A tendência para o futuro da tecnologia é a produção de dispositivos eletrônicos e de computação cada vez menores. Em curto e médio prazos, ainda há poucos recursos de memória e processamento neste ambiente. A longo prazo, conforme a Física, a Química e a Microeletrônica se desenvolvem, constata-se significativo aumento na capacidade de tais dispositivos. No intervalo de curto e médio prazos, entre 20 e 50 anos, até que a tecnologia tenha avanços, soluções leves de software se vêem necessárias. No Brasil, o protocolo de assinatura digital RSA é o mais amplamente adotado, sendo obsolescente como padrão. O problema é que os avanços tecnológicos impõem um aumento considerável no tamanho das chaves criptográficas para que se mantenha um nível de segurança adequado, resultando efeitos indesejáveis em tempo de processamento, largura de banda e armazenamento. Como solução imediata, temos a criptografia de curvas elípticas sendo mais adequada para utilização por órgãos públicos e empresas. Dentro do estudo de curvas elípticas, este trabalho contribui especificamente com a introdução de uma nova subfamília das curvas amigáveis a emparelhamento Barreto-Naehrig (BN). A subfamília proposta tem uma descrição computacionalmente simples, tornando-a capaz de oferecer oportunidades de implementação eficiente. A escolha das curvas BN também se baseia no fato de possibilitarem uma larga faixa de níveis práticos de segurança. A partir da subfamília introduzida foram feitas algumas implementações práticas começando com algoritmos mais básicos de operações em corpos de extensão, passando por algoritmos de aritmética elíptica e concluindo com o cálculo da função de emparelhamento. A combinação da nova subfamília BN com a adoção de técnicas de otimização, cuidadosamente escolhidas, permitiu a mais eficiente implementação do emparelhamento Ate ótimo, operação bastante útil em aplicações criptográficas práticas. / The trend for the future consists of steadfast shrinking of electrical and computing devices. In the short to medium term, one will still find constrained storage and processing resources in that environment. In the long run, as Physics, Chemistry and Microelectronics progress, the capabilities of such devices are likely to increase. In 20 to 50 years from now, until technology has firm advances, lightweight software solutions will be needed. In Brazil, the most widely adopted signature protocol, the RSA scheme, is obsolescent as a standard. The problem is that technological advances impose a considerable increase in cryptographic key sizes in order to maintain a suitable security level, bringing about undesirable effects in processing time, bandwidth occupation and storage requirements. As an immediate solution, we have the Elliptic Curve Cryptography which is more suitable for utilization in public agencies and industry. In the field of elliptic curves, this work contributes specifically with the introduction of a new subfamily of the pairing-friendly Barreto-Naehrig (BN) curves. The proposed subfamily has a computationally simple description, and makes it able to offer opportunities for efficient implementation. The choice of the BN curves is also based on the fact that they allow a range of practical security levels. Furthermore, there were made practical implementations from the introduced subfamily, like the most basic extension fields algorithms, elliptic curve arithmetic and pairing computation. The adoption of the new BN subfamily with carefully chosen optimization techniques allowed the most efficient implementation of the optimal Ate pairing, which is a very useful operation in many practical cryptographic applications.

