INTRODUCCIÓN
Con las nuevas tecnologías de la información y comunicación TIC, de amplio uso, y masificación en diferentes escenarios académicos, productivos también se pueden integrar hacia nuevos sistemas de votación electrónica que minimice algunas vulnerabilidades del sistema tradicional. Colombia debate el uso o inclusión de estas tecnologías [1], en su sistema electoral con serias dudas en el acceso al sistema y en la transmisión de los datos, con altos niveles de desconfianza y temor, entre los diferentes actores involucrados; a pesar de ello ha adelantado pilotos en algunas regiones [2], con resultados satisfactorios. El uso de las TIC hace fácil, sencillo y seguro la implementación de un sistema electrónico de votación; muchos países y universidades lo usan en diferentes procesos como Grecia, Noruega, México, España, Argentina, Estonia [3], [4], [46], entre otros usan investigan e implementan a sus sistemas de nuevas características de autenticación del elector con biometría en el acceso físico, con periféricos como lectores de código de barras, de huella dactilar [5], [6], [7] de rostro. En la actualidad países donde ya se aplica el voto electrónico presencial son Australia, Bélgica, Brasil, Francia, Alemania, India, Noruega, Venezuela, Paraguay, Argentina [8], [9], [14], y más de 30 países [12], [13] [43], con exitosa aplicación de estos sistemas algunos utilizan la validación biométrica, pero de forma independiente, no integrado a un único sistema.
Este prototipo [16], se diseña e implementa basado en la pregunta ¿Será el prototipo e-vote el sistema que garantiza la fiabilidad en la transmisión de información entre el punto de votación y los centro de datos? aplicado y necesario al contexto en Colombia que constituye una alternativa viable, que identifica una persona utilizando sistemas de identificación diferentes a los tradicionales minimizando vulnerabilidades durante la transferencia de los datos con poca probabilidad de ser sustraídos, o descifrados [9]. Estos lectores ópticos de identificación integrados entre la huella dactilar, y la autenticidad del documento de identificación entregan un alto porcentaje de validación, de transferencia de información hacia grandes centros de datos permitiendo el acceso al sistema del sufragante. Además de los protocolos de autenticación y de seguridad como secure sockets layer/transport layer security SSL/TLS que usa certificados de validación entre nodos si la solución opera de manera local; o si requiere comunicación externa el protocolo Internet Protocol security IPSEC ambos integrados en este prototipo minimizan muchas de las vulnerabilidades y ataques a los sistemas de votación tradicionales como DoS, DDoS y hombre en el medio (MITM) siendo los más referentes.
Finalmente se analiza el uso y funcionamiento de la tecnología para procesos de votación electrónica bajo ambientes TIC, la herramienta integra en un solo sistema parámetros de seguridad en cuanto al acceso físico o remoto de los electores, y protege la información desde la capa de aplicación y hasta la capa de red; los protocolos SSL/TLS y IPSEC[10],[11],[13] entrelazados aportan seguridad a cualquier sistema de votación electrónico.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Materiales
Se efectuó una investigación descriptiva experimental con énfasis cuantitativo, sobre una muestra controlada con diferentes electores, y pruebas durante la autenticación al sistema electoral, con ataques en el envío de datos entre uno y diez atacantes. Los ataques escogidos fueron: Denegación de servicio (DOS), denegación de servicio distribuido (DDOS), y de hombre en el medio (MITM) [20]. Se aplican estos ataques por ser los más reiterativos en sistemas de comunicación electrónicos según las estadísticas de empresas desarrolladoras de antivirus como Cert Kaspersky del año 2016. Todas las pruebas se validaron con los protocolos SSL/TLS e IPSEC [10],[11] con algunos parámetros adicionales de seguridad.
La instalación del prototipo E-vote se realizó bajo un escenario controlado con los dispositivos ópticos como el lector de código de barras y el lector de huella dactilar, además de la siguiente infraestructura: Configuración de los periféricos lector de código de barras [14] y lector de huella dactilar [15],[42],[45], en el PC, un servidor WEB apache con la base de datos MYSQL con los servicios SSL/TLS e IPSEC bajo el sistema operativo Linux. Además de la configuración de dispositivos activos de capa 3 y 2 como routers, switch (ver Figura 1). los escenarios de pruebas fueron: 1. En una intranet. 2. En una extranet. 3. Finalmente se integró el prototipo E-vote [16], bajo internet usando los protocolos SSL/TLS e IPSEC
Figura 1. Transmisión de los datos. Fuente. Elaboración propia.
