A Comprehensive Cloud Security Model with Enhanced Key Management, Access Control and Data Anonymization Features

A disgusting problem in public cloud is to securely share data based on fine grained access control policies and unauthorized key management. Existing approaches to encrypt policies and data with different keys based on public key cryptosystem are Attribute Based Encryption and proxy re-encryption. The weakness behind approaches is: It cannot efficiently handle policy changes and also problem in user revocation and attribute identification.  Even though it is so popular, when employed in cloud it generate high computational and storage cost. More importantly, image encryption is some out complex in case of public key cryptosystem. On the publication of sensitive dataset, it does not preserve privacy of an individual. A direct application of a symmetric key cryptosystem, where users are served based on the policies they satisfy and unique keys are generated by Data Owner (DO). Based on this idea, we formalize a new key management scheme, called Symmetric Chaos Based key Management (SCBKM), and then give a secure construction of a SCBKM scheme called AS-Chaos. The idea is to give some secrets to Key Manager (KM) based on the identity attributes they have and later allow them to derive actual symmetric keys based on their secrets. Using our SCBKM construct, we propose an efficient approach for fine-grained encryption-based access control for data stored in untrusted cloud storage

Secure covert communications over streaming media using dynamic steganography

Streaming technologies such as VoIP are widely embedded into commercial and industrial applications, so it is imperative to address data security issues before the problems get really serious. This thesis describes a theoretical and experimental investigation of secure covert communications over streaming media using dynamic steganography. A covert VoIP communications system was developed in C++ to enable the implementation of the work being carried out. A new information theoretical model of secure covert communications over streaming media was constructed to depict the security scenarios in streaming media-based steganographic systems with passive attacks. The model involves a stochastic process that models an information source for covert VoIP communications and the theory of hypothesis testing that analyses the adversary‘s detection performance. The potential of hardware-based true random key generation and chaotic interval selection for innovative applications in covert VoIP communications was explored. Using the read time stamp counter of CPU as an entropy source was designed to generate true random numbers as secret keys for streaming media steganography. A novel interval selection algorithm was devised to choose randomly data embedding locations in VoIP streams using random sequences generated from achaotic process. A dynamic key updating and transmission based steganographic algorithm that includes a one-way cryptographical accumulator integrated into dynamic key exchange for covert VoIP communications, was devised to provide secure key exchange for covert communications over streaming media. The discrete logarithm problem in mathematics and steganalysis using t-test revealed the algorithm has the advantage of being the most solid method of key distribution over a public channel. The effectiveness of the new steganographic algorithm for covert communications over streaming media was examined by means of security analysis, steganalysis using non parameter Mann-Whitney-Wilcoxon statistical testing, and performance and robustness measurements. The algorithm achieved the average data embedding rate of 800 bps, comparable to other related algorithms. The results indicated that the algorithm has no or little impact on real-time VoIP communications in terms of speech quality (< 5% change in PESQ with hidden data), signal distortion (6% change in SNR after steganography) and imperceptibility, and it is more secure and effective in addressing the security problems than other related algorithms

Secure Communication in wise Homes using IoT

The advancement of the Internet of Things has madeextraordinary progress in recent years in academic as well as industrial fields. There are quite a few wise home systems (WHSs) that have been developed by major companies to achieve home automation. However, the nature of wise homesinescapable raises security and privacy concerns. In this paper, we propose an improved energy-efficient, secure, and privacy-preserving com-munication protocol for the WHSs. In our proposed scheme, data transmissions within the WHS are secured by a symmetric encryption scheme with secret keys being generated by anarchicsystems. Meanwhile, we incorporate message authentication codes to our scheme to guarantee data integrity and authenticity. We also provide detailed security analysis and performance evaluation in comparison with our previous work in terms of computational complexity, memory cost, and communication overhead