To protect against brute force attacks, modern password-based authentication systems usually employ mechanisms known as Password Hashing Schemes (PHS). Basically, a PHS is a cryptographic algorithm that generates a sequence of pseudorandom bits from a user-defined password, allowing the user to configure the computational costs involved in the process aiming to raise the costs of attackers testing multiple passwords trying to guess the correct one. Traditional schemes such as PBKDF2 and bcrypt, for example, include a configurable parameter that controls the number of iterations performed, allowing the user to adjust the time required by the password hashing process. The more recent scrypt and Lyra algorithms, on the other hand, allow users to control both processing time and memory usage. Despite these advances, there is still considerable interest by the research community in the development of new (and better) alternatives. Indeed, this led to the creation of a competition with this specific purpose, the Password Hashing Competition (PHC). In this context, the goal of this research effort is to propose a superior PHS alternative. Specifically, the objective is to improve the Lyra algorithm, a PHS built upon cryptographic sponges whose project counted with the authors\' participation. The resulting solution, called Lyra2, preserves the security, efficiency and flexibility of Lyra, including: the ability to configure the desired amount of memory and processing time to be used by the algorithm; and (2) the capacity of providing a high memory usage with a processing time similar to that obtained with scrypt. In addition, it brings important improvements when compared to its predecessor: (1) it allows a higher security level against attack venues involving time-memory trade-offs; (2) it includes tweaks for increasing the costs involved in the construction of dedicated hardware to attack the algorithm; (3) it balances resistance against side-channel threats and attacks relying on cheaper (and, hence, slower) storage devices. Besides describing the algorithm\'s design rationale in detail, this work also includes a detailed analysis of its security and performance in different platforms. It is worth mentioning that Lyra2, as hereby described, received a special recognition in the aforementioned PHC competition. / Para proteger-se de ataques de força bruta, sistemas modernos de autenticação baseados em senhas geralmente empregam algum Esquema de Hash de Senhas (Password Hashing Scheme - PHS). Basicamente, um PHS é um algoritmo criptográfico que gera uma sequência de bits pseudo-aleatórios a partir de uma senha provida pelo usuário, permitindo a este último configurar o custo computacional envolvido no processo e, assim, potencialmente elevar os custos de atacantes testando múltiplas senhas em paralelo. Esquemas tradicionais utilizados para esse propósito são o PBKDF2 e bcrypt, por exemplo, que incluem um parâmetro configurável que controla o número de iterações realizadas pelo algoritmo, permitindo ajustar-se o seu tempo total de processamento. Já os algoritmos scrypt e Lyra, mais recentes, permitem que usuários não apenas controlem o tempo de processamento, mas também a quantidade de memória necessária para testar uma senha. Apesar desses avanços, ainda há um interesse considerável da comunidade de pesquisa no desenvolvimento e avaliação de novas (e melhores) alternativas. De fato, tal interesse levou recentemente à criação de uma competição com esta finalidade específica, a Password Hashing Competition (PHC). Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é propor uma alternativa superior aos PHS existentes. Especificamente, tem-se como alvo melhorar o algoritmo Lyra, um PHS baseado em esponjas criptográficas cujo projeto contou com a participação dos autores do presente trabalho. O algoritmo resultante, denominado Lyra2, preserva a segurança, eficiência e flexibilidade do Lyra, incluindo a habilidade de configurar do uso de memória e tempo de processamento do algoritmo, e também a capacidade de prover um uso de memória superior ao do scrypt com um tempo de processamento similar. Entretanto, ele traz importantes melhorias quando comparado ao seu predecessor: (1) permite um maior nível de segurança contra estratégias de ataque envolvendo trade-offs entre tempo de processamento e memória; (2) inclui a possibilidade de elevar os custos envolvidos na construção de plataformas de hardware dedicado para ataques contra o algoritmo; (3) e provê um equilíbrio entre resistância contra ataques de canal colateral (\"side-channel\") e ataques que se baseiam no uso de dispositivos de memória mais baratos (e, portanto, mais lentos) do que os utilizados em computadores controlados por usuários legítimos. Além da descrição detalhada do projeto do algoritmo, o presente trabalho inclui também uma análise detalhada de sua segurança e de seu desempenho em diferentes plataformas. Cabe notar que o Lyra2, conforme aqui descrito, recebeu uma menção de reconhecimento especial ao final da competição PHC previamente mencionada.

We live in an age when our most private information is becoming exceedingly difficult to keep private. Cryptology allows for the creation of encryptive barriers that protect this information. Though the information is protected, it is not entirely inaccessible. A recipient may be able to access the information by decoding the message. This possible threat has encouraged cryptologists to evolve and complicate their encrypting methods so that future information can remain safe and become more difficult to decode. There are various methods of encryption that demonstrate how cryptology continues to evolve through time. These methods revolve around different areas of mathematics such as arithmetic, number theory, and probability. Another concern that has brought cryptology into everyday use and necessity is user authentication. How does one or a machine know that a user is who they say they are? Living in the age where most of our information is sent and accepted through computers, it is crucial that our information is kept safe, and in the appropriate care.

This work modifies Shamir’s algorithm by sharing a random key that is used to lock up the secret data; as against sharing the data itself. This is significant in cloud computing, especially with homomorphic encryption. Using web design, the resultant scheme practically globalises secret sharing with authentications and inherent secondary applications. The work aims at improving cybersecurity via a joint exploitation of human factors and technology; a human-centred cybersecurity design as opposed to technology-centred. The completed functional scheme is tagged CDRSAS. The literature on secret sharing schemes is reviewed together with the concepts of human factors, trust, cyberspace/cryptology and an analysis on a 3-factor security assessment process. This is followed by the relevance of passwords within the context of human factors. The main research design/implementation and system performance are analysed, together with a proposal for a new antidote against 419 fraudsters. Two twin equations were invented in the investigation process; a pair each for secret sharing and a risk-centred security assessment technique. The building blocks/software used for the CDRSAS include Shamir’s algorithm, MD5, HTML5, PHP, Java, Servlets, JSP, Javascript, MySQL, JQuery, CSS, MATLAB, MS Excel, MS Visio, and Photoshop. The codes are developed in Eclipse IDE, and the Java-based system runs on Tomcat and Apache, using XAMPP Server. Its code units have passed JUnit tests. The system compares favourably with SSSS. Defeating socio-cryptanalysis in cyberspace requires strategies that are centred on human trust, trust-related human attributes, and technology. The PhD research is completed but there is scope for future work.

