Protocolos de autenticação e de estabelecimento de chaves são peças fundamentais em implementações de segurança para comunicação de dispositivos eletrônicos. Em aplicações que envolvam dispositivos com poder computacional restrito (tais como smartphones ou tablets) comunicando-se com um servidor, é primordial a escolha de protocolos eficientes e que necessitem de uma infraestrutura mais simples. Neste trabalho selecionamos e implementamos protocolos de acordo de chave seguros nos modelos de criptografia de chave pública baseado em identidade (ID-based) e sem certificado (Certificateless) em plataformas com processadores ARM. Comparamos tempos de execução, utilização de memória e uso do canal de comunicação. / Protocols for authentication and key establishment are fundamental parts in security implementations for electronic devices communication. In applications involving devices with limited computational power (such as smartphones and tablets) communicating with a server, the choice of efficient protocols that require a simpler infrastructure is essential. In this work we select and implement secure key agreement protocols in ID-based and Certificateless public key cryptography models on ARM processor platforms. We also compare running times, memory and network usage.

Dizertační práce se zabývá kryptografickými schématy zvyšující ochranu soukromí uživatelů v systémech řízení přístupu a sběru dat. V současnosti jsou systémy fyzického řízení přístupu na bázi čipových karet využívány téměř dennodenně většinou z nás, například v zaměstnání, ve veřejné dopravě a v hotelech. Tyto systémy však stále neposkytují dostatečnou kryptografickou ochranu a tedy bezpečnost. Uživatelské identifikátory a klíče lze snadno odposlechnout a padělat. Funkce, které by zajišťovaly ochranu soukromí uživatele, téměř vždy chybí. Proto je zde reálné riziko možného sledovaní lidí, jejich pohybu a chovaní. Poskytovatelé služeb nebo případní útočníci, kteří odposlouchávají komunikaci, mohou vytvářet profily uživatelů, ví, co dělají, kde se pohybují a o co se zajímají. Za účelem zlepšení tohoto stavu jsme navrhli čtyři nová kryptografická schémata založená na efektivních důkazech s nulovou znalostí a kryptografii eliptických křivek. Konkrétně dizertační práce prezentuje tři nová autentizační schémata pro využití v systémech řízení přístupu a jedno nové schéma pro využití v systémech sběru dat. První schéma využívá distribuovaný autentizační přístup vyžadující spolupráci více RFID prvků v autentizačním procesu. Tato vlastnost je výhodná zvláště v případech řízení přístupu do nebezpečných prostor, kdy pro povolení přístupu uživatele je nezbytné, aby byl uživatel vybaven ochrannými pomůckami (se zabudovanými RFID prvky). Další dvě schémata jsou založena na atributovém způsobu ověření, tj. schémata umožňují anonymně prokázat vlastnictví atributů uživatele, jako je věk, občanství a pohlaví. Zatím co jedno schéma implementuje efektivní revokační a identifikační mechanismy, druhé schéma poskytuje nejrychlejší verifikaci držení uživatelských atributů ze všech současných řešení. Poslední, čtvrté schéma reprezentuje schéma krátkého skupinového podpisu pro scénář sběru dat. Schémata sběru dat se používají pro bezpečný a spolehlivý přenos dat ze vzdálených uzlů do řídící jednotky. S rostoucím významem chytrých měřičů v energetice, inteligentních zařízení v domácnostech a rozličných senzorových sítí, se potřeba bezpečných systémů sběru dat stává velmi naléhavou. Tato schémata musí podporovat nejen standardní bezpečnostní funkce, jako je důvěrnost a autentičnost přenášených dat, ale také funkce nové, jako je silná ochrana soukromí a identity uživatele či identifikace škodlivých uživatelů. Navržená schémata jsou prokazatelně bezpečná a nabízí celou řadu funkcí rozšiřující ochranu soukromí a identity uživatele, jmenovitě se pak jedná o zajištění anonymity, nesledovatelnosti a nespojitelnosti jednotlivých relací uživatele. Kromě úplné kryptografické specifikace a bezpečnostní analýzy navržených schémat, obsahuje tato práce také výsledky měření implementací jednotlivých schémat na v současnosti nejpoužívanějších zařízeních v oblasti řízení přístupu a sběru dat.