Digital Design of New Chaotic Ciphers for Ethernet Traffic

Durante los últimos años, ha habido un gran desarrollo en el campo de la criptografía, y muchos algoritmos de encriptado así como otras funciones criptográficas han sido propuestos.Sin embargo, a pesar de este desarrollo, hoy en día todavía existe un gran interés en crear nuevas primitivas criptográficas o mejorar las ya existentes. Algunas de las razones son las siguientes:• Primero, debido el desarrollo de las tecnologías de la comunicación, la cantidad de información que se transmite está constantemente incrementándose. En este contexto, existen numerosas aplicaciones que requieren encriptar una gran cantidad de datos en tiempo real o en un intervalo de tiempo muy reducido. Un ejemplo de ello puede ser el encriptado de videos de alta resolución en tiempo real. Desafortunadamente, la mayoría de los algoritmos de encriptado usados hoy en día no son capaces de encriptar una gran cantidad de datos a alta velocidad mientras mantienen altos estándares de seguridad.• Debido al gran aumento de la potencia de cálculo de los ordenadores, muchos algoritmos que tradicionalmente se consideraban seguros, actualmente pueden ser atacados por métodos de “fuerza bruta” en una cantidad de tiempo razonable. Por ejemplo, cuando el algoritmo de encriptado DES (Data Encryption Standard) fue lanzado por primera vez, el tamaño de la clave era sólo de 56 bits mientras que, hoy en día, el NIST (National Institute of Standards and Technology) recomienda que los algoritmos de encriptado simétricos tengan una clave de, al menos, 112 bits. Por otro lado, actualmente se está investigando y logrando avances significativos en el campo de la computación cuántica y se espera que, en el futuro, se desarrollen ordenadores cuánticos a gran escala. De ser así, se ha demostrado que algunos algoritmos que se usan actualmente como el RSA (Rivest Shamir Adleman) podrían ser atacados con éxito.• Junto al desarrollo en el campo de la criptografía, también ha habido un gran desarrollo en el campo del criptoanálisis. Por tanto, se están encontrando nuevas vulnerabilidades y proponiendo nuevos ataques constantemente. Por consiguiente, es necesario buscar nuevos algoritmos que sean robustos frente a todos los ataques conocidos para sustituir a los algoritmos en los que se han encontrado vulnerabilidades. En este aspecto, cabe destacar que algunos algoritmos como el RSA y ElGamal están basados en la suposición de que algunos problemas como la factorización del producto de dos números primos o el cálculo de logaritmos discretos son difíciles de resolver. Sin embargo, no se ha descartado que, en el futuro, se puedan desarrollar algoritmos que resuelvan estos problemas de manera rápida (en tiempo polinomial).• Idealmente, las claves usadas para encriptar los datos deberían ser generadas de manera aleatoria para ser completamente impredecibles. Dado que las secuencias generadas por generadores pseudoaleatorios, PRNGs (Pseudo Random Number Generators) son predecibles, son potencialmente vulnerables al criptoanálisis. Por tanto, las claves suelen ser generadas usando generadores de números aleatorios verdaderos, TRNGs (True Random Number Generators). Desafortunadamente, los TRNGs normalmente generan los bits a menor velocidad que los PRNGs y, además, las secuencias generadas suelen tener peores propiedades estadísticas, lo que hace necesario que pasen por una etapa de post-procesado. El usar un TRNG de baja calidad para generar claves, puede comprometer la seguridad de todo el sistema de encriptado, como ya ha ocurrido en algunas ocasiones. Por tanto, el diseño de nuevos TRNGs con buenas propiedades estadísticas es un tema de gran interés.En resumen, es claro que existen numerosas líneas de investigación en el ámbito de la criptografía de gran importancia. Dado que el campo de la criptografía es muy amplio, esta