Sistemas de cifrado de la NSA

Los sistemas de primera generación de la NSA se introdujeron en la década de 1950 y se basaron en el legado de sus predecesores de la Segunda Guerra Mundial . Utilizaban máquinas de rotor derivadas del diseño SIGABA para la mayoría del cifrado de alto nivel; por ejemplo, el KL-7 . La distribución de claves implicaba la distribución de listas de claves en papel que describían la disposición de los rotores, las cuales debían cambiarse diariamente (el criptoperíodo ) a medianoche, GMT . El tráfico de más alto nivel se enviaba mediante sistemas de cinta de un solo uso, incluido el británico 5-UCO , que requería grandes cantidades de material de clave en cinta de papel. ^{[ 1 ] : pág. 39 y ss.}

Los sistemas de segunda generación (década de 1970) eran diseños electrónicos basados ​​en tubos de vacío y lógica de transformadores. Los algoritmos parecen basarse en registros de desplazamiento con retroalimentación lineal , posiblemente con algunos elementos no lineales añadidos para dificultar su criptoanálisis. Las claves se cargaban colocando una tarjeta perforada en un lector bloqueado en el panel frontal. ^{[ 2 ]} El criptoperiodo seguía siendo generalmente de un día. Estos sistemas se introdujeron a finales de la década de 1960 y permanecieron en uso hasta mediados de la década de 1980. Requerían mucho cuidado y mantenimiento, pero no eran vulnerables a los pulsos electromagnéticos (EMP). El descubrimiento de la red de espionaje Walker impulsó su retirada, junto con los sistemas de primera generación restantes.

Los sistemas de tercera generación (década de 1980) eran transistorizados y se basaban en circuitos integrados , y probablemente utilizaban algoritmos más robustos. Eran más pequeños y fiables. El mantenimiento en campo solía limitarse a ejecutar un modo de diagnóstico y sustituir una unidad defectuosa por una de repuesto, enviándose el dispositivo de cifrado averiado a un depósito para su reparación. Las claves se cargaban mediante un conector en el panel frontal. La NSA adoptó el mismo tipo de conector que el ejército utilizaba para los radioteléfonos de campaña como conector de carga. Inicialmente, las claves se distribuían en tiras de cinta de papel perforada que se podían pasar por un lector portátil ( KOI-18 ) conectado al puerto de carga. También estaban disponibles otros dispositivos electrónicos portátiles de carga ( KYK-13 , etc.).

Los sistemas de cuarta generación (década de 1990) utilizan más empaquetado comercial y distribución electrónica de claves. La tecnología de circuitos integrados permitió la retrocompatibilidad con los sistemas de tercera generación. Se introdujeron tokens de seguridad , como la clave de ignición criptográfica ( CIK ) KSD-64 . La tecnología de división secreta permite que los cifradores y las CIK se traten como no clasificados cuando se separan. Posteriormente, la tarjeta Fortezza , introducida originalmente como parte de la controvertida propuesta del chip Clipper , se empleó como token. Los criptoperíodos eran mucho más largos, al menos en lo que respecta al usuario. Los usuarios de teléfonos seguros como el STU-III solo tienen que llamar a un número de teléfono especial una vez al año para que se actualice su cifrado. Se introdujeron métodos de clave pública ( FIREFLY ) para la gestión electrónica de claves ( EKMS ), que empleaban un ordenador personal comercial o militarizado con MS-DOS para generar claves criptográficas e instrucciones de operación de señales (SOI/CEOI). Un generador de números aleatorios de hardware AN/CSZ-9 suministrado por la NSA producía los bits aleatorios necesarios. El CSZ-9 se conecta al PC mediante un puerto RS-232 y se alimenta con cinco pilas tipo D (BA-30). En fases posteriores del EKMS, la funcionalidad de datos aleatorios se incluyó en un procesador de claves (KP) de la NSA. ^{[ 3 ]} Ahora, las claves podían generarse mediante comandos individuales en lugar de recibirse por mensajería de la NSA.

