MYRNA CECLIA MARTINS DOS SANTOS ANLISE FORMAL .MYRNA CECLIA MARTINS DOS SANTOS ANLISE FORMAL

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MINISTRIO DA DEFESA

EXRCITO BRASILEIRO

SECRETARIA DE CINCIA E TECNOLOGIA

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

CURSO DE MESTRADO EM SISTEMAS E COMPUTAO

MYRNA CECLIA MARTINS DOS SANTOS

ANLISE FORMAL DE PROTOCOLOS DE AUTENTICAO

PARA REDES CELULARES

Rio de Janeiro

2002

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

MYRNA CECLIA MARTINS DOS SANTOS

ANLISE FORMAL DE PROTOCOLOS DE AUTENTICAO PARA REDES CELULARES

Dissertao de Mestrado apresentada ao Curso de

Mestrado em Sistemas e Computao do Instituto

Militar de Engenharia, como requisito parcial para a

obteno do ttulo de Mestre em Cincias em Sistemas

e Computao.

Orientador: Jos Ferreira de Rezende D.C. Co-orientador: Jos Antnio Moreira Xexo D.C.

Rio de Janeiro

2002

2

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

Praa General Tibrcio, 80 Praia Vermelha

Rio de Janeiro RJ CEP: 22290-270

Este exemplar de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poder inclu-

lo em Base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer

outra forma de arquivamento.

permitida a meno, reproduo parcial ou integral e a transmisso entre

bibliotecas deste trabalho, sem modificao de seu texto, em qualquer meio que

esteja ou venha a ser fixado, para pesquisa acadmica, comentrios e citaes,

desde que sem finalidade comercial e que seja feita a referncia bibliogrfica

completa.

Os conceitos expressos neste trabalho so responsabilidade do Autor e do

Orientador.

Santos, Myrna Ceclia Martins dos.

Anlise formal de protocolos de autenticao para redes celulares / Myrna Ceclia Martins dos Santos. -- Rio de Janeiro : Instituto Militar de Engenharia, 2002.

127 p. : il.,tab. Dissertao (mestrado) Instituto Militar de Engenharia

Rio de Janeiro, 2002. 1. Criptografia. 2. Anlise de Protocolos. 3. Redes

Celulares. I. Instituto Militar de Engenharia. II. Ttulo.

CDD 004.62

S231

3

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

MYRNA CECLIA MARTINS DOS SANTOS

ANLISE FORMAL DE PROTOCOLOS DE AUTENTICAO PARA REDES CELULARES

Dissertao de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Computao e

Sistemas do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obteno do ttulo de Mestre em Cincias em Sistemas e Computao.

Orientador: Prof. Jos Ferreira de Rezende D.C.. Co-orientador: Prof. Jos Antnio Moreira Xexo D.C.

Aprovada em 27 de Junho de 2002 pela seguinte Banca Examinadora:

_______________________________________________________________

Prof Jos Ferreira de Rezende D.C. da COPPE Presidente

_______________________________________________________________

Prof Jos Antnio Moreira Xexo D. C. do IME

_______________________________________________________________

Paulo Cesar Coelho Ferreira - Docteur do PRODERJ

Rio de Janeiro

2002

4

A Deus por iluminar meu caminho, aos meus pais, minhas

irms, meu irmo e a meu futuro esposo, pelo amor,

compreenso e fora, fazendo com que eu acreditasse no

meu potencial para vencer mais esta batalha.

5

AGRADECIMENTOS

A meus pais pelo amor incondicional, pelos exemplos de vida e pela oportunidade de me

deixar crescer e poder agradecer em forma de vitrias as nossas conquistas.

A minhas irms pela confiana na irm mais velha, pelo carinho, compreenso e apoio.

A meu irmo de corao pela fora e por ser uma pessoa muito especial.

Pelas rezas e preocupaes da v Dina e do v Joo.

A meu futuro esposo Glauco, pelo seu amor, amizade, cumplicidade, ajuda, por me

acalmar e dar fora nas horas mais difceis.

Com certeza a presena de cada um de vocs foi fundamental nesta etapa.