tesis se ha centra en tres líneas de investigación: el diseño de nuevos TRNGs, el diseño de nuevos cifradores de flujo caóticos rápidos y seguros y, finalmente, la implementación de nuevos criptosistemas para comunicaciones ópticas Gigabit Ethernet a velocidades de 1 Gbps y 10 Gbps. Dichos criptosistemas han estado basados en los algoritmos caóticos propuestos, pero se han adaptado para poder realizar el encriptado en la capa física, manteniendo el formato de la codificación. De esta forma, se ha logrado que estos sistemas sean capaces no sólo de encriptar los datos sino que, además, un atacante no pueda saber si se está produciendo una comunicación o no. Los principales aspectos cubiertos en esta tesis son los siguientes:• Estudio del estado del arte, incluyendo los algoritmos de encriptado que se usan actualmente. En esta parte se analizan los principales problemas que presentan los algoritmos de encriptado standard actuales y qué soluciones han sido propuestas. Este estudio es necesario para poder diseñar nuevos algoritmos que resuelvan estos problemas.• Propuesta de nuevos TRNGs adecuados para la generación de claves. Se exploran dos diferentes posibilidades: el uso del ruido generado por un acelerómetro MEMS (Microelectromechanical Systems) y el ruido generado por DNOs (Digital Nonlinear Oscillators). Ambos casos se analizan en detalle realizando varios análisis estadísticos a secuencias obtenidas a distintas frecuencias de muestreo. También se propone y se implementa un algoritmo de post-procesado simple para mejorar la aleatoriedad de las secuencias generadas. Finalmente, se discute la posibilidad de usar estos TRNGs como generadores de claves. • Se proponen nuevos algoritmos de encriptado que son rápidos, seguros y que pueden implementarse usando una cantidad reducida de recursos. De entre todas las posibilidades, esta tesis se centra en los sistemas caóticos ya que, gracias a sus propiedades intrínsecas como la ergodicidad o su comportamiento similar al comportamiento aleatorio, pueden ser una buena alternativa a los sistemas de encriptado clásicos. Para superar los problemas que surgen cuando estos sistemas son digitalizados, se proponen y estudian diversas estrategias: usar un sistema de multi-encriptado, cambiar los parámetros de control de los sistemas caóticos y perturbar las órbitas caóticas.• Se implementan los algoritmos propuestos. Para ello, se usa una FPGA Virtex 7. Las distintas implementaciones son analizadas y comparadas, teniendo en cuenta diversos aspectos tales como el consumo de potencia, uso de área, velocidad de encriptado y nivel de seguridad obtenido. Uno de estos diseños, se elige para ser implementado en un ASIC (Application Specific Integrate Circuit) usando una tecnología de 0,18 um. En cualquier caso, las soluciones propuestas pueden ser también implementadas en otras plataformas y otras tecnologías.• Finalmente, los algoritmos propuestos se adaptan y aplican a comunicaciones ópticas Gigabit Ethernet. En particular, se implementan criptosistemas que realizan el encriptado al nivel de la capa física para velocidades de 1 Gbps y 10 Gbps. Para realizar el encriptado en la capa física, los algoritmos propuestos en las secciones anteriores se adaptan para que preserven el formato de la codificación, 8b/10b en el caso de 1 Gb Ethernet y 64b/10b en el caso de 10 Gb Ethernet. En ambos casos, los criptosistemas se implementan en una FPGA Virtex 7 y se diseña un set experimental, que incluye dos módulos SFP (Small Form-factor Pluggable) capaces de transmitir a una velocidad de hasta 10.3125 Gbps sobre una fibra multimodo de 850 nm. Con este set experimental, se comprueba que los sistemas de encriptado funcionan correctamente y de manera síncrona. Además, se comprueba que el encriptado es bueno (pasa todos los test de seguridad) y que el patrón del tráfico de datos está oculto.<br /