IPSEC: Es un conjunto de estándares basados en criptografía utilizado para cifrar datos que mitigan su lectura o manipulación durante la trayectoria usando una red IP; se implementa tanto en IPv4 o IPv6 [17], funciona en la capa de red del modelo OSI y permite privacidad y autenticación máxima de los datos. Ofrece tres funcionalidades: Una de autentificación con (AH) [18]. Otra mixta de autentificación y encriptamiento (ESP) [19], [20]. La última de intercambio de llaves por el protocolo de gestión de claves (IKE) [21], [22]. Funciona de dos formas: en modo transporte o túnel para las pruebas se implementó en modo túnel [23], [24]. En cuanto al protocolo SSL (secure sockets layer capa de sockets seguro) [25], provee privacidad y confiabilidad a la comunicación entre aplicaciones cliente-servidor vía web para autenticar los equipos. En cuanto a TLS surge de la necesidad de estandarizar un protocolo que provea seguridad entre el cliente y el servidor a través de internet debido a que SSL es un protocolo creado y patentado por Netscape. Siendo una evolución del protocolo SSL el cual establece una conexión segura por medio de un canal cifrado entre el cliente y el servidor [26]. SSL/TLS entrega seguridad en navegadores web y servidores protegiendo la transferencia de los datos [27]. Sus características son: seguridad criptografía, interoperabilidad, extensibilidad y eficiencia [28].
El sistema de código de barras [29], [30], [31] aporta beneficios, al prototipo E-vote en: velocidad en la identidad del elector, exactitud, integridad, y fácil implementación. Los lectores biométricos de huellas dactilares [32], [33], [34], ofrecen parámetros de identidad que son difíciles de falsificar, haciendo que la tecnología sea viable como sistema de identificación en los puestos de votación. Estos lectores hacen dos tareas: 1) Obtiene una imagen de la huella digital del elector; 2) la compara el patrón de valles y crestas de dicha imagen con los patrones de huellas ya almacenadas en la base de datos. Aportando ventajas en la identificación de los atributos físicos de una persona.
Métodos
Las pruebas se efectuaron para los 3 escenarios controlados y los ataques escogidos fueron: Denegación de servicio (DoS), denegación de servicio distribuido (DDoS) [35], y de hombre en el medio (MITM) [36]. Las pruebas para él envió del archivo en los escenarios 1 y 2 fueron: Prueba 1: envió con seguridad SSL/TLS, sin ataques, Prueba 2: envió con seguridad SSL/TLS, con ataques (DoS), Prueba 3: envió con seguridad SSL/TLS, con ataques (DDoS), Prueba 4: envió con seguridad SSL/TLS, con ataques. (MITM), Prueba 5: envió con seguridad IPSEC, sin ataques, Prueba 6: envió con seguridad IPSEC, con ataques (DoS), Prueba 7: envió con seguridad IPSEC, con ataques (DDoS), Prueba 8: envió con seguridad IPSEC, con ataques (MITM). En el escenario 3 se transmitió con seguridad SSL/TLS e IPSEC; por los mecanismos de seguridad que tienen estos protocolos.
2.2.1. Escenario General.
El procedimiento efectuado fue: primero el elector se reporta en la mesa de votación con su documento de identificación con hologramas. El sistema valida el documento usando el lector de código de barras, verificando los campos de nombres, apellidos y numero de cedula, fecha de expedición del mismo con los registrados previamente. (Figura 2).
Figura 2. Primera validación. Fuente: Autores
Segundo: Se activa la siguiente fase del elector utilizando el lector de huella dactilar. El sistema E-vote valida al elector comprobando que su huella concuerda con la registrada en la base de datos. (Figura 3).
Figura 3. Segunda validación Fuente: Autores
Tercero: el sistema E-vote permite al elector su proceso de votación, y finaliza con él envió del archivo; en cuanto a la transmisión de los datos hacia los centros de cómputo ubicados en la intranet o extranet.
RESULTADOS Y ANALISIS
Son muchos los análisis y proyectos acerca de la seguridad en y durante el voto electrónico en América Latina que específicamente se pueden aplicar para el caso colombiano [37], Venezuela, Brasil, Paraguay y Perú [38]; que a pesar de sus barreras en términos de acceso a internet y a las TIC lo aplican y prueban en algunas regiones. En la actualidad se adicionan nuevos dispositivos ópticos que miden más características biométricas y permiten la identificación de las personas, como es rostro y voz entre otros, ahora en cuanto a transmisión de los datos los protocolos IPSEC y SSL/TLS se pueden implementar de manera integrada para su uso en Colombia, en otros países estos protocolos garantizando él envió de información de manera segura [39],[40],[41], pero independiente del sistema de votación, algunas características específicas para cada protocolo son: (Tabla I).
