se van generando caracteres aleatorios tomando como base aquellos caracteres con menor probabilidad de repetición para cubrir los caracteres especiales que se desean eliminar luego de haber guardado su información en el paso anterior. El texto se normaliza completamente en bloques iguales, los cuales dependen de la cantidad de caracteres originales que poseia el texto, completando de ser necesario los bloques a cierto tamaño siempre que el texto original no coincida con la cantidad de caracteres por bloques por defecto a trabajar. Todos estas etapas dentro del proceso mencionadas tienen como finalidad justamente, la eliminación de las tipicas pistas que pueden utilizarse para realizar un criptoanalisis no autorizado y obtener el mensaje original. 2.2 Sustitución y Distribución Luego de obtener los bloques uniformes, con ciertos tratamientos realizados, se procede a las siguientes etapas.

4 En esta etapa se aplican 2 metodos de encriptación bastante conocidos con la particularidad que como se menciono antes, la aplicación de estos mismos tendra un impulsador que establecera la forma en que actuaran de manera aleatoria. La sustitución consiste simplemente en intercambiar un carácter por otro basado en algun tipo de regla que contemple a todos los casos de una forma ordenada y pueda ser luego calculada la inversa del proceso para la desencriptación. La distribución se encargara de tomar diversos puntos de la totalidad del bloque de caracteres y distribuirlos en distintas posiciones dentro del mensaje obtenido, separando los caracteres contiguos y logrando una mayor diversidad en los mensajes que puedan ir generandose. Esta etapa en si, es un proceso intermedio entre la busqueda de uniformidad del mensaje y el proceso de encriptación central del algoritmo. 2.3 Encriptación por Combinación y Permutación En este proceso se centra principalmente este algoritmo, el cual consiste en dividir el mensaje obtenido hasta este momento en un numero N de partes desiguales, y estos subconjuntos de caracteres obtenidos son reordenados de forma aleatoria en relación a otro conjunto aun mas grande. Bloque Completo de Texto Luego de la división: Imagen 1: División de bloques de texto E V A K M F Subconjunto 1 Nuevo Conjunto Imagen 2: Asignación de los elementos de uno de los subconjuntos obtenidos dentro de otro conjunto mayor.

5 Esta operación de reordenar los caracteres en un grupo mas grande se corresponde a la Combinatoria en matematica, la ventaja que presenta es la gran cantidad de combinaciones que se pueden dar, logrando que el mismo mensaje encriptado varias veces de resultados variados, y que al intentar realizar un criptoanalisis del texto, se vuelva imposible por todas las combinaciones posibles resultantes. Al tratar de obtener las combinaciones posibles de un grupo en relacion a otro mas grande, la formula para calcular las combinaciones seria la siguiente: Conjunto A = Cardinalidad n Conjunto B = Cardinalidad p Combinaciones = p (p 1) (p 2)... (p (n 1) ) Pero teniendo en cuenta que ningun elemento del segundo conjunto (cuyos elementos corresponderian a ordenes) quedaria libre, ya que se completaria con caracteres aleatorios, seria como decir que completamos el primer conjunto para que su cardinalidad sea igual a la del segundo y luego obtenemos las combinaciones posibles, lo que seria igual a: Combinaciones = n! (n = cardinalidad de los conjuntos) Para 60 caracteres, las combinacios posibles serian: 60! = 8, e 81 Teniendo en cuenta que los bloques que se trabajan son de 500 caracteres, y que el factorial crece muy rápidamente, calcular las combinaciones posibles y realizar el proceso de desencriptación para cada una de estas combinaciones se vuelve extremadamente dificil de realizar. Y como siguiente paso, a estos subconjuntos obtenidos se los ordena de forma aleatoria en base a lo que seria una permutación matematica, teniendo para 8 subconjuntos por ejemplo: 8! = permutaciones posibles. Cuyas posibilidades se ven multiplicadas por las posibilidades de los combinatorios ya aplicados y los resultados de cada una de las etapas aleatorias que hicieron intervención en el mensaje a traves de la aplicación de los distintos filtros teniendo cada uno un generador de orden aleatorio, generando aun mas combinaciones posibles, y siendo estas inmensamente dificiles de calcular.

6 2.4 Persepectiva Este metodo busca eliminar cualquier tipo de congruencia en el texto obtenido, y para esto lo que hace es (simbolicamente) formar un cubo con el mensaje obtenido y partiendo de alguna de las aristas del cubo, comenzar a analizar los caracteres en forma de helice combinandolos con el siguiente en la serie de forma binaria para obtener un carácter totalmente distinto. Esto a su vez tiene la ventaja sobre un intento de desencriptación no autoriza, que al no conocer cuales fueron las caras del cubo que se utilizaron, y cual fue el sentido en el que se desarrollo la helice, las combinaciones binarias entre caracteres que se pueden formar pueden ser cualquiera que una persona se pueda plantear, lo que una vez mas genera en la persona intentando hacer un criptoanalisis no autorizado una incertidumbre total con respecto al punto de partida. 2.5 Variables y Claves Toda variable o clave interveniente en cada uno de los procesos es asignada a distintos puntos dentro del mensaje que se va encriptando, para que al recibir el mensaje encriptado, el algoritmo haga una recolección de las claves reconociendolas según la orientación dentro del mensaje para luego reconstruir las condiciones aleatorias en la que se aplicaron los filtros y poder realizar el proceso inverso.

