SEGURIDAD EN LAS COMUNICACIONES

Constantino Pérez Vega

Departamento de Ingeniería de Comunicaciones Universidad de Cantabria

Marzo 2014

Comunicación:

Intercambio de información entre personas, animales o máquinas

Información:

(a) Conjunto de símbolos, acciones, gestos o actitudes que constituyen un mensaje y que tienen un significado específico para uno o varios receptores

(b) Conjunto de señales producidas por fenómenos físicos, registrados, clasificados, organizados y relacionados, con un significado preciso para un destinatario específico

Señal:

En este contexto, representación eléctrica de un proceso físico, generalmente variable en el tiempo.

TRANSMISOR

RECEPTOR

Fuentede

Información

Codificacionde

fuente

Codificaciónde

Canal

Modulaciony

Amplificacion

Mediode

Transporte

AmplificaciónDetecciónDecodifica-ción

Información de salida

Sistema de Comunicaciones

El sistema de comunicaciones es el vehículo para transportar la información

La información puede estar en tránsito o bien, estar almacenada

En cualquier caso la información debe recibirse o reproducirse fielmente, es decir, tal como se transmitió en origen o se grabó en el medio de almacenamiento,

sin sufrir alteraciones o modificaciones.

Dependiendo del medio de transmisión y de los sistemas de comunicaciones la información puede

sufrir alteraciones, algunas inevitables y otras intencionadas, por lo general maliciosas

Esto ocurre tanto en sistemas civiles como militares o de inteligencia

Modelos que debe cumplir la información

Modelo CIA

Confidencialidad

Integridad

Disponibilidad

Modelo de 6 elementos (Donn Parker, 2002)

Confidencialidad

Posesión

Integridad

Autenticidad

Disponibilidad

Utilidad

Seguridad de la información:

Protección de la información y de los sistemas de información de:

• Acceso no autorizado

• Uso o revelación indebidos

• Desorden

• Modificación

• Interrupción

• Destrucción

Confidencialidad:

Prevenir el divulgar o poner en evidencia la información a personas o sistemas no autorizados mediante:

• Cifrado o encriptado

• Limitación de lugares en que puede aparecer

• Restricción del acceso

La confidencialidad es necesaria, pero no es suficiente para mantener la privacidad de las personas cuya

información se mantiene en un sistema.

Ataques a la confidencialidad/privacidad

Miradas “sobre el hombro”

(Eavesdropping)

Tarjetas de créditoCopiado, incluyendo minicámaras

y fraude posterior

Ataques a la confidencialidad/privacidad

Registros médicos de pacientes

Ataques a la confidencialidad/privacidad

Miradas “sobre el hombro”, robo y copiado del disco duro

Técnicas de intrusión a través de la red

Computadora y otros dispositivos portátiles

“Pinchado en la línea”

Captura de los mensajes de radio

Ataques a la confidencialidad/privacidad

Llaves de acceso a puertas y automóviles

Captura de códigos mediante radio

Ataques a la confidencialidad/privacidad

IntegridadLa información debe conservarse íntegramente sin que pueda ser alterada sin autorización.

Las violaciones o ataques a la integridad pueden ser accidentales o malintencionadas

Un caso típico son los virus informáticos

Otro, las modificaciones de nómina por empleados

Otro, el espionaje industrial

Autentificación

El receptor debe verificar que el transmisor es válido (auténtico)

Un procedimiento habitual es que el transmisor utilice alguno de los siguientes factores:

1. Algo que sabes (fecha de nacimiento, nombres de familia, etc)

2. Algo que tienes (DNI, licencia de conducir, etc)

3. Algo que eres (huella digital, voz, exploración de retina)

Una autentificación más robusta utiliza dos de los tres factores anteriores

El receptor debe verificar, a su vez que el transmisor es válido

Autentificación simple

PIN

PIN + Identificación de la terminal

AutentificaciónVerificaciónInteracciónAutorizaciónTerminación

Password simple o doble

Los sistemas de autentificación mediante PIN (Personal Identification Number) o Palabra clave (Password) son muy vulnerables a ataques.