Se introdujo un dispositivo de llenado portátil común (el AN/CYZ-10 ) para reemplazar la gran cantidad de dispositivos utilizados para cargar claves en los numerosos sistemas de tercera generación que aún se utilizaban ampliamente. Se proporcionó soporte de cifrado para estándares comerciales como Ethernet , IP (desarrollado originalmente por ARPA del Departamento de Defensa ) y multiplexación de fibra óptica. Se construyeron redes clasificadas, como SIPRNet (Red de Enrutamiento de Protocolo de Internet Secreto) y JWICS (Sistema Conjunto Mundial de Comunicaciones de Inteligencia), utilizando tecnología comercial de Internet con enlaces de comunicación seguros entre "enclaves" donde se procesaban los datos clasificados. Se tuvo que tener cuidado para garantizar que no hubiera conexiones inseguras entre las redes clasificadas e Internet pública .

En el siglo XXI, la comunicación se basa cada vez más en redes informáticas. El cifrado es solo un aspecto de la protección de la información confidencial en estos sistemas, y dista mucho de ser el más complejo. El papel de la NSA consistirá cada vez más en brindar orientación a las empresas comerciales que diseñan sistemas para uso gubernamental. Las soluciones de HAIPE son ejemplos de este tipo de productos (por ejemplo, KG-245A y KG-250 ).

Otras agencias, en particular el NIST , han asumido la responsabilidad de brindar seguridad a aplicaciones comerciales y sensibles, pero no clasificadas. La certificación por parte de la NSA del algoritmo AES no clasificado seleccionado por el NIST para uso clasificado "en sistemas aprobados por la NSA" sugiere que, en el futuro, la NSA podría utilizar más algoritmos no clasificados. Los sistemas KG-245A y KG-250 utilizan algoritmos tanto clasificados como no clasificados.

La Dirección de Seguridad de la Información de la NSA lidera el Programa de Modernización Criptográfica del Departamento de Defensa , un esfuerzo para transformar y modernizar las capacidades de seguridad de la información para el siglo XXI. Consta de tres fases:

• Reemplazo: Reemplace todos los dispositivos que presenten riesgo.
• Modernización: Integrar soluciones criptográficas modulares, programables e integradas.
• Transformación: Cumplir con los requisitos de Global Information Grid/NetCentric.

La NSA ha contribuido al desarrollo de varios estándares importantes para la comunicación segura: el Future Narrow Band Digital Terminal ( FNBDT ) para comunicaciones de voz, la High Assurance Internet Protocol Interoperability Encryption-Interoperability Specification ( HAIPE ) para redes informáticas y los algoritmos de cifrado Suite B.

Durante la Segunda Guerra Mundial , los mensajes escritos (conocidos como tráfico de registros ) se cifraban fuera de línea en máquinas de rotor especiales y de alto secreto, y luego se transmitían en grupos de cinco letras mediante código Morse o circuitos de teletipo , para ser descifrados fuera de línea por dispositivos de cifrado similares en el otro extremo. La máquina de rotor SIGABA , desarrollada durante esta época, se siguió utilizando hasta mediados de la década de 1950, cuando fue reemplazada por la KL-7 , que tenía más rotores.

El KW-26 ROMULUS fue un dispositivo de cifrado de segunda generación de amplio uso que podía insertarse en los circuitos de los teletipos para cifrar y descifrar automáticamente el tráfico. Utilizaba registros de desplazamiento electrónicos en lugar de rotores y se hizo muy popular (para un dispositivo de seguridad de las comunicaciones de su época), con más de 14 000 unidades producidas. Fue reemplazado en la década de 1980 por el más compacto KG-84 , que a su vez fue sustituido por el KIV-7 , interoperable con el KG-84 .

Los buques de la Armada estadounidense tradicionalmente evitan usar sus radios para impedir que sus adversarios los localicen mediante radiogoniometría . La Armada también necesita mantener la seguridad del tráfico aéreo, por lo que cuenta con estaciones de radio que transmiten constantemente mensajes codificados. Durante y después de la Segunda Guerra Mundial, los buques de la Armada copiaban estas transmisiones de la flota y utilizaban dispositivos especializados de cifrado de indicativos para descifrar qué mensajes iban dirigidos a ellos. Posteriormente, los mensajes se decodificaban fuera de línea mediante equipos SIGABA o KL-7 .

La segunda generación del KW-37 automatizaba la monitorización de la flota transmitiendo mediante conexión en línea entre el receptor de radio y un teletipo . Posteriormente, fue sustituida por la tercera generación, el KW-46, más compacto y fiable .

