Protocolo multiplataforma no centralizado para comunicaciones multimedia seguras

• Autores: José Vicente Aguirre Pastor
• Directores de la Tesis: Rafael Álvarez Sánchez (dir. tes.) , Antonio Zamora Gómez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat d'Alacant / Universidad de Alicante ( España ) en 2016
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Pino Caballero Gil (presid.) , Miguel Cazorla Quevedo (secret.) , Candelaria Hernández Goya (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: RUA
• Resumen

  • Introducción ------------------------ En los últimos años, la telefonía basada en voz sobre IP o voice over IP (VoIP) ha incrementado enormemente su popularidad, con un número creciente de operadores ofreciendo servicios de telefonía basados en esta tecnología. A nivel de grandes corporaciones, este crecimiento se ha centrado en la instalación de equipos de red que puedan proporcionar la calidad adecuada para las exigentes restricciones de varias comunicaciones de VoIP simultáneas [1].

    Otra aproximación es la de utilizar las, cada vez mayores, capacidades de las conexiones de datos domésticas y redes de tipo red entre pares o Peer to Peer (P2P) para repartir recursos y poner de forma sencilla la telefonía basada en VoIP al alcance de los usuarios domésticos. Skype es uno de los ejemplos más característicos de este fenómeno, en la actualidad cuenta con unos 300 millones de usuarios y, en 2009, producía más del 4.4 % del total del tráfico de VoIP [2]. Una de las características más interesantes de Skype es su infraestructura P2P para el intercambio de información de control de un modo distribuido. Esta característica produce un sistema muy escalable y robusto. Otros programas de tipo Mensajería Instantánea (MI), como Google hangouts (antes Google talk), han ido evolucionando hasta la inclusión de la posibilidad de comunicaciones de VoIP utilizando su infraestructura centralizada para el control de la red; o directamente han desaparecido, como Microsoft Messenger, en favor de soluciones de VoIP, como Skype.

    La VoIP brinda nuevas posibilidades a la telefonía clásica de dos interlocutores de voz: abre las puertas a conferencias o videoconferencias de n interlocutores simultáneos (conferencias muchos a muchos), permite añadir señal de vídeo y hace viable adjuntar datos relacionados con la comunicación (geoposicionamiento, estado del interlocutor, clima, etc.). Un ejemplo de esto es el programa Skype, que proporciona la posibilidad de videoconferencia y comunicaciones de voz simultaneas de unas 5 personas y programas de tipo MI, que han incluido también la posibilidad de videoconferencias [3]. Más recientemente, programas del tipo Google Latitude, ipoki o sekvi han permitido la transmisión de datos de geoposicionamiento del dispositivo móvil en tiempo real.

    Todas estas nuevas características brindan nuevas posibilidades para disciplinas tan diversas como el trabajo colaborativo, la enseñanza virtual, la videovigilancia, etc.; donde se pueden apreciar las siguientes necesidades que no consigue cubrir satisfactoriamente la telefonía tradicional: seguridad en las comunicaciones, no depender de terceras partes para proveer los recursos de la comunicación, no tener que mantener infraestructuras dedicadas y comunicaciones simultáneas entre un grupo de usuarios medio/alto de personas (un grupo, un conjunto de empleados, una clase, etc.).

    Conviene destacar que las nuevas posibilidades también producen indudables riesgos para la privacidad de los datos, sobretodo en aquellos casos en los que se deposita la confianza en terceras partes con posibles intereses comerciales sobre nuestros datos. Así pues, es ló- gico pensar en la necesidad de conseguir todas estas funcionalidades con un protocolo P2P puro, basado en Darknets [4], que brinde a los propios usuarios la posibilidad de mantener su propia infraestructura sin necesidad de hardware de red adicional ni servidores centralizados de terceros.

    Desarrollo ----------------------- En este trabajo se propone y desarrolla una topología en k-hipercubos que resuelve los principales inconvenientes asociados a la topología en hipercubo convencional. Los resultados obtenidos son muy prometedores, con aplicaciones tanto en el campo de la voz sobre IP, como en muchos otros campos que precisen de un intercambio de información muchos a muchos.

    Sobre la topología propuesta se define el protocolo Darkcube, que es una propuesta de protocolo totalmente distribuido basado en el concepto de darknet, posibilitando la realización de conversaciones muchos a muchos incluyendo audio, vídeo, texto y datos de geoposicionamiento, entre otros. También se propone un método de codificación de coordenadas de geoposicionamiento que resulta especialmente eficiente en el aprovechamiento del ancho de banda sobrante en las comunicaciones muchos a muchos que proporciona Darkcube.

    Durante el desarrollo de este trabajo, se ha implementado el simulador DarkcubeEmu; herramienta que posibilita la obtención de resultados relevantes en términos de la calidad de la comunicación.

    Finalmente, utilizando como base el protocolo Darkcube, se propone un protocolo de seguridad que traslada un esquema de infraestructura de clave pública a un protocolo totalmente distribuido, como es Darkcube; garantizando, de esta forma, la confidencialidad en las comunicaciones y la legitimidad de la identidad asociada a cada uno de sus miembros.

    Conclusión ---------------------------- La topología en hipercubo estándar es una excelente opción para las redes red entre pares o Peer to Peer (P2P) y un enfoque interesante para conferencias muchos a muchos con voz sobre IP o voice over IP (VoIP) descentralizadas. Sin embargo, presentan ciertos problemas de rendimiento cuando hay un gran número de participantes, incluso si no son oradores activos en la comunicación.

    La topología en k-hipercubos propuesta resuelve los inconvenientes de la topología en hipercubo convencional aislando los nodos que generan datos de voz, al ser estos más sensibles al silencio mutuo o Mutual Silence (MS) alto, dentro de un hipercubo principal con bajo retraso en la escucha o Mouth-to-Ear Delay (MED); lo que mitiga los efectos del MS. A su vez, se proporciona un mecanismo eficiente para la retransmisión en otros hipercubos secundarios, que agrupan al resto de nodos que sólo son consumidores de datos de audio. Los resultados de esta topología son muy prometedores tanto en el campo de la VoIP como en muchos otros campos que precisen de un intercambio de información muchos a muchos.

    La topología en k-hipercubos se utiliza en Darkcube, que es una propuesta de protocolo P2P basado en el concepto de darknet. Su planteamiento es una innovación con respecto a otros enfoques utilizados en aplicaciones comerciales, como Skype, que emplean a un solo nodo para mezclar todas las fuentes de audio convirtiéndose, en la práctica, en un protocolo centralizado.

    El método de codificación de coordenadas de geoposicionamiento propuesto es especialmente útil en el aprovechamiento del ancho de banda sobrante en las comunicaciones muchos a muchos que define Darkcube. Es capaz de proporcionar información útil con respecto al geoposicionamiento de los nodos de forma muy compacta y sin necesidad de añadir más canales de datos a la comunicación.

    El simulador DarkcubeEmu ha resultado una herramienta útil tanto en la comprensión y estudio de las topologías desarrolladas como en la obtención y análisis de resultados relevantes. Es una herramienta sólida y con muchas posibilidades de expansión para continuar con mejoras del protocolo Darkcube o implementaciones no simuladas.

    Finalmente, la definición del protocolo de seguridad en Darkcube propuesta traslada con éxito un esquema de infraestructura de clave pública o Public Key Infrastructure (PKI) a un protocolo totalmente distribuido como es Darkcube, garantizando la confidencialidad en las comunicaciones y la legitimidad de la identidad asociada a cada uno de sus miembros.