Ataques, no necesariamente físicos, a la información

• Cuentas bancarias

• Tarjetas de crédito

• Registros de pacientes

• Usuarios de computadoras, conectadas o no a Internet

• Empresas de servicios

Dos componentes principales en la seguridad de la información:

Seguridad física

Seguridad no tecnológica (procedimientos)

Se trata de una disciplina holística en la que ninguna de las partes puede ignorarse.

• No necesitas hacer nada para ser víctima de un ataque.

• El atacante no necesita una razón para atacarte.

• El no haber sido víctima de un ataque no significa que tus medidas de seguridad sean muy efectivas

• ¿Cuándo podrás detectar el ataque: al ocurrir o después?

• ¿Puedes medir el impacto de un ataque?

Algunos agresoresEstudiantes: curiosear

Cracker: robo de datos.

Vendedor: introducir publicidad

Empresario: averiguar estrategias de competidores

Ex-empleado: conseguir venganza

Contador: desvío de dinero

Corredor de bolsa

Ladrón

Espía

Terrorista

Cracker

Hacker

Psicópata

Vendedores (publicidad)

Atrapadores de incautos

Mafias

“Man-in-the middle (MIM o MITM)

HARDWARE

SISTEMA OPERATIVO

MIDDLEWARE

APLICACION

Controles de acceso a diferentes niveles en un sistema

Un sistema típico de seguridad incluye:

Principales:

Personas

Empresas o Compañías

Computadoras

Lectores de tarjetas magnéticas, etc.

que pueden comunicarse entre sí utilizando una variedad de canales:

Teléfonos

Correo electrónico

Radio

Infrarrojo, etc.

que transportan datos sobre dispositivos físicos, tales como tarjetas bancarias, billetes de transporte, etc.

Los protocolos de seguridad son las reglas que gobiernan estas comunicaciones

Los protocolos de seguridad se diseñan de modo que el sistema sobreviva a acciones maliciosas o malintencionadas tales como:

Información falsa (teléfono, correo electrónico, etc.)

Interferencia de radio por organizaciones o gobiernos hostiles

Copias falsificadas de tarjetas o billetes de transporte

Intrusiones en sistemas de cómputo

La protección contra todos los posibles ataques con frecuencia es muy cara

Los protocolos se diseñan bajo ciertas suposiciones respecto a las amenazas

Según la aplicación los protocolos pueden ser desde muy simples hasta muy complejos

Un ejemplo simple

Tres intentos fallidos de acceder a una cuenta para sacar dinero de un cajero dan lugar a la captura de la tarjeta por éste

Las palabras clave (passwords) y los números personales de identificación (PIN) son la base de buena parte de la seguridad en

computadoras. Estas se usan para el acceso al sistema

Passwords

Dependiendo de la aplicación, unas paswwords tienen que ser más duras que otras. El objeto es dificultar el acceso a un agresor que intente acceder al sistema.

Dificultades con las passwords

Si es muy larga, el usuario puede tener dificultades para recordarla, para teclearla correctamente.

Algunos experimentos sugieren que doce dígitos es el máximo que se puede manejar en circunstancias extraordinarias bajo presión. Doce a veinte dígitos pueden ser adecuados cuando se copian.

Cuando se espera que el usuario memorice la password, por lo general éste elige una que resulta fácil de estimar por un atacante.

Los problemas relacionados con la forma de elegir una password por un usuario a fin de recordarla fácilmente pueden resumirse en:

• password “ingenua”

• Habilidades y entrenamiento del usuario

• Errores de diseño

• Fallos operacionales

Password ingenua

• Nombre del cónyuge

• Nombre de familiares cercanos (madre, padre)

• Apellidos

• Fechas especiales (nacimiento, matrimonio, etc)

•Tecla “Enter” (retorno de carro)

• La propia palabra password

La longitud promedio de las passwords de usuarios “normales”, es de seis a ocho caracteres alfanuméricos y la más común es la propia palabra password.

Habilidades y entrenamiento del usuario

En entornos corporativos y militares se puede intentar enseñar a usar passwords “buenas” o proporcionarles passwords aleatorias e insistir en que las passwords deben utilizarse con el mismo cuidado que la información que manejan.

Manejo de riesgo

Riesgo: Probabilidad de sufrir un daño

El manejo de riesgo es el proceso de identifiar vulnerabilidades y amenazas a los recursos de información y decidir las contramedidas a emplear, si las hay, para reducir el riesgo a niveles aceptables. El proceso es iterativo.

