Made available in DSpace on 2014-06-12T17:40:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7003_1.pdf: 1416346 bytes, checksum: 468f0d3be0f696b3a85cf8ca164f5d04 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Com a evolução da velocidade dos processadores modernos, usar cifras de bloco de comprimento 56 bits para a chave, como no Padrão de Cifragem de Dados (Data Encryption Standard DES), tornou-se menos seguro. Pensando neste sentido, foi feito um concurso, iniciado em 1998, pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (National Institute of Standards and Technology NIST) do governo dos EUA para escolher um novo algoritmo criptográfico para substituir o antigo padrão. Em outubro de 2000 foi divulgado o resultado, o Rijndael tornou-se o Padrão Avançado de Cifragem (Advanced Encryption Standard AES). O AES é uma cifra de bloco iterativa cujo comprimento da chave é variável: 128, 192 ou 256 bits, operando sobre um bloco de 128 bits. Sua estrutura é baseada em transformações que utilizam a álgebra de corpos finitos, mais especificamente GF(256). Suas rodadas são seqüências de transformações provedoras dos requisitos básicos para uma cifra segura do ponto de vista criptográfico: confusão e difusão. Suas implementações nas mais diversas plataformas são velozes e ocupam pouca memória. Pode ser considerada uma cifra segura contra ataques de criptoanálise pois não existe nenhum ataque conhecido cujo desempenho seja melhor do que a busca exaustiva da chave. Esta dissertação é o resultado de um trabalho de pesquisa minucioso que revela de forma clara, mas sem excesso de rigores matemáticos, os detalhes do funcionamento, implementação, segurança e uso do Rijndael, servindo como instrumento para interessados na área de criptografia. Ele apresenta também uma implementação prática e didática da cifra, além da proposta e análise de uma função hash baseada no algoritmo

Submitted by BEATRIZ FERNANDA LITOLDO null (beatrizfernanda_rc@hotmail.com) on 2016-07-08T18:19:56Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado.pdf: 2237033 bytes, checksum: b07ab3078616364359ed11c5896ea4b8 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-07-11T18:20:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 litoldo_bf_me_rcla.pdf: 2237033 bytes, checksum: b07ab3078616364359ed11c5896ea4b8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-11T18:20:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 litoldo_bf_me_rcla.pdf: 2237033 bytes, checksum: b07ab3078616364359ed11c5896ea4b8 (MD5) Previous issue date: 2016-06-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Esta pesquisa tem por objetivo compreender em que atividades envolvendo problemas de Criptografia podem auxiliar os alunos na exploração das ideias associadas à função afim. As atividades propostas aos estudantes foram estruturadas na forma de enigmas envolvendo contos baseados no personagem Sherlock Holmes, de Sir Arthur Conan Doyle. As atividades foram desenvolvidas com um grupo de alunos do primeiro ano do Ensino Médio da escola pública E. E. Prof. Mycroft, localizada na cidade de Rio Claro/SP. Este trabalho está fundamentado na Metodologia de Pesquisa Intervenção com enfoque Qualitativo. A metodologia de análise dos dados se aproxima de estudos sócio-culturais conjuntamente com estudos cognitivos permeados por meio da resolução de problemas e investigações matemáticas. Como aporte teórico, a dissertação apresenta uma discussão e reflexão acerca do envolvimento da matemática em relação aos campos de poderes (social, politico, econômico, territorial, entre outros) sempre elencando esse entrelaçamento com a constante evolução da criptografia e sua busca constante de cifras seguras e poderosas. Os dados da pesquisa foram produzidos a partir de observações e anotações em um diário de campo, realizadas pela pesquisadora, filmagens e gravações de áudio dos encontros, entrevistas semiestruturadas e fichas de perguntas das atividades. Como conclusões, observou-se que os alunos desenvolveram atitudes autônomas durante seus processos de aprendizagem, fomentando posturas investigativas. Tais atitudes contribuíram na criação e experimentação de diferentes estratégias de resolução o que refletiu nas explorações e investigações realizadas por eles a respeito das ideias associadas ao conceito de função afim. / This research aims to understand how activities involving encryption problems can assist students to explore the ideias associated with affine functions. The activities proposed to the students were structured in the form of enigmas involving tales based on the character Sherlock Holmes, by Sir Arthur Conan Doyle. The activities were developed with a group of students in the first year of high school of the public school E. E. Prof. Mycroft, located in Rio Claro/SP. This work is based on Intervention Research Methodology with Qualitative approach. .Data analysis methodology approaches socio-cultural studies in conjunction with cognitive studies influenced by problem solving and mathematical investigations. As a theoretical framework, the dissertation presents a discussion and reflection about the involvement of mathematics in relation to the powers of fields (social, political, economic, territorial, etc.) always listing this entanglement with the constant evolution of cryptography and its constant search of safe and powerful figures. The research data were produced through observation and by notes in a field diary, carried out by the researcher, in addition to semi-structures interviews and questions cards activities. In conclusion, it was observed that the students developed autonomous attitudes during their learning processes, encouraging investigative positions. Such attitudes have contributed in the creation and experimentation of different resolution strategies, which have reflected on the explorations and investigations that they did about the ideas associated with the concept of affine function.