La NSA tiene la responsabilidad de proteger los sistemas de mando y control de las fuerzas nucleares. La serie KG-3 X se utiliza en la Red Mínima Esencial de Comunicaciones de Emergencia del gobierno estadounidense y en el Sistema Fijo de Radiodifusión Submarina, empleado para la transmisión de mensajes de acción de emergencia para el mando y control nuclear y nacional de las fuerzas estratégicas estadounidenses. La Armada está reemplazando el KG-38 utilizado en submarinos nucleares con módulos de circuito KOV-17 incorporados en nuevos receptores de onda larga, basados ​​en el empaquetado VME comercial . En 2004, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos adjudicó contratos para la fase inicial de desarrollo y demostración del sistema (SDD) de un programa para actualizar estos sistemas de generaciones anteriores utilizados en aeronaves.

Los sistemas de comunicación modernos multiplexan muchas señales en flujos de datos de banda ancha que se transmiten a través de fibra óptica , cable coaxial , relés de microondas y satélites de comunicación . Estos circuitos de banda ancha requieren dispositivos de cifrado muy rápidos.

La familia de equipos WALBURN ( KG-81 , KG-94 / 194 , KG-94A / 194A , KG-95 ) consta de dispositivos de cifrado masivo de alta velocidad utilizados principalmente para troncales de microondas, circuitos de línea terrestre de alta velocidad, videoconferencias y canales satelitales T-1 . Otro ejemplo es el KG-189 , que admite estándares ópticos SONET de hasta 2,5  Gbit/s.

Encriptadores de datos digitales como la familia KG-84 , que incluye los modelos TSEC/ KG-84 , TSEC/ KG-84 A y TSEC/ KG-82 , TSEC/ KG-84 A y TSEC/ KG-84 C, así como el KIV-7 .

El cifrado de voz verdadero (a diferencia de la tecnología de codificación menos segura ) fue pionero durante la Segunda Guerra Mundial con el SIGSALY de 50 toneladas , utilizado para proteger las comunicaciones de más alto nivel. No se volvió práctico para un uso generalizado hasta que se hicieron posibles los codificadores de voz compactos y razonables a mediados de la década de 1960. El primer equipo táctico de voz segura fue la familia NESTOR , utilizado con éxito limitado durante la guerra de Vietnam. Otros sistemas de voz de la NSA incluyen: ^{[ 1 ] : Vol. I, pág. 57 y siguientes}

• STU I y STU II : estos sistemas eran costosos y engorrosos, y generalmente estaban limitados a los niveles más altos de mando.
• STU-III : Estos teléfonos funcionaban a través de líneas telefónicas convencionales e incorporaban tokens de seguridad y criptografía de clave pública , lo que los hacía mucho más fáciles de usar. Por ello, gozaron de gran popularidad. Utilizado desde la década de 1980, este dispositivo está siendo retirado del mercado rápidamente y dejará de recibir soporte en un futuro próximo.
• Terminal 1910 : Fabricado por varios fabricantes, este dispositivo se utiliza principalmente como módem seguro. Al igual que el STU-III, las nuevas tecnologías lo han superado con creces y ya no se usa ampliamente.
• HY-2 es un vocoder para circuitos de larga distancia diseñado para funcionar con el generador de llaves KG-13 .
• Terminal de Seguridad (STE): Este sistema está diseñado para reemplazar al STU-III. Utiliza voz de banda ancha transmitida a través de líneas ISDN . También existe una versión que se comunica a través de una línea PSTN (Red Telefónica Pública Conmutada). Es compatible con teléfonos STU-III y se puede actualizar para que sea compatible con FNBDT.
• Módulo de seguridad Sectéra : un módulo que se conecta a la parte posterior de un teléfono celular comercial estándar. Utiliza AES o SCIP para el cifrado.
• OMNI — El terminal OMNI, fabricado por L3 Communications, es otra alternativa a los STU-III. Este dispositivo utiliza la llave FNBDT y se emplea para enviar voz y datos de forma segura a través de los sistemas de comunicación PSTN e ISDN.
• VINSON Una serie de sistemas para el cifrado de voz táctico que incluye la unidad portátil KY-57 y el KY-58 para aeronaves.
• HAVE QUICK y SINCGARS utilizan generadores de secuencias suministrados por la NSA para proporcionar salto de frecuencia seguro.
• Terminal Digital de Banda Estrecha del Futuro (FNBDT): ahora conocido como "Protocolo de Interoperabilidad de Comunicaciones Seguras" ( SCIP ), el FNBDT reemplaza al STE de banda ancha, que utiliza canales de comunicación de banda estrecha, como los circuitos de telefonía celular , en lugar de líneas ISDN. El FNBDT/SCIP opera en la capa de aplicación del Modelo de Referencia ISO/OSI , lo que significa que puede utilizarse sobre diferentes tipos de conexiones, independientemente del método de establecimiento. Negocia con la unidad en el otro extremo, de forma similar a un módem de acceso telefónico .
• Iridium seguro: la NSA ayudó a añadir cifrado a los teléfonos móviles comerciales Iridium después de rescatar a la empresa en bancarrota Iridium .
• Fishbowl — En 2012, la NSA introdujo una arquitectura de movilidad empresarial destinada a proporcionar una capacidad de VoIP segura utilizando productos de grado comercial y un teléfono móvil basado en Android llamado Fishbowl que permite comunicaciones clasificadas a través de redes inalámbricas comerciales. ^{[ 4 ]}