Vulnerabilidad: Susceptibilidad a un daño o ataque

Amenaza: Algo que es fuente de peligro o daño

Controles

• Administrativos: Controles de procedimientos

• Logísticos (Técnicos)PasswordsFirewallsSistemas de detección de intrusiónListas de control de accesoCifrado de datosPrincipio de privilegio mínimo

Físicos: Cerraduras, alarmas, etc.

Criptografía (Criptología, cifrado o encriptado)

Técnica para cambiar los símbolos de un mensaje en otros símbolos mediante una llave o clave conocida sólo por el receptor autorizado.

Criptoanálisis

Técnica para obtener la llave de cifrado y poder descifrar el mensaje

Algunos conceptos básicos de criptografía

MENSAJE ORIGINAL

LLAVE CRIPTOGRAFICA

MENSAJE ENCRIPTADO

LLAVE CRIPTOGRAFICA

MENSAJE ORIGINAL (DESENCRIPTADO)

Mensajes polialfabéticos: Ejemplos

COMPUTADORA

DPNQSUBEPSB

Original

Cifrado

Primeros métodos:

C = P + Kmod26

C = Símbolo cifrado

P = Un número cualquiera

Kmod26 = Cifra en módulo 26 que corresponde al símbolo a cifrar

Ejemplo: P(15) + U(20) = 35; 35 – 26 = 9 que corresponde a la letra i

El encriptado de P bajo la llave U (o de U bajo la llave P) es i

En un mensaje, el texto inteligible (plaintext), originalmente en forma alfabética, voz, sonido, imagen, etc., se presenta en forma de una secuencia binaria continua (unos y ceros) en que grupos de bits, generalmente de la misma longitud, constituyen símbolos, por ejemplo de 8 bits (8 bits constituyen un byte).

En una comunicación digital, además de los bits o los símbolos de la información original es necesario añadir símbolos adicionales, para sincronización, control, identificación, etc.

Cada determinado número de símbolos constituye un paquete. Por ejemplo en televisión digital los paquetes tienen una longitud de 188 bytes, que incluyen, entre otros, bytes de identificación, por ejemplo para indicar el orden que deben ocupar los paquetes en la secuencia al ser reproducidos.

0100111000101010111100101100111010110011101010

Mensaje

Llave deencriptado

Mensajeencriptado Al destinatario

Una posible forma de encriptado de flujo binario

En este caso el destinatario tiene la llave para descifrar el mensaje

Mensaje

Llave deencriptado

Mensajeencriptado

Al destinatario

Aleatorización

Llavealeatorizada

Por ejemplo a 128 bits

En este caso el destinatario conoce el polinomio de aleatorización

Otra posible forma de encriptado

Dispersión de energía (Aleatorización)

Dos objetivos:

Dispersar la energía de modo que la señal tenga características de ruido blanco. Con esto se reduce la componente de c.c.

Esta operación distribuye los bits de modo que no haya grupos grandes de unos o ceros. Con esto se reducen los errores en ráfaga.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0

Restablecer(clear)

DatosSalida de datosaleatorizados

Ejemplo

Supóngase la secuencia original de información

8 5 3 9

que, en alfabeto hexadecimal (4 bits por símbolo) resulta:

1000 0101 0011 1001

1010 1011 0101 0100

BH CH 5H 4H

Esta secuencia no se parece a la original. En el receptor se efectúa la desaleatorización y se recupera la secuencia original, 8539

Intercalado (Interleaving) o Permutación

Su función es la de permutar el orden los símbolos en una secuencia. La forma de permutación es conocida por el receptor a fin de aplicar el proceso inverso y recuperar la información original.

La permutación o intercalado se puede aplicar en combinación con aleatorización y encriptado de modo que la información que se transmite es verdaderamente robusta

Otra función del intercalado es la de dispersar los errores en ráfaga que afectan a varios símbolos consecutivas y no permiten la corrección de errores en el decodificador. Es una técnica ampliamente utilizada en comunicaciones digitales.