Tabla 1. Características de SSL/TLS e IPSEC para el prototipo e-vote.
|
SSL/TLS |
IPSEC |
|
Específico para la aplicación, opera entre TCP y HTTP. |
Protege el tráfico IP del equipo, opera en la capa de red |
|
Se escoge SSL/TLS en cada conexión (desde la aplicación del cliente). |
Configuración del equipo no admite el cifrado de conexión de red especifica |
|
Vinculado a la aplicación Evote |
Transparente para el E-vote, con seguridad para IP |
|
Su implementación depende de la aplicación. Transparente al usuario |
Es complejo de implementar. No es transparente al usuario |
|
Usa tecnología embebida en los navegadores WEB |
Solución propietaria con VPN el cliente se necesita instalar software adicional |
|
Aplica el modelo cliente/servidor |
Une puestos de votación a data center. |
|
Cifrado fuerte |
Cifrado fuerte encripta y da integridad |
|
Autentica el servidor al cliente, pero no el cliente al servidor |
No protege las comunicaciones entre los PC y la puerta de enlace |
Fuente:Autores
Es evidente que día a día es necesario contar con redes de telecomunicaciones y sistemas de votación electrónicos seguros y SSL/TLS por su universalidad en cuanto a calidad y fortaleza en los aspectos relacionados con el envió de información cifrada por canales inseguros. Fácil pensar que en el terreno de las comunicaciones seguras pueda ser desplazado por IPSEC sobre todo en el terreno específico de las aplicaciones de comercio electrónico y de E-vote [6]. Por el momento SSL/TLS e IPSEC son funcionales para aplicaciones específicas como el voto electrónico.
Resultados
Para el análisis de resultados las variables consideradas son (Tabla 2):
Tabla 2. Variables analizadas.
|
Variables |
Paquetes recibidos por la BD |
% de ocupación del canal PC1 |
% de procesamiento BD |
|
Tiempo de envió |
Bytes enviados por PC1 |
% de ocupación del canal BD |
% de disponibilidad del canal |
|
Paquetes enviados aplicativo (PC1) |
Bytes recibidos por la BD |
% de procesamiento PC1 |
Archivos enviados |
Fuente:Autores
Las pruebas efectuadas se llevaron a cabo enviando entre uno y tres archivos 10 veces por escenario, los atacantes entre 1 y 10 y el tamaño del archivo tipo PDF enviado era de 21 Kbyte, como máximo.
3.1.1 Pruebas escenario 1 intranet.
Bajo este escenario (Figura 4) basado en la infraestructura de telecomunicaciones instalada se configuraron los switch, la base de datos y los PC para efectuar el análisis de trafico respectivo.
Figura 4. Escenario intranet Fuente: Autor
Debido a la cantidad de variables consideradas (Tabla 3) se tabularon y basados en sus promedios arrojó lo siguiente:
Tabla 3. Escenario 1
|
Escenario 1 |
DoS |
DDoS |
MITM |
Sin Ataques |
|
Tiempo ENVIO |
32 |
28 |
30 |
27 |
|
Paquetes enviados PC1 |
160 |
170 |
129 |
100 |
|
Paquetes Recibidos BD |
231496 |
285678 |
127 |
114 |
|
Bytes PC1 |
30004 |
34043 |
54943 |
52994 |
|
Bytes BD |
2190620 |
7906355 |
86544 |
53112 |
|
% Ocupación canal PC1 |
1,8 |
2,1 |
1,2 |
2 |
|
% Ocupación canal BD |
77 |
92,5 |
2 |
2 |
|
% Procesamiento PC1 |
2,1 |
3,9 |
4,3 |
5,2 |
|
% Procesamiento BD |
85,6 |
94,1 |
4,8 |
6,1 |
|
% Disponibilidad del Canal |
23,1 |
7,5 |
98,5 |
97,70 |
|
Archivos |
1,2,3 |
1,2,3 |
1,2,3 |
1,2,3 |
|
Atacantes |
1,5,10 |
1,5,10 |
1,5,10 |
1,5,10 |
Fuente: Autores.
Durante los cortos tiempos de envió a pesar de los ataques; y por su tamaño 21 Kbyte permite la llegada de los datos al destino sin contratiempos.