A criptografia de chave pública sem certificado (certificateless) é uma alternativa ao modelo convencional de criptografia assimétrica, pois a autenticação da chave pública ocorre implicitamente durante a execução dos protocolos, sem a necessidade de gerenciamento e distribuição de certificados digitais. Potencialmente reduz custos computacionais e o nível de segurança alcançado é maior quando comparado ao modelo baseado em identidade. Nesta tese de doutorado, modelos formais de segurança para acordo de chave com autenticação sem certificado são aprimorados visando dois objetivos paralelos: (1) aumentar o nível de confiança que usuários podem depositar na autoridade geradora de chaves secretas parciais e (2) viabilizar protocolos que sejam eficientes computacionalmente e com propriedades de segurança relevantes, dentre as quais se inclui resistência a ataques de adversários que têm total controle do canal de comunicação e que podem substituir chaves públicas de usuários por valores arbitrários. Para atestar que as melhorias efetuadas são praticáveis e possibilitam que os objetivos sejam alcançados, novos protocolos são propostos para o caso que envolve dois participantes na comunicação. Os protocolos são provados seguros, usando-se técnica de redução de problemas computacionais. / Certificateless public key cryptography is an alternative model to traditional asymmetric key cryptography, because the public key authentication occurs implicitly during a protocol run, with no need of digital certificates management and distribution. It has the potential to reduce computing costs, and it allows a higher security level than the one in the identity-based model. In this PhD thesis, formal security models for certificateless authenticated key agreement are improved with two independent objectives: (1) to increase the trust level for the partial secret key generating authority on which users rely, and (2) to enable computationally efficient protocols, with significant security properties, such as resistance against attacks from adversaries with full control of the communication channel, and from adversaries who are able to replace users\' public keys by any chosen value. In order to demonstrate that these improvements made are feasible and achieve the objectives, new protocols are proposed in the two-party case. These protocols are proved secure by using reduction techniques for provable security.

A criptografia de chave pública sem certificado (certificateless) é uma alternativa ao modelo convencional de criptografia assimétrica, pois a autenticação da chave pública ocorre implicitamente durante a execução dos protocolos, sem a necessidade de gerenciamento e distribuição de certificados digitais. Potencialmente reduz custos computacionais e o nível de segurança alcançado é maior quando comparado ao modelo baseado em identidade. Nesta tese de doutorado, modelos formais de segurança para acordo de chave com autenticação sem certificado são aprimorados visando dois objetivos paralelos: (1) aumentar o nível de confiança que usuários podem depositar na autoridade geradora de chaves secretas parciais e (2) viabilizar protocolos que sejam eficientes computacionalmente e com propriedades de segurança relevantes, dentre as quais se inclui resistência a ataques de adversários que têm total controle do canal de comunicação e que podem substituir chaves públicas de usuários por valores arbitrários. Para atestar que as melhorias efetuadas são praticáveis e possibilitam que os objetivos sejam alcançados, novos protocolos são propostos para o caso que envolve dois participantes na comunicação. Os protocolos são provados seguros, usando-se técnica de redução de problemas computacionais. / Certificateless public key cryptography is an alternative model to traditional asymmetric key cryptography, because the public key authentication occurs implicitly during a protocol run, with no need of digital certificates management and distribution. It has the potential to reduce computing costs, and it allows a higher security level than the one in the identity-based model. In this PhD thesis, formal security models for certificateless authenticated key agreement are improved with two independent objectives: (1) to increase the trust level for the partial secret key generating authority on which users rely, and (2) to enable computationally efficient protocols, with significant security properties, such as resistance against attacks from adversaries with full control of the communication channel, and from adversaries who are able to replace users\' public keys by any chosen value. In order to demonstrate that these improvements made are feasible and achieve the objectives, new protocols are proposed in the two-party case. These protocols are proved secure by using reduction techniques for provable security.