A teoria do caos estuda o tipo de comportamento, aparentemente aleatório, que apresentam alguns sistemas complexos sensíveis à perturbação dos seus parâmetros, como por exemplo sistemas dinâmicos, fractais, autômatos celulares, entre outros. Os autômatos celulares (ACs) são sistemas dinâmicos discretos que podem apresentar comportamentos caóticos a partir de regras simples. Os ACs tem sido empregados em diversas aplicações principalmente em simulações, mas também tem contribuído no reconhecimento de padrões, processamento de imagens e na Criptografia. A necessidade em transmitir informação de forma mais segura vem crescendo com a necessidade por novos algoritmos criptográficos. Paralelamente, os criptoanalistas vem progredindo constantemente na quebra e na procura de vulnerabilidades destes algoritmos, sendo necessaria a incursão de novas abordagens para atender estes desafios. Neste trabalho é proposto o desenvolvimento e avaliação de algoritmos criptográficos, assim como um novo método de criptoanálise, motivados pela adequação dos ACs caóticos com os princípios de confusão e difusão da Criptografia, seguindo critérios apropriados para a boa construção destes algoritmos, que são sintetizados em três partes: (i) Na proposta do algoritmo de cifra criptográfico baseado no AC caótico, foi sugerida uma estratégia de seleção de ACs em base a combinação de vários critérios como o expoente de Lyapunov, a entropia e a distância de Hamming; visando selecionar um AC apropriado para a geração de números pseudo-aleatórios usados no processo de encriptação/decriptação do algoritmo, o qual é validado por diversos testes de aleatoriedade. (ii) Foi proposto o algoritmo de hash criptográfico baseado numa abordagem híbrida dos ACs e as redes complexas, visando a construção de um algoritmo flexível e de bom desempenho. Os resultados alcançados por ambos os algoritmos criptográficos mostraram-se relevantes quando comparados com o estado da arte, com boas qualidades de segurança e um grande potencial para ser aplicados em problemas reais. (iii) Na proposta do método de criptoanálise foi sugerido traçar equivalências entre os sistemas criptográficos e os ACs caóticos visando explorar e analisar seu comportamento dinâmico, por meio da adaptação do algoritmo do expoente de Lyapunov dos ACs, cujos resultados permitiram encontrar padrões característicos nos modos de operação criptográficos. Os resultados obtidos mostraram que a abordagem dos ACs caóticos para desenvolver os algoritmos pode ser bastante útil em aplicações de Criptografia e Criptoanálise. / Chaos theory studies the apparently random behaviour from some complex systems with highly sensitive to the initial conditions, such as dynamical systems, fractals, cellular automata, among others. Cellular automata (CA) are discrete dynamical systems that may exhibit chaotic behaviour from simple rules. CA have been employed in many multidisciplinary applications, most of them in simulations systems, including pattern recognition, image processing and Cryptography. Nowadays, the development of new cryptographic algorithms is required in order to fulfil the increasing demand for secure transmission of confidential information. These algorithms are intensively analyzed, most of them broken by the cryptanalyst community. We proposed to develop two cryptographic algorithms: a block cipher and a hash function based on chaotic CA and its corresponding evaluation. We also proposed a new cryptanalysis methodology motivated by the strong relationship between the chaotic properties of CA and the cryptographic principles of confusion and diffusion, by following appropriate criteria to the proper design of these algorithms, which are summarized into three parts: (i) To proposed the block cipher proposed it was suggested a methodology to select a suitable CA to Cryptography by means of compounded measures such as the Lyapunov exponent, entropy and Hamming distance. Moreover, this selected CA is employed to generate pseudo-random numbers, which are further used in the encryption/decryption of the proposed block cipher and validated under several randomness tests. The results obtained by this cryptographic algorithm achieved similar and even higher performance when compared to others found in literature. (ii) The cryptographic hash function was developed using an hybrid approach of CA and complex networks, in order to build a flexible algorithm with acceptable performance when compared to conventional hash functions. In general, the results obtained from both cryptographic algorithms showed good security qualities and great potential to be applied in real problems. (iii) To proposed the cryptanalysis methodology it was suggested to draw parallels between cryptographic systems and CA, in order to explore and analise their dynamic behaviour. Hence, upon drawing such parallels, we have a means to adapt the Lyapunov exponent algorithm conceived in the framework of CA. Unexpectedly, the results obtained allow to discriminate among cryptographic modes of operation, which provides significant contributions to the field. Finally, we proved that the chaotic cellular automata approach can be quite useful in applications cryptography and cryptanalysis.

