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Criptografia espectral discreta de sinais de portadora única com chaves dinâmicas pseudo-aleatórias.

Processo: 24/05312-5
Modalidade de apoio:Auxílio à Pesquisa - Publicações científicas - Artigo
Vigência: 01 de maio de 2024 - 31 de outubro de 2024
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Elétrica - Telecomunicações
Pesquisador responsável:Marcelo Luís Francisco Abbade
Beneficiário:Marcelo Luís Francisco Abbade
Instituição Sede: Faculdade de Engenharia. Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus Experimental São João da Boa Vista. São João da Boa Vista , SP, Brasil
Assunto(s):Sistemas de telecomunicações 
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:Criptografia de camada física (Physical layer encryption) | Processamento digital de sinais (Digital signal processing) | Segurança de Rede (Network security) | Sistemas de Telecomunicações

Resumo

O estabelecimento de segurança na camada física é um passo crucial para que os sistemas de comunicações se tornem totalmente seguros. A flexibilidade e ubiquidade dos processadores digitais de sinais em sistemas modernos de comunicação ópticos e sem fio abrem uma oportunidade excelente para o desenvolvimento de técnicas de criptografia de sinais discretos, que podem ser implementadas de forma relativamente barata. Neste artigo, demonstramos o papel fundamental da codificação de amplitude e fase na segurança e implementação prática da criptografia de sinais discretos ('discrete signal cryptography', DSC) lineares. Concentramo-nos na implementação espectral desses esquemas de codificação e consideramos a equivalência entre codificação de amplitude espectral ('spectral amplitude encoding', SAE) e embaralhamento espectral ('spectral scrambling', SS). Resultados de simulações numéricas mostram que sinais de 16 níveis de modulação de amplitude em quadratura ('16 quadrature amplitude modulation', 16-QAM) criptografados por SS e codificação de fase espectral ('spectral phase encoding', SPE) só podem ser recuperados se os espiões souberem a posição exata de cerca de 95% das amostras embaralhadas com um erro de fase máximo de ±7° para todas as amostras. O número de ataques de força bruta para quebrar tais sinais criptografados supera em muito o fornecido pelo 'Advanced Encryption Standard' (AES), algoritmo amplamente utilizado em criptografia de dados. Resultados da camada física revelam que a taxa de erro de bit ('bit error ratio', BER) associada aos sinais criptografados é de 0,50, independentemente do formato de sinal implantado e do esquema de DSC. O desempenho de BER em função da razão sinal-ruído do sinal criptografado/descriptografado é o mesmo daquele dos sinais não criptografados. Por fim, o artigo propõe a adoção de chaves dinâmicas pseudoaleatórias ('pseudo Random dynamic keys', PRDKs) para criptografar sinais. O artigo também investiga o uso de PRDKs para promover a aleatoriedade, difusão e confusão na criptografia dos sinais. Uma nova metodologia numérica mostra que essa estratégia supera as propriedades de difusão e confusão do AES. (AU)

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