Autômatos celulares caóticos aplicados na Criptografia e Criptoanálise - Justo, Marina Jeaneth Machicao (2013)
A teoria do caos estuda o tipo de comportamento, aparentemente aleatório, que apresentam alguns sistemas complexos sensíveis à perturbação dos seus parâmetros, como por exemplo sistemas dinâmicos, fractais, autômatos celulares, entre outros. Os autômatos celulares (ACs) são sistemas dinâmicos discretos que podem apresentar comportamentos caóticos a partir de regras simples. Os ACs tem sido empregados em diversas aplicações principalmente em simulações, mas também tem contribuído no reconhecimento de padrões, processamento de imagens e na Criptografia. A necessidade em transmitir informação de forma mais segura vem crescendo com a necessidade por novos algoritmos criptográficos. Paralelamente, os criptoanalistas vem progredindo constantemente na quebra e na procura de vulnerabilidades destes algoritmos, sendo necessaria a incursão de novas abordagens para atender estes desafios. Neste trabalho é proposto o desenvolvimento e avaliação de algoritmos criptográficos, assim como um novo método de criptoanálise, motivados pela adequação dos ACs caóticos com os princípios de confusão e difusão da Criptografia, seguindo critérios apropriados para a boa construção destes algoritmos, que são sintetizados em três partes: (i) Na proposta do algoritmo de cifra criptográfico baseado no AC caótico, foi sugerida uma estratégia de seleção de ACs em base a combinação de vários critérios como o expoente de Lyapunov, a entropia e a distância de Hamming; visando selecionar um AC apropriado para a geração de números pseudo-aleatórios usados no processo de encriptação/decriptação do algoritmo, o qual é validado por diversos testes de aleatoriedade. (ii) Foi proposto o algoritmo de hash criptográfico baseado numa abordagem híbrida dos ACs e as redes complexas, visando a construção de um algoritmo flexível e de bom desempenho. Os resultados alcançados por ambos os algoritmos criptográficos mostraram-se relevantes quando comparados com o estado da arte, com boas qualidades de segurança e um grande potencial para ser aplicados em problemas reais. (iii) Na proposta do método de criptoanálise foi sugerido traçar equivalências entre os sistemas criptográficos e os ACs caóticos visando explorar e analisar seu comportamento dinâmico, por meio da adaptação do algoritmo do expoente de Lyapunov dos ACs, cujos resultados permitiram encontrar padrões característicos nos modos de operação criptográficos. Os resultados obtidos mostraram que a abordagem dos ACs caóticos para desenvolver os algoritmos pode ser bastante útil em aplicações de Criptografia e Criptoanálise.