Diseño e implementación de un algoritmo de cifrado híbrido para sistemas de comunicación crítica

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Resumen

In this paper, the development of the degree work is evidenced, which consists of the execution of a hybrid encryption algorithm for mission-critical communication systems through software-defined radio. The algorithm is developed using the Python programming language which allows for RSA asymmetric authentication. The RSA key (public and private) is sent encrypted by a password from the receiver to the transmitter, the transmitter unlocks the public key with which the AES session key is encrypted by RSA, which encrypts the plain text, then it is encrypts the plaintext using the AES (symmetric encryption) algorithm. At the receiver, the session key is decrypted using the RSA private key, which in turn is used to decrypt the plaintext. For this work, samples are taken with image files (.jpg or .png) that have a size between 44.4 kB and 226 kB, which are opened automatically when they arrive. The communication is executed through the GNU Radio software in which an ASK modulation technique is used at a symbol rate of 195.312 kbps, at the time of making this communication it is executed by the USRP-N210 device, a device implemented for the development of Defined Radio by Software, since it allows delegating the hardware functions to the code used by the GNU Radio tool through Python and C++. Throughput, delay, and jitter performance measurements are performed, evaluating the performance of the algorithm, which is why these data are affected only with the adjusted bit rate in the GNU Radio block diagrams. The throughput varies with very slight values since it is conditioned to the packaging and the control information that the UDP protocol consumes through the communication between the computer and the USRP-N210 for its operation.

Descripción

En el presente documento se evidencia el desarrollo del trabajo de grado el cual consta de la ejecución de un algoritmo de cifrado híbrido para sistemas de comunicación de misión crítica a través de radio definido por software. El algoritmo se desarrolla mediante el lenguaje de programación Python el cual permite realizar una autenticación asimétrica RSA. Se realiza el envío de la llave RSA (pública y privada) cifrada por una contraseña del receptor al transmisor, el transmisor desbloquea la llave publica con la cual se cifra mediante RSA la llave de sesión AES, la cual cifra el texto plano, luego se cifra el texto plano a través del algoritmo AES (cifrado simétrico). En el receptor se descifra la llave de sesión mediante la llave privada RSA, con la cual se usa a su vez para descifrar el texto plano. Para este trabajo se toman muestras con archivos de imagen (.jpg o .png) que tienen un tamaño entre los 44.4 kB hasta los 226 kB, los cuales al llegar se abren automáticamente. La comunicación se ejecuta mediante el software GNU Radio en el cual se usa una técnica de modulación ASK a una rata de símbolo de 195,312 kbps, al momento de realizar esta comunicación se ejecuta por el dispositivo USRP-N210, dispositivo implementado para desarrollo de Radio Definida por Software, ya que permite delegar las funciones de hardware al código usado por la herramienta GNU Radio a través de Python y C++. Se realiza las mediciones de rendimiento throughput, delay, jitter, evaluando el desempeño del algoritmo, por lo cual estos datos se ven afectados solo con la rata de bit ajustada en los diagramas de bloques de GNU Radio. El throughput varía con valores muy leves ya que está condicionado al empaquetamiento y la información de control que consume el protocolo UDP a través de la comunicación entre el computador y el USRP-N210 para su funcionamiento.

Palabras clave

Cifrado híbrido, AES, RSA, SDR, USRP-N210, Python, GNU Radio, Radio definida por software, Python

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