I deal with historical encryption procedures and with their application in teaching in my diploma thesis. I present a brief list of some encryption methods in following chapters which were used from antiquity to the mid-20th century. There are prepared specific worksheets for encryption and decryption in this thesis. For several ciphers, the required tools are included in this work, too.

Computing discrete logarithms is a long-standing algorithmic problem, whose hardness forms the basis for numerous current public-key cryptosystems. In the case of finite fields of small characteristic, however, there has been tremendous progress recently, by which the complexity of the discrete logarithm problem (DLP) is considerably reduced. This habilitation thesis on the DLP in such fields deals with two principal aspects. On one hand, we develop and investigate novel efficient algorithms for computing discrete logarithms, where the complexity analysis relies on heuristic assumptions. In particular, we show that logarithms of factor base elements can be computed in polynomial time, and we discuss practical impacts of the new methods on the security of pairing-based cryptosystems. While a heuristic running time analysis of algorithms is common practice for concrete security estimations, this approach is insufficient from a mathematical perspective. Therefore, on the other hand, we focus on provable complexity results, for which we modify the algorithms so that any heuristics are avoided and a rigorous analysis becomes possible. We prove that for any prime field there exist infinitely many extension fields in which the DLP can be solved in quasi-polynomial time. Despite the two aspects looking rather independent from each other, it turns out, as illustrated in this thesis, that progress regarding practical algorithms and record computations can lead to advances on the theoretical running time analysis -- and the other way around. / Die Berechnung von diskreten Logarithmen ist ein eingehend untersuchtes algorithmisches Problem, dessen Schwierigkeit zahlreiche Anwendungen in der heutigen Public-Key-Kryptographie besitzt. Für endliche Körper kleiner Charakteristik sind jedoch kürzlich erhebliche Fortschritte erzielt worden, welche die Komplexität des diskreten Logarithmusproblems (DLP) in diesem Szenario drastisch reduzieren. Diese Habilitationsschrift erörtert zwei grundsätzliche Aspekte beim DLP in Körpern kleiner Charakteristik. Es werden einerseits neuartige, erheblich effizientere Algorithmen zur Berechnung von diskreten Logarithmen entwickelt und untersucht, wobei die Laufzeitanalyse auf heuristischen Annahmen beruht. Unter anderem wird gezeigt, dass Logarithmen von Elementen der Faktorbasis in polynomieller Zeit berechnet werden können, und welche praktischen Auswirkungen die neuen Verfahren auf die Sicherheit paarungsbasierter Kryptosysteme haben. Während heuristische Laufzeitabschätzungen von Algorithmen für die konkrete Sicherheitsanalyse üblich sind, so erscheint diese Vorgehensweise aus mathematischer Sicht unzulänglich. Der Aspekt der beweisbaren Komplexität für DLP-Algorithmen konzentriert sich deshalb darauf, modifizierte Algorithmen zu entwickeln, die jegliche heuristische Annahme vermeiden und dessen Laufzeit rigoros gezeigt werden kann. Es wird bewiesen, dass für jeden Primkörper unendlich viele Erweiterungskörper existieren, für die das DLP in quasi-polynomieller Zeit gelöst werden kann. Obwohl die beiden Aspekte weitgehend unabhängig voneinander erscheinen mögen, so zeigt sich, wie in dieser Schrift illustriert wird, dass Fortschritte bei praktischen Algorithmen und Rekordberechnungen auch zu Fortentwicklungen bei theoretischen Laufzeitabschätzungen führen -- und umgekehrt.