A teoria do caos estuda o tipo de comportamento, aparentemente aleatório, que apresentam alguns sistemas complexos sensíveis à perturbação dos seus parâmetros, como por exemplo sistemas dinâmicos, fractais, autômatos celulares, entre outros. Os autômatos celulares (ACs) são sistemas dinâmicos discretos que podem apresentar comportamentos caóticos a partir de regras simples. Os ACs tem sido empregados em diversas aplicações principalmente em simulações, mas também tem contribuído no reconhecimento de padrões, processamento de imagens e na Criptografia. A necessidade em transmitir informação de forma mais segura vem crescendo com a necessidade por novos algoritmos criptográficos. Paralelamente, os criptoanalistas vem progredindo constantemente na quebra e na procura de vulnerabilidades destes algoritmos, sendo necessaria a incursão de novas abordagens para atender estes desafios. Neste trabalho é proposto o desenvolvimento e avaliação de algoritmos criptográficos, assim como um novo método de criptoanálise, motivados pela adequação dos ACs caóticos com os princípios de confusão e difusão da Criptografia, seguindo critérios apropriados para a boa construção destes algoritmos, que são sintetizados em três partes: (i) Na proposta do algoritmo de cifra criptográfico baseado no AC caótico, foi sugerida uma estratégia de seleção de ACs em base a combinação de vários critérios como o expoente de Lyapunov, a entropia e a distância de Hamming; visando selecionar um AC apropriado para a geração de números pseudo-aleatórios usados no processo de encriptação/decriptação do algoritmo, o qual é validado por diversos testes de aleatoriedade. (ii) Foi proposto o algoritmo de hash criptográfico baseado numa abordagem híbrida dos ACs e as redes complexas, visando a construção de um algoritmo flexível e de bom desempenho. Os resultados alcançados por ambos os algoritmos criptográficos mostraram-se relevantes quando comparados com o estado da arte, com boas qualidades de segurança e um grande potencial para ser aplicados em problemas reais. (iii) Na proposta do método de criptoanálise foi sugerido traçar equivalências entre os sistemas criptográficos e os ACs caóticos visando explorar e analisar seu comportamento dinâmico, por meio da adaptação do algoritmo do expoente de Lyapunov dos ACs, cujos resultados permitiram encontrar padrões característicos nos modos de operação criptográficos. Os resultados obtidos mostraram que a abordagem dos ACs caóticos para desenvolver os algoritmos pode ser bastante útil em aplicações de Criptografia e Criptoanálise. / Chaos theory studies the apparently random behaviour from some complex systems with highly sensitive to the initial conditions, such as dynamical systems, fractals, cellular automata, among others. Cellular automata (CA) are discrete dynamical systems that may exhibit chaotic behaviour from simple rules. CA have been employed in many multidisciplinary applications, most of them in simulations systems, including pattern recognition, image processing and Cryptography. Nowadays, the development of new cryptographic algorithms is required in order to fulfil the increasing demand for secure transmission of confidential information. These algorithms are intensively analyzed, most of them broken by the cryptanalyst community. We proposed to develop two cryptographic algorithms: a block cipher and a hash function based on chaotic CA and its corresponding evaluation. We also proposed a new cryptanalysis methodology motivated by the strong relationship between the chaotic properties of CA and the cryptographic principles of confusion and diffusion, by following appropriate criteria to the proper design of these algorithms, which are summarized into three parts: (i) To proposed the block cipher proposed it was suggested a methodology to select a suitable CA to Cryptography by means of compounded measures such as the Lyapunov exponent, entropy and Hamming distance. Moreover, this selected CA is employed to generate pseudo-random numbers, which are further used in the encryption/decryption of the proposed block cipher and validated under several randomness tests. The results obtained by this cryptographic algorithm achieved similar and even higher performance when compared to others found in literature. (ii) The cryptographic hash function was developed using an hybrid approach of CA and complex networks, in order to build a flexible algorithm with acceptable performance when compared to conventional hash functions. In general, the results obtained from both cryptographic algorithms showed good security qualities and great potential to be applied in real problems. (iii) To proposed the cryptanalysis methodology it was suggested to draw parallels between cryptographic systems and CA, in order to explore and analise their dynamic behaviour. Hence, upon drawing such parallels, we have a means to adapt the Lyapunov exponent algorithm conceived in the framework of CA. Unexpectedly, the results obtained allow to discriminate among cryptographic modes of operation, which provides significant contributions to the field. Finally, we proved that the chaotic cellular automata approach can be quite useful in applications cryptography and cryptanalysis.

