The emergence of the Internet of Things (IoT) brought about the widespread of Body Sensor Networks (BSN) that continuously monitor patients using a collection of tiny-powered and lightweight bio-sensors offering convenience to both physicians and patients in the modern health care environment. Unfortunately, the deployment of bio-sensors in public hacker-prone settings means that they are vulnerable to various security threats exposing the security and privacy of patient information. This thesis presents an authentication scheme for each of two applications of medical sensor networks. The first is an ECC based authentication scheme suitable for a hospital-like setting whereby the patient is hooked up to sensors connected to a medical device such as an ECG monitor while the doctor needs real-time access to continuous sensor readings. The second protocol is a Chebyshev chaotic map-based authentication scheme suitable for deployment on wearable sensors allowing readings from the lightweight sensors connected to patients to be sent and stored on a trusted server while the patient is on the move. We formally and informally proved the security of both schemes. We also simulated both of them on AVISPA to prove their resistance to active and passive attacks. Moreover, we analyzed their performance to show their competitiveness against similar schemes and their suitability for deployment in each of the intended scenarios.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-03-08T12:29:03Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) JOAO VICTOR DE CARVALHO EVANGELISTA_DISSERTACAO_VERSAO_FINAL_2016.pdf: 4051425 bytes, checksum: c53a5039b8aa3054c77f2ee82a10849f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-08T12:29:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) JOAO VICTOR DE CARVALHO EVANGELISTA_DISSERTACAO_VERSAO_FINAL_2016.pdf: 4051425 bytes, checksum: c53a5039b8aa3054c77f2ee82a10849f (MD5) Previous issue date: 2016-08-16 / Message authentication, which ensures that a received message comes from its acclaimed sender, is of fundamental importance for secure communication systems. We consider in this work a physical layer authentication system employing tag signals embedded in the message to provide a robust authentication method. This work diverges from previous work in the area when it comes to the tag generation method. While the previous works use methods based on cryptographic hash functions or on the channel side information our system employs unidimensional chaotic maps to generate these tags. Due to the loss of information about the initial condition of chaotic maps, we show that they are strong candidates for the tag generation process. We prove that chaotic tags provide a positive lower bound on the unconditional security of the system. Additionally, we calculate the probability of success for three possible attacks to the authentication system: impersonation, substitution and replay.Finally, we analyze how the system parameters affect these probabilities and some performance metrics (bit error rate, outage probability, probability of false negative) and explore the tradeoff between security and performance in order to provide guidelines to design the system. / A autenticação de mensagem, o que garante que uma mensagem recebida vem de seu aclamado remetente, é de fundamental importância para sistemas de comunicação seguros. Neste contexto, considera-se neste trabalho um sistema de autenticação em camada física empregando tags embutidos nas mensagens proporcionando um robusto método de autenticação. Este trabalho diverge de trabalhos anteriores na área no que se refere ao método de geração de tags. Enquanto os trabalhos anteriores utilizam métodos baseados em funções criptográficas de hash e na informação do estado do canal, nosso sistema emprega mapas caóticos unidimensionais para gerar os tags. Devido ao fato de que a informação sobre a condição inicial se perde ao longo de uma órbita caótica mostraremos que elas são fortes candidatas para o processo de geração de tags. Provamos que tags caóticos garantem um limitante inferior positivo na segurança incondicional do sistema. Adicionalmente, nós calculamos a probabilidade de sucesso de três tipos de ataque: de personificação, de substituição e de repetição. Para finalizar, analisamos como os parâmetros do sistema afetam essas probabilidades e algumas métricas de performance (taxa de erro por bit, probabilidade de interrupção e probabilidade de falso negativo) e os compromissos entre segurança e performance para prover um guia de projeto do sistema.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-07-11T13:06:08Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TeseJoseversaoCD.pdf: 2349040 bytes, checksum: f9cf2bfb304c798e864da4edd16e3a90 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-11T13:06:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TeseJoseversaoCD.pdf: 2349040 bytes, checksum: f9cf2bfb304c798e864da4edd16e3a90 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / CNPQ / Geradores de números pseudo-aleatórios são amplamente utilizados em aplicações científicas e tecnológicas. Particularmente em criptografia, estes são empregados em sistemas de chave secreta, como geradores de sequências de cifragem. Neste trabalho, propomos algumas metodologias para o projeto destes geradores a partir de mapas caóticos. A primeira é baseada em duas técnicas: salto de amostras e discretização codificada variante no tempo. Mostra-se que o procedimento possui alta taxa de geração de bits por amostra caótica quando comparado com a codificação fixa no tempo, além de dispensar pós-processamento para melhoria de suas propriedades aleatórias. A outra metodologia utilizada é o emprego de sequências-m para eliminar a correlação residual na sequência codificada. A discretização variante no tempo apresenta uma característica de correlação bem definida que é aproveitada por um novo bloco de pós-processamento que utiliza sequências-m de menor complexidade linear que a metodologia anterior. Validam-se os métodos propostos empregando a bateria de teste NIST. / Random number generators are widely used in scientific and technological applications. Particularly in cryptography, they are used in secret-key systems, such as key sequence generators. In this work, we present two methodologies for the design of these generators from chaotic maps. The first one is based on two techniques: Skipping and time-varying coded discretization. We show that the proposed method has higher bit generation rate when compared to fixed-time coded discretization and dispenses post-processing in order to improve their random properties. Another methodology is the use of m-sequences to eliminate the residual correlation of the coded sequence. The time-varying coded discretization has a well-defined correlation characteristic that is exploited by a new block ofpost-processing using m-sequences that requires less memory than the previous methodology. The effectiveness of this procedure is verified through the NIST test.