The Future Will Be Better Tomorrow is a satirical post-apocalyptic novel that examines the personal and social ironies that occur in a society that is unbalanced by an unexplained apocalyptic event. Working with a combination of dark humor and the terrifying realities of an apocalyptic event – in this case: a blackout – the novel aims to challenge the machinery established by this particular subset of the science fiction genre. / Includes bibliography. / Thesis (M.F.A.)--Florida Atlantic University, 2014.. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

The conventional digital signature schemes widely used today may have their security threatened with the possibility of the rising of a large quantum computer. Moreover, such schemes are not entirely suitable for utilization on very constrained-resource platforms. Therefore, there is a need to look at alternatives that present reasonable security in the medium and long term, in addition to attaining acceptable performance when few resources are available. This work provides more efficient multivariate and hash-based post-quantum digital signatures and targets the deployment in scenarios like Internet of Things and Wireless Sensor Networks where the typical devices are very resource-constrained. In the context of multivariable quadratic digital signatures we describe a new technique that attempts to minimize the main drawbacks of these schemes, the large key sizes. The new technique explores certain structures compact matrix rings. Some of the analyzed matrix rings are not secure (one of the attacks runs in polynomial time). Other less compact matrix rings are investigated and they apparently do not suffer a polynomial time attack, but unfortunately are still far from deployment on very constrained platforms. On the other hand, this work describes a method for hash-based signatures providing a 2/3 reduction of the signature sizes in the Merkle-Winternitz multi-time signature scheme. In fact, the signature sizes constitute the main bottleneck of these schemes. The improvement also leads to a 2/3 reduction in the run times (key generation, signing and verifying) and in energy consumption for all these operations on an AVR ATmega128L microcontroller, typically found in Wireless Sensor Networks. This result is much more promising for the deployment in an IoT scenario. / Os esquemas convencionais de assinatura digital mais usados na atualidade têm sua segurança ameaçada com a possibilidade da construção de um computador quântico de grande porte. Ademias, tais esquemas não têm se mostrado completamente adequados para uso em plataformas com recursos computacionais extremamente escassos. Surge então a necessidade da busca por alternativas que satisfaçam as condições de segurança a médio e longo prazo, além de apresentarem desempenho razoável quando poucos recursos computacionais estão disponíveis. Este trabalho obtém assinaturas digitais pós-quânticas multivariadas quadráticas e baseadas em hash mais eficientes e tem o intuito de torna-las práticas em cenários como Internet das Coisas e Redes de Sensores Sem Fio (RSSF), caracterizados por apresentarem dispositivos com recursos computacionais limitados. No contexto de assinaturas multivariadas quadráticas, descreve-se uma nova técnica que tenta minimizar o principal gargalo desses esquemas, o grande tamanho de chaves. A nova técnica explora certos anéis matriciais com estrutura compacta. Mostra-se que alguns dos anéis analisados não são seguros (um dos ataques apresenta tempo polinomial), enquanto outros anéis menos compactos aparentam não sofrer ataque polinomial, mas infelizmente ainda não são adequados para uso em dispositivos muito restritos. Por outro lado, descreve-se um método para obter assinaturas digitais baseadas em hash que fornece redução das assinaturas para 2/3 do tamanho original do esquema multi-time Merkle-Winternitz. De fato, o tamanho das assinaturas constitui o principal gargalo desses esquemas, A melhoria também acarreta uma redução em 2/3 nos tempos de execução (geração de chave, geração de assinaturas e verificação de assinatura) e no consumo de energia para essas operações quando executadas em um microcontrolador AVR tipicamente usado em Redes de Sensores Sem Fio, o AT-mega 128L. Este resultado torna-se promissor para implantação de assinaturas baseadas em hash no cenário de Internet das Coisas.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:00:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FACE.pdf: 89333 bytes, checksum: 9fe2d3791aae56820ee8b6646c8b46fd (MD5) Previous issue date: 2003-06-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Trata-se de uma abordagem teórica sobre Propriedade Intelectual com ênfase em Trade Secrets como barreira à entrada. Os avanços em criptologia no campo da matemática podem vir a se somar aos esforços teóricos desenvolvidos em Microeconomia em Organização Industrial. Neste contexto, a criptologia é resgatada historicamente e são apresentadas suas principais funções na Propriedade Intelectual, em especial no Trade Secrets. Questiona-se aqui: Por que as empresas criptografam seus processos produtivos? A propriedade intelectual em especial os Trade Secrets tem desempenhado importante papel, enquanto barreira à entrada na economia contemporânea? Como a criptologia e seus respectivos desenvolvimentos na matemática podem contribuir para o fortalecimento do segredo industrial? Percebe-se que apesar da presença marcante da criptografia e dos bens incorpóreos na Economia Contemporânea, ainda são escassas as análises teóricas, os estudos de caso e os bancos de dados sobre Propriedade Intelectual e principalmente, sobre Trade Secrets. Contribui ao explicitar seus conceitos e alertar para a importância de intensificação de pesquisa científica sobre o tema possibilitando, dessa forma, uma melhor compreensão da dinâmica econômica empresarial na atualidade. / This work presents a theoretical approach on intellectual property with emphasis in trade secrets as entry barriers. Progress in cryptology in the field of the mathematics can be added to the theoretical efforts developed in microeconomics in industrial organization. In this context, cryptology is rescued historically and its main functions are presented in the intellectual property, especially in trade secrets. This research questions: Why do the firms cryptograph their productive processes? Has intellectual property, especially trade secrets, been playing an important role as a barrier to entry in the contemporary economy? How can cryptology and its respective developments in mathematics contribute to the strengthening of the industrial secret? It is noticed that in spite of the outstanding presence of cryptography and of the incorporeal goods in the contemporary economy, the theoretical analyses are still scarce, as are case studies and databases on intellectual property and mainly, on trade secrets. This research contributes to explication of its concepts and warns about the importance of intensification of scientific research on this topic, in order to reach a better understanding of managerial economical dynamics at the present time.

