Técnicas para geração de números pseudoaleatórios e autenticação em camada física utilizando sequências caóticas

Abstract

Com o avanço das tecnologias de comunicação e o aumento do volume de dados transmitidos, a segurança da informação é uma preocupação fundamental em diversos setores. Esta dissertação apresenta contribuições em duas áreas de segurança da informação: geradores de números pseudoaleatórios (PRNGs, Pseudorandom Number Generators) e autenticação em camada física (PLA, Physical Layer Authentication). Inicialmente, duas novas técnicas de PRNGs são propostas, a primeira é baseada no mapa de Arnold aplicado a anéis de inteiros, enquanto a segunda é um PRNG baseado em q-Análogos sobre corpos finitos. Ambos são comparados com algoritmos existentes na literatura, utilizando métricas de análise estatística e de implementação em hardware (com FPGAs), e apresentam ganhos acima de 270% na taxa de geração de bits. O PRNG baseado no mapa de Arnold apresenta valores de ocupação de hardware comparáveis aos menores valores encontrados na literatura, enquanto o baseado em q-análogos apresenta uma redução no número de look up tables e registradores da ordem de 60% e 62%, respectivamente. Além disso, é proposto um novo algoritmo de geração de códigos de autenticação, chamados de tags, para sistemas de PLA, baseado em sequências caóticas discretizadas, e é realizada uma comparação com métodos existentes na literatura, utilizando métricas baseadas em teoria da informação. O algoritmo proposto apresenta uma segurança incondicional, independente do ruído, positiva, o que não é válido para o algoritmo clássico de geração da tag encontrado na literatura. A dissertação também analisa a informação incondicional que um usuário malicioso tem da chave secreta utilizada no sistema de PLA ao interceptar múltiplos pares legítimos de mensagem e tag, considerando o algoritmo proposto para geração da tag, e duas métricas associadas a essa medida de informação são propostas.