Se ordena en forma de matriz escribiendo fila a fila:

C O N S

T A N T

I N O P

E R E Z

Y se lee columna a columna, de modo que la secuencia de salida del intercalador será:

CTIEOANRNNOESTPZ

En el receptor la secuencia anterior se escribe fila a fila y se lee columna a columna para recuperar la información original

Supóngase la siguiente secuencia de símbolos transmitidos:

CONSTANTINOPEREZ

Un sistema robusto de encriptado combina substitucióncon transposición repetidamente

Imagen tomada de R. Anderson “Security Engineering”

Red SP (Substitución y Permutación)

Lorenz SZ42-Z

Máquinas de cifrado (2ª Guerra Mundial)

Enigma

Typex (UK)

Sigaba (USA)

Seguridad de las transmisiones

No sólo las emisiones radioeléctricas son vulnerables a ataques, también las trasmisiones por cable o fibra óptica y las propias computadoras.

Ataques pasivos

Las computadoras emiten señales de RF que pueden ser analizadas por un intruso en la cercanía, mediante análisis de frecuencia o de potencia.

Análisis de tiempo

Análisis de frecuencia

Análisis de potencia

Puertas o automóviles

Area de cobertura

Duplicador

Fugas de señales de RF

Todos los dispositivos de visualización (TRC y LCD) emiten una señal débil de TV modulada con una versión distorsionada de la imagen mostrada en la pantalla, que puede recuperarse hasta a unos 10 m.

Ataques activos

Algunos, entre otros:

Interferencia (jamming)

Virus

Non-Stop

Transitorios (Glitching)

Ataques activos

Troyanos

Virus

Gusanos

Rootkits

Troyanos

Programas que ejecutan programas malintencionados como la captura de passwords de usuarios que no sospechan el ataque.

Virus y Gusanos

Programas malintencionados que se autorreproducen y propagan. Un gusano es algo que se reproduce y un virus es un gusano que se reproduce y se “pega” a otros programas.

Rootkit

Es un programa que, una vez que se instala en una máquina, la pone subrepticiamente bajo su control remoto.

Se usa para ataques y para fraudes financieros y legales.

Uno de los aspectos más importantes actualmente es la evasión de su detección (stealth). Intentan ocultarse del sistema operativo, de modo que no pueden localizarse y eliminarse con herramientas convencionales.

¿Cómo trabajan los virus y gusanos?

Tienen dos componentes: mecanismo de reproducción y carga activa (payload).

La carga activa se activa mediante una señal de disparo, por ejemplo, la fecha, y puede llevar acabo una o más actividades dañinas.

•Realizar cambios selectivos o aleatorios al estado de protección del sistema.

• Realizar cambios a los datos del usuario, por ejemplo, borrar el disco duro. Algunos ataques recientes encriptan la información almacenada en el disco duro y piden un precio de recate por la llave de desncriptado.

• “Amarrar” la red

• Hacer que el modem se enganche a un número privilegiado (premium rate number) para transferir dinero de tu cuenta a la de un ladrón.

• Instalar spyware o adware en la máquina. Puede capturar las passwords bancarias y sustraer dinero de las cuentas.

• Las applets de Java pueden ser un problema

• Los anexos (attach) en Word son peligrosos debido a las macros que pueden tener incrustadas.

Non-Stop

Explotación de las emisiones de RF inducidas accidentalmente por transmisores o fuentes de RF cercanas como, por ejemplo teléfonos móviles.

En barcos y aviones es necesario tener cuidado que sus señales no sean moduladas accidentalmente con información que pueda ser útil al enemigo

Transitorios (Glitches o Glitching)

Es importante en el caso de tarjetas inteligentes

Se basa en la introducción de transitorios en la fuente de alimentación o la señal de reloj a la tarjeta esperando inducir un error útil al atacante.

Produce situaciones de NOP (no-operación) que permite un ataque selectivo para ejecutar un código que puede ser muy potente, por ejemplo puentear el control de acceso.

Jamming:

Acción deliberada de interferir las comunicaciones

Interferencia

Accion no deliberada de interferir las comunicaciones

Comunicación deseada

Señal interferente

Ataques activos.Interferencia

Jamming

Países que sufren o utilizan jamming entre otros

Estados Unidos

China

Corea del Norte

Corea del Sur

Cuba

India

Pakistán

Irán

Jamming de Radar

Chaff y destellos

F-117A

B-2

Automóvil con jammer de radar