Figura 6. Procesamiento y disponibilidad del canal
Fuente: Autor
Los altos consumos de ancho de banda durante los ataques disminuyen la disponibilidad del canal para DoS a 23,1%, para DDoS a 7,5%. Y Para el ataque de MITM puede interceptar el tráfico entre el puesto de votación y la base de datos, pero el protocolo TLS/SSL encripta con cierto grado de seguridad (Figura 7).
3.1.2 Pruebas escenario 2 extranet con SSL/TLS. Es este escenario se amplía la cobertura y se diseña la infraestructura de telecomunicaciones configurando routers, switch, la base de datos y los pc (Figura 8) para efectuar el análisis.
Figura 7. Trafico con TLS/SSL Fuente: Autor
Figura 8. Escenario 2 extranet con SSL/TLS. Fuente: Autor
Se refieren las mismas variables ahora bajo el análisis del protocolo SSL/TLS (ver tabla IV) con sus promedios arrojando lo siguiente:
Tabla 4. Extranet con SSL/TLS
|
ESC 3 extranet con SSL/TLS |
DoS |
DDoS |
MITM |
Sin Ataque |
|
Tiempo ENVIO |
26 |
30 |
29 |
36 |
|
Paquetes enviados PC1 |
250 |
248 |
200 |
242 |
|
Paquetes Recibidos BD |
72876 |
122059 |
176 |
245 |
|
Bytes PC1 |
62385 |
62385 |
73045 |
62385 |
|
Bytes BD |
3929692 |
4028534 |
76201 |
63889 |
|
% Ocupación canal PC1 |
0,0259 |
0,0259 |
0,0188 |
0,0227 |
|
% Ocupación canal BD |
66,1 |
86 |
0,0193 |
0,021 |
|
% Procesamiento PC1 |
1,9 |
1,9 |
4,4 |
2,9 |
|
% Procesamiento BD |
68,5 |
68,1 |
4,8 |
4,1 |
|
% Disponibilidad del canal |
33,9 |
14 |
99,98 |
99,98 |
|
Archivos |
1,2,3 |
1,2,3 |
1,2,3 |
1,2,3 |
|
Atacantes |
1,5,10 |
1,5,10 |
1,5,10 |
1,5,10 |
Fuente: Autor.
Durante esta prueba los paquetes aumentan de tamaño en relación a los enviados por el ataque pero el sistema de votación se mantiene lento garantizando él envió de los datos. El procesamiento en la base de datos aumenta disminuyendo la disponibilidad del canal para el ataque de DoS a 33,9%, para DDoS a 14%, y para MITM a 99,98%. (Tabla 4 y Figura 9). Si el ataque permanece más de 7 minutos para DDoS satura el canal y el procesamiento de la base de datos.
3.1.3 Pruebas escenario 2 extranet con IPSEC. Durante la prueba se crea una red privada virtual con parámetros de autenticación, encriptamiento y seguridad con listas de control de acceso y otros parámetros propios de IPSEC en modo túnel con AH. Con las mismas variables bajo IPSEC (ver tabla 5) así:
Tabla 5. Escenario 3 con IPSEC
|
ESCENARIO 3 CON IPSEC |
DoS |
DDoS |
MITM |
Sin Ataque |
|
Tiempo ENVIO |
22 |
24 |
31 |
35 |
|
Paquetes enviados PC1 |
270 |
282 |
263 |
239 |
|
Paquetes Recibidos BD |
86675 |
86674 |
272 |
245 |
|
Bytes PC1 |
62385 |
63841 |
66559 |
62385 |
|
Bytes BD |
4096875 |
4377308 |
80620 |
63889 |
|
% Ocupación del canal PC1 |
0,0402 |
0,0402 |
0,0188 |
0,0227 |
|
% Ocupación canal BD |
72,3 |
74,3 |
0,0193 |
0,021 |
|
% Procesamiento PC1 |
4,4 |
4,4 |
4,4 |
2,9 |
|
% Procesamiento BD |
74,9 |
75,4 |
4,8 |
4,1 |
|
% Disponibilidad del canal |
27,7 |
25,7 |
99,98 |
99,98 |
|
Archivos |
1,2,3 |
1,2,3 |
1,2,3 |
1,2,3 |
|
Atacantes |
1,5,10 |
1,5,10 |
1,5,10 |
1,5,10 |
Fuente: Autor
En esta fase se crea un túnel entre el puesto de votación y el data center se ubica el atacante dentro del sistema congestionando y limitando la disponibilidad del canal para DoS a 27,7% para DDoS a 25,7% y para hombre en el medio MITM a 99,98%. (Figura 10).
Figura 10. Procesamiento y disponibilidad del canal
Fuente: Autor
El atacante en la trayectoria no congestiona el canal, ni el procesamiento, solo ve las direcciones IP del túnel (Figura 11).
