Publicação: Um estudo sobre criptografia simétrica baseada em autômatos celulares híbridos
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
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Devido ao crescente número de sistemas computacionais conectados à Internet, há uma demanda por formas mais rápidas e seguras de permitir a comunicação entre tais sistemas. É comum que haja troca de dados sigilosos entre dispositivos pessoais e/ou servidores, e tais informações devem ser protegidas. Métodos e técnicas criptográficas têm sido utilizados para prover sigilo de dados entre entidades, e tais mecanismos possibilitam a existência de sistemas de internet banking, operações na bolsa de valores, identificação pessoal segura, entre outros. Existem algoritmos criptográficos clássicos, tais como o AES (Advanced Encryption Standard) e o DES (Data Encryption Standard), que foram padrões da indústria por décadas. Mesmo o DES já sendo considerado obsoleto, o AES ainda é tido como um algoritmo seguro. Entretanto, a versão original do AES tem suas desvantagens, especialmente ao lidar com a criptografia de imagens e com relação a otimizações para operação multithread. Uma alternativa é desenvolver novos métodos de cifração baseados em mecanismos que permitam uma melhor exploração do paralelismo presente nas máquinas atuais e em hardware dedicado. Algumas das possibilidades investigadas atualmente envolvem Autômatos Celulares devido à sua natureza intrinsecamente paralela. Nesta tese, foi desenvolvido um novo algoritmo chamado VHCA (Very Heterogeneous Cellular Automata). No VHCA, regras de Autômato Celular extraídas a partir de uma chave secreta são repetidamente aplicadas a células de reticulados inicializados com trechos do texto em claro. A sucessiva aplicação dessas regras a cada reticulado resulta em configurações (estados) referentes aos trechos correspondentes do texto cifrado. Os resultados experimentais apresentaram indícios de que o VHCA é uma solução promissora no contexto de novos modelos criptográficos.
Abstract
Due to the increasing number of computational systems connected to the Internet, there is a higher demand for faster and more secure ways to allow communication between such systems. Confidential information is often exchanged between personal devices and/or servers, and it must be protected. Cryptographic methods and techniques are used to provide data secrecy between parties and allow the existence of internet banking systems, online stock market operations, secure online personal identification, and so on. There are classical cryptographic methods, such as AES (Advanced Encryption Standard)and DES (Data Encryption Standard), which have been the industry standards for many years. While DES has been mostly deprecated, AES is still considered a secure algorithm. However, AES has some shortcomings, mainly when dealing with image data encryption and regarding multithread optimization. An alternative is developing new cryptographic methods based on systems that display a greater potential for parallelism in current-age computers and specialized hardware. Some of these novel possibilities involve Cellular Automata (CA) due to it being an inherently parallel model. A novel algorithm called VHCA (Very Heterogeneous Cellular Automata) was developed in the scope of this thesis. In VHCA, CA rules extracted from a secret key are repeatedly applied to cells in lattices whose values were initialized with chunks of the plaintext. These successive CA evolutions will result in configurations (states) matching the corresponding chunks of the ciphertext. Initial experiments point to VHCA being a promising solution in the search for new cryptographic models.
Palavras-chave
Autômatos Celulares, Cellular Automata, Criptografia, Cryptography, Paralelismo, Parallelism, Criptografia Simétrica, Symmetric cryptography
Citação
LIRA, Everton Rocha. Um estudo sobre criptografia simétrica baseada em autômatos celulares híbridos. 2025. 119 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.55.
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