La complejidad operativa de la comunicación de voz segura influyó en los atentados del 11 de septiembre de 2001 contra Estados Unidos. Según la Comisión del 11-S , la incapacidad de establecer una conexión telefónica segura entre el Centro Nacional de Mando Militar y el personal de la Administración Federal de Aviación que gestionaba los secuestros de aviones dificultó una respuesta eficaz por parte de Estados Unidos . Véase Comunicación durante los atentados del 11 de septiembre de 2001 .

La NSA ha aprobado diversos dispositivos para proteger las comunicaciones del Protocolo de Internet . Estos se han utilizado , entre otros usos, para proteger la Red Secreta de Enrutadores de Protocolo de Internet ( SIPRNet ).

El primer dispositivo comercial de cifrado de capa de red fue el Sistema de Cifrado de Red (NES) de Motorola. El sistema utilizaba los protocolos SP3 y KMP definidos por el Sistema de Red de Datos Seguros (SDNS) de la NSA y fueron los precursores directos de IPsec . El NES se construyó con una arquitectura de tres partes que utilizaba un pequeño núcleo de seguridad criptográfica para separar las pilas de protocolos de red confiables y no confiables. ^{[ 5 ]}

El programa SDNS definió un Protocolo de Seguridad de Mensajes (MSP) basado en el uso de certificados definidos por X.509. El primer hardware de la NSA diseñado para esta aplicación fue el BBN Safekeeper. ^{[ 6 ]} El Protocolo de Seguridad de Mensajes fue el sucesor del protocolo PEM (Privacy Enhanced Mail) de la IETF. El BBN Safekeeper ofrecía un alto grado de resistencia a la manipulación y fue uno de los primeros dispositivos utilizados por empresas comerciales de infraestructura de clave pública (PKI).

La NSA sigue apoyando sistemas sencillos de cifrado y autenticación en papel para uso sobre el terreno, como DRYAD .

La NSA ha participado en el desarrollo de varios dispositivos de cifrado para uso público. Estos incluyen:

• Suite B : un conjunto de estándares de algoritmos de clave pública basados ​​en criptografía de curva elíptica .
• Estándar de Cifrado Avanzado (AES): un algoritmo de cifrado seleccionado por el NIST tras un concurso público. En 2003, la NSA certificó AES para su uso como Tipo 1 en algunos sistemas aprobados por la NSA.
• Algoritmo de hash seguro : una familia de algoritmos de hash ampliamente utilizada , desarrollada por la NSA basándose en diseños anteriores de Ron Rivest .
• Algoritmo de firma digital
• Estándar de cifrado de datos (DES) ^{[ 7 ]}
• Skipjack : el cifrado desarrollado para Clipper y finalmente publicado en 1998.
• El chip Clipper : un fracaso controvertido que convenció a la NSA de que era aconsejable mantenerse al margen de la esfera pública.
• Linux con seguridad mejorada : no se trata estrictamente de un dispositivo de cifrado, sino del reconocimiento de que, en el siglo XXI, las mejoras en el sistema operativo son más importantes para la seguridad de la información que los mejores algoritmos de cifrado .
• Los cifradores de bloques ligeros Speck y Simon , publicados en 2013.