Esta pesquisa foi realizada com a intenção de motivar o estudo da criptografia, mostrando que a matemática e a comunicação estão presentes em diversos momentos, tanto no passado quanto no presente. Este trabalho mostra a origem da criptoanálise e toda a sua evolução dando ênfase nos mecanismos de codificação e decodificação através de exemplos práticos. Além disso, alguns métodos criptográficos são destacados como a cifra de substituição monoalfabética, a cifra de Vigenère, a criptografia RSA que é o método mais conhecido de criptografia de chave pública, as cifras de Hill, o método das transformações lineares e o método de Rabin, devido a sua grande importância para a evolução de sistemas computacionais e assinaturas digitais entre outros. Por fim, mostra-se a importância e a necessidade dos recursos criptográficos nos dias de hoje, na tentativa de impedir que hackers e pessoas que fazem mau uso do conhecimento matemático possam causar danos a sociedade, seja por uma simples mensagem ou até mesmo através de situações mais imprudentes como as transações bancárias indevidas / This research was conducted with the intention of motivating the study of cryptography, showing that mathematics and the communication are present at various times, both past and present. This work shows the origin of cryptanalysis and all its evolution giving emphasis on coding and decoding mechanisms through practical examples. In addition, some methods cryptographic are highlighted as the monoalphabetic substitution cipher, the Vigenere cipher, RSA encryption that is the best known method of public key cryptography , ciphers Hill, the method of linear transformations and the Rabin method, due to its great importance for the evolution of computer systems and signatures digital among others. Finally, we show the importance and the need for cryptographic resources these days, in an attempt to prevent hackers and people who make bad use of mathematical knowledge can cause damage to society, whether by a simple message or through more situations reckless as improper banking transactions

Esta pesquisa foi realizada com a intenção de motivar o estudo da criptografia, mostrando que a matemática e a comunicação estão presentes em diversos momentos, tanto no passado quanto no presente. Este trabalho mostra a origem da criptoanálise e toda a sua evolução dando ênfase nos mecanismos de codificação e decodificação através de exemplos práticos. Além disso, alguns métodos criptográficos são destacados como a cifra de substituição monoalfabética, a cifra de Vigenère, a criptografia RSA que é o método mais conhecido de criptografia de chave pública, as cifras de Hill, o método das transformações lineares e o método de Rabin, devido a sua grande importância para a evolução de sistemas computacionais e assinaturas digitais entre outros. Por fim, mostra-se a importância e a necessidade dos recursos criptográficos nos dias de hoje, na tentativa de impedir que hackers e pessoas que fazem mau uso do conhecimento matemático possam causar danos a sociedade, seja por uma simples mensagem ou até mesmo através de situações mais imprudentes como as transações bancárias indevidas / This research was conducted with the intention of motivating the study of cryptography, showing that mathematics and the communication are present at various times, both past and present. This work shows the origin of cryptanalysis and all its evolution giving emphasis on coding and decoding mechanisms through practical examples. In addition, some methods cryptographic are highlighted as the monoalphabetic substitution cipher, the Vigenere cipher, RSA encryption that is the best known method of public key cryptography , ciphers Hill, the method of linear transformations and the Rabin method, due to its great importance for the evolution of computer systems and signatures digital among others. Finally, we show the importance and the need for cryptographic resources these days, in an attempt to prevent hackers and people who make bad use of mathematical knowledge can cause damage to society, whether by a simple message or through more situations reckless as improper banking transactions