Made available in DSpace on 2016-06-02T19:07:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ARRUDA_Tiago_2014.pdf: 1705313 bytes, checksum: d85ede1a4ed22df35254baa0fd095df5 (MD5) Previous issue date: 2014-12-15 / Financiadora de Estudos e Projetos / Multicore processors adoption is due to the need of expansion on the computational capacity, what have been done in mobile devices, due to the high availability of online applications in such devices. Elliptic curve cryptography (ECC) can be used in these applications, to ensure the confidentiality in the communication performed by the mobile device. This algorithm has its security on the hardness to solve the elliptic curve discrete logarithm problem (ECDLP), what is harder to solve than RSA s problem, owning equivalent security at the cost of much smaller keys, hence reducing the computational cost of the solutions which implement it. Scalar multiplication is the main and most costly operation in ECC and is composed by the computation of many modular operations. Parallel modular multiplication algorithms where evaluated in this work, which timings were compared with timings of some sequential algorithms. Experiments were performed on a SabreLite IMX6Quad development board, with an architecture similar to a mobile device. On this platform, it was evaluated the transition from the low to the high frequency of CPU, which occurs in ondemand CPU mode during the execution of the algorithms. The relation of proportion among the timings of the algorithms evaluated on performance mode was similar to the powersave CPU mode. Some parallel algorithms were faster than the sequentials in operations among operands with at least 768 bits. Evaluating the behavior of each algorithm when integrated in the computation of scalar multiplication, it was observed that the parallels were faster in operations with a 1536-bit supersingular curve. / A adoção de processadores multi-core se deve à necessidade de expandir a capacidade computacional, o que vem sendo feito em dispositivos móveis, devido à alta disponibilidade de aplicações online em tais dispositivos. A criptografia de curvas elípticas (ECC) pode ser utilizada em tais aplicações, a fim de garantir o sigilo na comunicação realizada pelo dispositivo. Este algoritmo possui sua segurança baseada no problema do logaritmo discreto em curvas elípticas (ECDLP), que é mais difícil de solucionar que o problema do RSA, possuindo segurança equivalente ao custo de chaves muito menores, reduzindo portanto o custo computacional das soluções que o utilizam. A multiplicação escalar é a operação principal e mais custosa do ECC e envolve o cálculo de diversas operações modulares. Algoritmos de multiplicação modular paralelos foram avaliados neste trabalho, cujos tempos de execução foram comparados com os de alguns sequenciais. Foram realizados experimentos em uma placa de desenvolvimento SabreLite IMX6Quad, com arquitetura similar a de um dispositivo móvel. Nesta plataforma, foi avaliada a transição do modo de baixa para o de alta frequência, realizada pela CPU no modo ondemand durante a execução dos algoritmos. A relação de proporção entre os tempos dos algoritmos avaliados no modo performance foi similar à obtida no modo powersave. Alguns algoritmos paralelos foram mais rápidos que os sequenciais nas operações com operandos a partir de 768 bits. Ao avaliar o comportamento de cada algoritmo, quando incorporado no cálculo da multiplicação escalar, observou-se que os paralelos foram mais rápidos nas operações com uma curva supersingular de 1536 bits.

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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.

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.

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.