Implementación de protocolo GAKE postcuántico para despliegues de nodos IoT en el Edge

Desde sus inicios, las redes de dispositivos de Internet of Things han sido objeto de multitud de ciberataques con la finalidad de robar información o alterar el funcionamiento de la red; esto es debido a la gran cantidad de puntos débiles en su seguridad. Por este motivo fueron invertidos numerosos recursos para asegurar la protección de estas redes, pero los avances tecnológicos han dado lugar a una nueva problemática, la computación cuántica. Los ordenadores cuánticos pueden ejecutar algunos algoritmos capaces de poner en problemas a los principales esquemas de criptografía asimétrica y, aunque la construcción de este tipo de ordenadores aún precisa de muchos avances para disponer de la capacidad de ejecutar ataques cuánticos completos, suponen una nueva dificultad a superar por los protocolos de ciberseguridad que cada día está más cerca de convertirse en una amenaza real y a gran escala. Los esquemas de criptografía simétrica precisan que los nodos emisor y receptor posean una clave común con la que encriptar y desencriptar la información enviada; es fundamental que obtengan esta clave de forma segura para evitar el robo de datos. En este contexto surge el principal objetivo de este trabajo, que consiste en la implementación de un protocolo GAKE de intercambio de clave en grupo y el posterior análisis del comportamiento de la implementación en una red de nodos IoT en el edge, bajo distintos parámetros y en función del esquema KEM escogido. El trabajo comienza con una introducción en la que se definen los principales conceptos del Internet of Things (incluyendo una pequeña descripción de la plataforma IoT utilizada), la computación cuántica y la criptografía. Tras esto, se explica el significado de los términos GAKE, KEM y AES, además de los tres esquemas KEM que se analizarán: NTRU, Crystals-Kyber y Saber. Por último, se especifican los principales objetivos que busca cubrir este proyecto. Tras esta introducción, se describe el protocolo GAKE realizado y se explica su implementación sobre una red IoT de nodos inalámbricos, definiendo los tres tipos de nodos que precisa el protocolo (root, líder y nodo simple) y los distintos procesos que sigue cada uno de ellos, acompañado de varios diagramas de flujo para una mejor comprensión de los procedimientos realizados. Para la realización de pruebas se ha desplegado una red de nodos Cookie, diseñados con anterioridad en el Centro de Electrónica Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid, que conforman una plataforma para el despliegue de redes IoT. Tras comprobar el correcto funcionamiento del protocolo, se han realizado pruebas variando distintos parámetros de la red: el número de nodos total y de cada tipo, la distribución espacial de estos y el esquema KEM empleado en la implementación del protocolo. Cada prueba se ha realizado con el objetivo de comprobar si se completa el protocolo de forma satisfactoria o no, obteniendo así unas tasas de éxito para los distintos tipos de prueba. Una vez expuestos los resultados de las pruebas, se realiza un análisis de estos datos y se elabora una conclusión final en base a estos. En las gráficas elaboradas con los datos obtenidos se aprecia que, para los tres KEMs, la tasa de éxito presenta una trayectoria descendente a medida que aumenta el número total de nodos de la red. Los tres esquemas presentan porcentajes y tendencias lineales muy similares, siendo la de NTRU la que mejor se aproxima a los datos reales. Esta similitud entre esquemas hace de la tasa de éxito un factor poco relevante a la hora de escoger un esquema KEM para la implementación del protocolo. Para cerrar la conclusión, se establecen unas líneas a seguir de cara a posibles investigaciones futuras; estas consisten principalmente en una búsqueda de mejoras, tanto vía software como vía hardware, de diversos parámetros como los tiempos de ejecución, la memoria y energía consumidas o las distancias entre nodos de la red