7 3. Analisis CryptoByn tiene como objetivo lograr que el usuario sea totalmente ajeno a la creación de claves, incrementando la seguridad y a la vez permitiendo que por mas que las capacidades de calculo de las computadoras incrementen, sea imposible desencriptar un mensaje sin los permisos necesarios, ya que la probabilidad de determinar las claves y cuales fueron los ordenes en el que fueron aplicadas sea extremadamente baja, teniendo que incluir para esto en cada intento de desencriptación no solo los datos que intervienen en los filtros, sino tambien el factor humano o algun tipo de aplicación que permita evaluar si el resultado tiene sentido, haciendo que el proceso de analisis del mensaje sea aun mas lento. Para intentar lograr esto es que se recurre al uso de la aleatoriedad, mas el uso de los combinatorios que no es que no nos dejan desencriptar algo si no tenemos la clave especifica, por el contrario, permiten una desencriptación virtual del mensaje, ya que los procesos pueden ser aplicables a la inversa con otros valores, pero solo obtendremos despues de haber gastado tiempo de procesamiento un mensaje similar al que estabamos intentando desencriptar, siendo este totalmente ininteligible. 3.1 Contenido Actual CryptoByn en su estado actual encripta mensajes de texto plano, utilizando los filtros antes mencionados. Se ha comprobado realizando un testeo de continua integración de un mismo mensaje que los resultados obtenidos en 100 intentos consecutivos fueron siempre distintos. A su vez el mensaje encriptado por el momento es guardado en un archivo de texto que luego puede ser levantado por el programa y desencriptado. Como inconveniente actual se tiene el hecho de que los filtros para generar claves aleatorias se mueven dentro de cierto rango, bastante amplio, pero no entre posibilidades infinitas de numeros. Asi como tambien el algoritmo en su estado actual funciona mediante una clave simetrica, lo que de cierta forma disminuye la seguridad al tener la clave de desencriptación compartida entre los usuarios que utilicen el sistema, para ello se esta trabajando actualmente en un modelo matematico que a traves de combinatorios permite utilizar claves publicas para la desencriptación. 3.2 Analisis de Procesos Los procesos como ya se menciono, se mueven dentro de ciertos rangos, lo que disminuye el grado de probabilidades de ocurrencia y de mensajes posibles, sin dejar de ser estos de todas formas extremadamente altos. Los procesos cumplen con los objetivos como se propuso, sin embargo por cada proceso que se ejecuta se genera un incremento en cantidad de caracteres del mensaje final produciendo esto para el caso de tener que transmitir el mensaje encriptado una carga mayor en el transporte a traves de la red. Actualmente se esta trabajando en la inserción de un algoritmo que permita evitar un incremento importante en la cantidad final de caracteres como asi tambien en algun metodo de compresión final.

8 3.3 Analisis de Seguridad El algoritmo esta cargado con una seguridad notable en el hecho de que no son aplicables los metodos de desencriptación mas conocidos y que los datos que guarda al estar orientados por la aleatoriedad no son aplicables los estudios de patrones con el estudio de muchos mensajes encriptados, ni con el estudio del mismo mensaje encriptado repetidas veces. No obastante en esta etapa, el reconocimiento de los elementos claves dentro del texto dependen del programa, lo cual esta en proceso de cambio, para que una persona pueda encriptar un mensaje con la seguridad de que ese mensaje no sera desencriptado con solo poseer el programa. 3.4 Analisis de Alcances El software desarrollado en base al algoritmo expuesto actualmente se utiliza para la encriptación de mensajes de texto plano, sin embargo, es aceptable tambien el uso con archivos de tipo binario teoricamente, aunque para lo cual todavia no han sido desarrollado testeo definitorios. En si el algoritmo puede ser implementado en cualquier programa que desee realizar la encriptación de algo que desee transmitir. La generación de una librería basada en este algoritmo que se pueda utilizar con cualquier tipo de programa esta en actual desarrollo.

9 4. Conclusiones El algoritmo promete tener una seguridad innata basada en la aleatoriedad de los procesos y el incremento exponencial de estos resultados aleatorios al ser aplicados estos filtros uno sobre otros. A su vez el trabajo de encriptación desarrollado ha abierto puertas para el trabajo con la compresión de cadenas de tipo aleatorio tanto para ser aplicado sobre este algoritmo, como asi tambien por su significado y aprovechamiento en otros temas. CryptoByn persigue llegar a un estado de desarrollo donde el tiempo de procesamiento necesario para realizar un criptoanalisis sin el conocimiento de las claves de un mensaje encriptado interceptado sea de una magnitud tan grande que se vuelva incalculable aun en el caso de tener multiples servidores trabajando de forma paralela para desencriptar el mensaje, y para ello es que implementa toda esta serie de filtros que no solo dependen del numero generado al azar, sino tambien de cual fue su orden de implementación, etc.

10 5. Trabajos Futuros Como trabajos futuros se han detectado los siguientes inconvenientes necesarios de mejorar: Reducir el tamaño de caracteres del mensaje final encriptado Abstraer aun mas el trabajo de los combinatorios en la aplicación Trabajar con claves publicas. Apoyar aun mas la seguridad del mensaje por parte del algoritmo, y no por parte del programa en la detección de las claves ocultas dentro del mensaje. Algunos de estos items ya se estan trabajando para lograr las correcciones oportunas Y luego como mejoras para promover el uso se esta realizando: La generación de una librería basada en el algoritmo implementable en cualquier software Mayor desarrollo de los procesos para trabajar en un rango infinito de probabilidades de claves a generar.

11 6. Referencias Desmitificando la encriptación (Microsoft) Encriptación de Cadenas (Harvey Triana) Encriptación (Wikipedia) Encriptación de Comunicaciones (Servicio de informatica de la universidad Cantabria) Seguridad y Encriptación (