The conventional digital signature schemes widely used today may have their security threatened with the possibility of the rising of a large quantum computer. Moreover, such schemes are not entirely suitable for utilization on very constrained-resource platforms. Therefore, there is a need to look at alternatives that present reasonable security in the medium and long term, in addition to attaining acceptable performance when few resources are available. This work provides more efficient multivariate and hash-based post-quantum digital signatures and targets the deployment in scenarios like Internet of Things and Wireless Sensor Networks where the typical devices are very resource-constrained. In the context of multivariable quadratic digital signatures we describe a new technique that attempts to minimize the main drawbacks of these schemes, the large key sizes. The new technique explores certain structures compact matrix rings. Some of the analyzed matrix rings are not secure (one of the attacks runs in polynomial time). Other less compact matrix rings are investigated and they apparently do not suffer a polynomial time attack, but unfortunately are still far from deployment on very constrained platforms. On the other hand, this work describes a method for hash-based signatures providing a 2/3 reduction of the signature sizes in the Merkle-Winternitz multi-time signature scheme. In fact, the signature sizes constitute the main bottleneck of these schemes. The improvement also leads to a 2/3 reduction in the run times (key generation, signing and verifying) and in energy consumption for all these operations on an AVR ATmega128L microcontroller, typically found in Wireless Sensor Networks. This result is much more promising for the deployment in an IoT scenario. / Os esquemas convencionais de assinatura digital mais usados na atualidade têm sua segurança ameaçada com a possibilidade da construção de um computador quântico de grande porte. Ademias, tais esquemas não têm se mostrado completamente adequados para uso em plataformas com recursos computacionais extremamente escassos. Surge então a necessidade da busca por alternativas que satisfaçam as condições de segurança a médio e longo prazo, além de apresentarem desempenho razoável quando poucos recursos computacionais estão disponíveis. Este trabalho obtém assinaturas digitais pós-quânticas multivariadas quadráticas e baseadas em hash mais eficientes e tem o intuito de torna-las práticas em cenários como Internet das Coisas e Redes de Sensores Sem Fio (RSSF), caracterizados por apresentarem dispositivos com recursos computacionais limitados. No contexto de assinaturas multivariadas quadráticas, descreve-se uma nova técnica que tenta minimizar o principal gargalo desses esquemas, o grande tamanho de chaves. A nova técnica explora certos anéis matriciais com estrutura compacta. Mostra-se que alguns dos anéis analisados não são seguros (um dos ataques apresenta tempo polinomial), enquanto outros anéis menos compactos aparentam não sofrer ataque polinomial, mas infelizmente ainda não são adequados para uso em dispositivos muito restritos. Por outro lado, descreve-se um método para obter assinaturas digitais baseadas em hash que fornece redução das assinaturas para 2/3 do tamanho original do esquema multi-time Merkle-Winternitz. De fato, o tamanho das assinaturas constitui o principal gargalo desses esquemas, A melhoria também acarreta uma redução em 2/3 nos tempos de execução (geração de chave, geração de assinaturas e verificação de assinatura) e no consumo de energia para essas operações quando executadas em um microcontrolador AVR tipicamente usado em Redes de Sensores Sem Fio, o AT-mega 128L. Este resultado torna-se promissor para implantação de assinaturas baseadas em hash no cenário de Internet das Coisas.