Análisis y optimización de algoritmos criptográficos post-cuánticos en sistemas embebidos

Abstract

En este trabajo de fin de grado se propone una implementación del algoritmo Federal Information Processing Standards (FIPS) 203 creado por el National Institute of Standards and Technology (NIST) para crear un canal de comunicaciones entre dispositivos con bajas capacidades de cómputo, resistente a ataques originados por computadores cuánticos. El documento introduce al lector en el mundo de las comunicaciones, analizando aspectos como la seguridad de la información y la criptografía, para exponer los problemas actuales y la motivación para mitigarlos. Posteriormente, se presenta el estado del arte sobre los fundamentos de la computación cuántica, la criptografía, la seguridad en las comunicaciones y una evaluación comparativa de plataformas de pruebas. En el desarrollo del proyecto, se plantea una solución para proteger dispositivos con recursos limitados frente a ataques basados en el uso de computadores cuánticos. Se plantea de un entorno inicial con máquinas virtuales para, posteriormente, analizar dispositivos más limitados, estudiar sus resultados y diseñar e implementar un protocolo cliente-servidor que permita decidir el nivel de seguridad óptimo en función de la capacidad de cómputo, gracias a un algoritmo de decisión adaptativo.

This Bachelor’s dissertation proposes an implementation of the FIPS 203 algorithm, developed by NIST, to establish a communication channel between devices with low computational capabilities, resistant to quantum computer attacks. The document introduces the reader to the world of communications, analysing aspects such as information security and cryptography, in order to present current challenges and the motivation to address them. Subsequently, the state of the art is presented, covering the fundamentals of quantum computing, cryptography, communication security, and the use of benchmarking and testing platforms. In the development of the project, a solution is proposed to secure resource-constrained devices against quantum computing based attacks. The work begins with an initial environment based on virtual machines and then moves on to analyze more limited devices, study their results, and design and implement a client-server protocol that allows the optimal security level to be selected according to the computational capacity, thanks to an adaptive decision algorithm.