SLEC: A Novel Serverless RFID Authentication Protocol Based on Elliptic Curve Cryptography

Radio Frequency Identification (RFID) is one of the leading technologies in the Internet of Things (IoT) to create an efficient and reliable system to securely identify objects in many environments such as business, health, and manufacturing areas. Since the RFID server, reader, and tag communicate via insecure channels, mutual authentication between the reader and the tag is necessary for secure communication. The central database server supports the authentication of the reader and the tag by storing and managing the network data. Recent lightweight RFID authentication protocols have been proposed to satisfy the security features of RFID communication. A serverless RFID system is a new promising solution to alternate the central database for mobile RFID models. In this model, the reader and the tag perform the mutual authentication without the support of the central database server. However, many security challenges arise from implementing the lightweight RFID authentication protocols in the serverless RFID network. We propose a new robust serverless RFID authentication protocol based on the Elliptic Curve Cryptography (ECC) to prevent the security attacks on the network and maintain the confidentiality and the privacy of the authentication messages and tag information and location. While most of the current protocols assume a secure channel in the setup phase to transmit the communication data, we consider in our protocol an insecure setup phase between the server, reader, and tag to ensure that the data can be renewed from any checkpoint server along with the route of the mobile RFID network. Thus, we implemented the elliptic curve cryptography in the setup phase (renewal phase) to transmit and store the data and the public key of the server to any reader or tag so that the latter can perform the mutual authentication successfully. The proposed model is compared under the classification of the serverless model in term of computation cost and security resistance

Cyber Security

This open access book constitutes the refereed proceedings of the 16th International Annual Conference on Cyber Security, CNCERT 2020, held in Beijing, China, in August 2020. The 17 papers presented were carefully reviewed and selected from 58 submissions. The papers are organized according to the following topical sections: access control; cryptography; denial-of-service attacks; hardware security implementation; intrusion/anomaly detection and malware mitigation; social network security and privacy; systems security

A security-and quality-aware system architecture for Internet of Things

Internet of Things (IoT) is characterized, at the system level, by high diversity with respect to enabling technologies and supported services. IoT also assumes to deal with a huge amount of heterogeneous data generated by devices, transmitted by the underpinning infrastructure and processed to support value-added services. In order to provide users with valuable output, the IoT architecture should guarantee the suitability and trustworthiness of the processed data. This is a major requirement of such systems in order to guarantee robustness and reliability at the service level. In this paper, we introduce a novel IoT architecture able to support security, privacy and data quality guarantees, thereby effectively boosting the diffusion of IoT services

Web service locating unit in RFID-centric anti-counterfeit system

Abstract-The problem of piracy has disturbed people's daily life for hundreds of years and has not been relieved until now, though many existing anti-counterfeit solutions have been applied. However, due to the emergences of Radio Frequency IDentification (RFID) technologies, there is a more reliable alternative solution to construct authentication system. On the other hand, there arises another issue of how to simplify the deployment of RFID-centric anti-counterfeit system over the Internet. In this article, we propose an approach, Web Service Locating Unit (WSLU), to achieve this goal to manage numbers of RFID-centric authentication services (relied on web services)

Communication-Efficient Cluster Federated Learning in Large-scale Peer-to-Peer Networks

A traditional federated learning (FL) allows clients to collaboratively train a global model under the coordination of a central server, which sparks great interests in exploiting the private data distributed on clients. However, once the central server suffers from a single point of failure, it will lead to system crash. In addition, FL usually involves a large number of clients, which requires expensive communication costs. These challenges inspire a communication-efficient design of decentralized FL. In this paper, we propose an efficient and privacy-preserving global model training protocol in the context of FL in large-scale peer-to-peer networks, CFL. The proposed CFL protocol aggregates local contributions hierarchically by a cluster-based aggregation mode, as well as a leverged authenticated encryption scheme to ensure the security communication, whose key is distributed by a modified secure communication key establishment protocol. Theoretical analyses show that CFL guarantees the privacy of local model update parameters, as well as integrity and authenticity under the widespread internal semi-honest and external malicious threat models. In particular, the proposed key revocation based on public voting can effectively defense against external adversaries hijacking honest participants to ensure the confidentiality of the communication keys. Moreover, the modified secure communication key establishment protocol indeed achieves high network connectivity probability to ensure transmission security of the system