A meus companheiros de turma, que se tornaram grandes amigos: Andres Level, Cadu,

Thiago, Paulo Renato (NetStreet Boys) e Alan que dividiram os momentos mais dramticos

e mais divertidos no IME.

A Genelice e Gilberto, que apesar de terem seguido reas diferentes, estiveram sempre

presentes dando muita fora.

Ao Glauter, pelo apoio, carisma e pelas tiradas engraadas para levantar o astral.

s professoras Cludia Justel, Ana Maria e Lilian Markenzon, pela preocupao, por

ouvirem minhas queixas e pelo apoio irrestrito que foi importante nesta caminhada. Vocs

foram meus anjos da guarda.

Em especial ao professor Xexo, pelos ensinamentos de criptografia, segurana e,

principalmente pela amizade conquistada.

E ao professor Jos Ferreira de Rezende, pela sua confiana, coragem em dar

prosseguimento ao trabalho, disponibilidade e ateno dispensada.

O apoio de vocs e a orientao prestada foram essenciais para a concretizao deste

trabalho.

Ao Departamento de Engenharia de Sistemas do Instituto Militar de Engenharia pela

oportunidade. E ao Cel. Paulo Roberto de Lira Gondim, por dar inico a orientao do meu

trabalho.

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SUMRIO

LISTA DE ILUSTRAES..................................................................................... 08 LISTA DE TABELAS ............................................................................................. 09 LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS ........................................................... 10 LISTA DE SIGLAS................................................................................................. 12 1. INTRODUO......................................................................................... 16 1.1. Motivao ................................................................................................ 16 1.2. Objetivo do Trabalho ............................................................................... 17 1.3. Organizao do Trabalho ........................................................................ 18 2. SEGURANA E REDES SEM FIO ........................................................ 20 2.1. Introduo ............................................................................................... 20 2.2. Conceitos Bsicos de Segurana ........................................................... 22 2.2.1. Criptografia ............................................................................................. 22 2.2.2. Tipos de Sistemas Criptogrficos ............................................................ 23 2.2.3. Assinatura Digital .................................................................................... 26 2.2.4. Autenticao ............................................................................................ 29 2.2.5. Tcnicas Para Distribuio de Chaves ................................................... 31 2.3. Conceitos Bsicos de Redes Sem Fio .................................................... 33 2.3.1. Componentes Bsicos de um Sistema Mvel Celular ............................. 34 2.3.2. Desenvolvimento da Rede Mvel ............................................................ 36 2.3.2.1. Primeira Gerao de Redes Sem Fio ..................................................... 36 2.3.2.2. Segunda Gerao de Redes Sem Fio .................................................... 37 2.3.2.3. Terceira Geraao de Redes Sem Fio ...................................................... 38 2.4. Segurana em Redes Mveis ................................................................. 39 2.5. Mtodos Formais .................................................................................... 41 2.5.1. Mtodos Baseados em Linguagens de Verificao ................................ 43 2.5.2. Mtodos Baseados em Cenrios (Sistemas Especialistas) ..................... 44 2.5.3. Mtodos Baseados em Lgicas Modais .................................................. 45 2.5.4. Mtodos Basados em Sistemas Algbricos ............................................ 46 2.6. Consideraes Finais .............................................................................. 47 3. COMPARAO ENTRE AS LGICAS BAN E GNY ............................ 49 3.1. Introduo ............................................................................................... 49 3.2. Protocolo para Distribuio de Chaves Needham-Schroeder.................. 51 3.3. Descrio dos Mtodos............................................................................ 53

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3.3.1. Lgica BAN ............................................................................................. 53 3.3.1.1. Notao Bsica ....................................................................................... 55 3.3.1.2. Postulados Lgicos ................................................................................. 57 3.3.1.3. Anlise Formal ........................................................................................ 60 3.3.2. Lgica GNY ............................................................................................. 66 3.3.2.1. Notao Bsica ....................................................................................... 67 3.3.2.2. Postulados Lgicos ................................................................................. 68 3.3.2.3. Anlise Formal ........................................................................................ 73 3.4. Comparao e Consideraes Finais ...................................................... 83 4. ANLISE DE PROTOCOLOS DE AUTENTICAO PARA REDE

CELULAR ...........................................................