Figura 11. Visualización túnel Fuente: Autor
Propuesta: finalmente se configura parametros adicionales de seguridad con mejores condiciones comparandola con los anteriores asi: Durante esta fase no se valoran los escenarios con ataques porque es dificil que el atacante conozca los criterios basicos para hacerlo como: no conocer las IP de origen y destino, el tunel se crea entre el dispositivo de origen y la base de datos de destino y a pesar que el atacante pueda capturar el trafico, por politicas de seguridad configuradas en los dispositivos intermedios como routers y switches no tiene interconexion con los mismos debido a los protocolos SSL/TLS y sus algoritmos protegen el aplicativo hasta el dispositivo intermedio en un extremo y desde el router de borde que conecta a internet con IPSEC llevando la información segura a la base de datos.
Se comparo por escenario durante el envio con
SSL/TLS e IPSEC se carga mayor trafico (Figura 12) que en los demas escenarios debido a las politicas de encapsulamiento.
Figura 12. Paquetes Enviados Fuente: Autor
Tabla 6. Comparativo por escenarios
|
Escenario Propuesto |
ESC 1 TLS |
ESC 2 TLS |
ESC 2 IPSEC |
ESC 3 TLS e IPSEC |
|
Tiempo |
26 |
35 |
20 |
38 |
|
Paquetes enviados PC1 |
114 |
239 |
263 |
290 |
|
Paquetes Recibidos BD |
114 |
245 |
255 |
297 |
|
% Ocupación del canal PC1 |
2,4 |
1,227 |
1,227 |
2,3124 |
|
% Ocupación del canal BD |
2,3 |
1,021 |
1,021 |
3,7 |
|
% Procesamiento en PC1 |
5,2 |
2,9 |
5,1 |
8 |
|
% Procesamiento en BD |
6,1 |
4,1 |
6,4 |
6 |
|
% Disponibilidad del canal |
97,7 |
99,977 |
99,97 |
96,3 |
Fuente: autor.
Referente a la ocupación del canal durante el envio de datos no es relevante aunque operan los dos protocolos de seguridad SSL/TLS e IPSEC el consumo de ancho de banda disponible es del 96,3% (Figura 13).
Figura 13. Ocupación del canal Fuente: Autor
CONCLUSIONES
La seguridad en el acceso físico o remoto hacia los datos en sistemas de votación electrónico son fundamentales en todo proceso electoral, las nuevas posibilidades que ofrecen las telecomunicaciones y dispositivos bajo ambientes TIC fortalecen, dan confianza y transparencia a la democracia con ayuda de la tecnología; hoy existen usuarios maliciosos que pueden identificar y visualizar fácilmente el tráfico y redirigirlo, introducir paquetes falsos, modificarlos, diseñar diferentes tipos de ataques; esta investigación fortalece procesos electorales en las fases de identificación física del elector y la transmisión de los datos, y asegura la trayectoria de los mismos de manera fiable mediante los protocolos SSL/TLS entre el origen y destino hacia la intranet y se integra con el protocolo IPSEC para la protección hacia la extranet minimizando errores comunes de todo proceso electoral en cuanto a identificación de electores, y las transmisiones voz a voz.
También se revisan aspectos técnicos y de seguridad de un sistema de votación electrónico específico para el contexto colombiano que implica la confiabilidad del sistema además de permitir validar el proceso de identificación del ciudadano, el acto del voto, el escrutinio y la transmisión de los datos con características biométricas integradas en uno solo. Por ser una herramienta que integra software y hardware permite su implementación en diferentes fases del proceso electoral. Finalmente, este mecanismo puede ser tan seguro o incluso más seguro que el voto tradicional en papel ya que identifica el votante en un 90% por medio de lectores biométricos y garantía de transmisión en un 90% con algoritmos criptográficos fuertes usando circuitos virtuales por donde viajan los datos. Es una solución real pero no suficiente para garantizar los requisitos de seguridad específicos en el contexto colombiano. a pesar de ello se debe plantear dar por terminada la etapa de pruebas piloto y empezar a usar el voto electrónico de forma vinculante, paralelo al sistema tradicional.
1.1.TRABAJOS FUTUROS
Se recomienda la aplicación de nuevos algoritmos de seguridad como HSTS que permitan mejorar la confianza de los votantes en la integridad del proceso electoral de un país. Por lo tanto, las nuevas tecnologías si se planifican y diseñan perfectamente minimizan muchas de las preocupaciones de los sistemas electorales tradicionales.
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