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FoSAM: Forward Secret Messaging in Ad-Hoc Networks

Este artículo presenta FoSAM, el primer protocolo que garantiza el secreto hacia adelante y el anonimato en redes ad-hoc no fiables mediante el uso exclusivo de claves públicas, logrando una alta tasa de entrega de mensajes y demostrando su viabilidad mediante una implementación en Android.

Autores originales: Daniel Schadt, Christoph Coijanovic, Thorsten Strufe

Publicado 2026-03-16

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CC BY 4.0

Autores originales: Daniel Schadt, Christoph Coijanovic, Thorsten Strufe

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

¡Hola! Imagina que eres un manifestante en una gran ciudad. De repente, el gobierno corta el internet. No hay Wi-Fi, no hay datos móviles. Estás solo con tu teléfono y necesitas enviar un mensaje urgente a un amigo que está a varias cuadras de distancia para avisarle que hay un punto de reunión seguro.

Aquí es donde entran aplicaciones como Firechat o Bridgefy. Funcionan como una "red de correos humanos": tu teléfono envía el mensaje a los teléfonos cercanos, y esos a su vez se lo pasan a otros, hasta que llega a tu amigo. Es como un juego de "teléfono descompuesto", pero con tecnología.

El problema es que las versiones actuales tienen un defecto de seguridad muy peligroso: si la policía te detiene y te quita el teléfono, pueden leer todos los mensajes que enviaste o recibiste en el pasado. Es como si te quitaran el diario personal y pudieran leer lo que escribiste hace meses.

Los autores de este paper, Daniel, Christoph y Thorsten, han creado una solución llamada FoSAM. Vamos a explicarlo con una analogía sencilla.

🕰️ La analogía de los "Sellos de Tiempo Mágicos"

Imagina que el tiempo no es una línea continua, sino que está dividido en bloques de tiempo (por ejemplo, bloques de 1 minuto). Llamémoslos "Épocas".

El problema de las apps actuales: Usan un sistema donde, para leer un mensaje, necesitas tener la "llave" correcta que se va cambiando con cada mensaje. Si te quitan el teléfono, tienen la llave actual y pueden retroceder en el tiempo para abrir todas las cajas de mensajes anteriores.
La solución de FoSAM: En FoSAM, el tiempo es el jefe.
- Imagina que cada minuto se crea un sello de tiempo nuevo (una nueva llave).
- Cuando envías un mensaje, lo cierras con el sello de este minuto.
- Cuando el minuto termina, ese sello se autodestruye y se olvida para siempre. Se crea un nuevo sello para el siguiente minuto.
- La magia: Si la policía te quita el teléfono ahora (en el minuto 10), solo tienen la llave del minuto 10. No pueden abrir las cajas del minuto 9, 8 o 7, porque esas llaves ya se borraron de la memoria del teléfono y no se pueden reconstruir.

🤝 ¿Cómo se ponen de acuerdo sin internet?

Para que esto funcione, todos los teléfonos de los manifestantes deben tener la hora exacta. Si tu reloj marca las 12:00 y el de tu amigo marca las 12:05, él no podrá leer tu mensaje porque usarán sellos de tiempo diferentes.

Como no hay internet para sincronizar la hora, FoSAM usa un sistema inteligente de "Votación entre Vecinos":

Imagina que estás en una plaza llena de gente. Cada persona tiene su reloj.
En lugar de esperar a un reloj maestro (que no existe), cada persona mira a sus vecinos, toma tres relojes al azar y dice: "Si dos de estos tres relojes marcan casi lo mismo, me ajusto a esa hora".
Esto se hace constantemente. Es como si la multitud se ajustara el reloj mutuamente hasta que todos marcan la misma hora, sin necesidad de un líder ni de internet.

📦 ¿Cómo envían los mensajes?

FoSAM no necesita que tú y tu amigo se den la mano (hagan un "handshake") antes de hablar.

El sistema: Solo necesitas la "llave pública" de tu amigo (que puedes obtener escaneando un código QR en un cartel, por ejemplo).
El envío: Escribes el mensaje, lo cierras con el sello de tiempo actual y la llave de tu amigo, y lo lanzas al aire (a través de Bluetooth).
La red: El mensaje viaja de teléfono en teléfono (como una ola en el estadio).
La recepción: Cuando el mensaje llega a tu amigo, él intenta abrirlo con su llave y el sello de tiempo actual. Si es el mensaje correcto para él y está en el tiempo correcto, ¡se abre! Si no, lo ignora. Nadie más puede abrirlo.

🚀 ¿Funciona de verdad?

Los autores probaron esto de dos formas:

Simulaciones gigantes: Crearon un mundo virtual con miles de personas moviéndose. Descubrieron que, incluso si hay gente mala intentando confundir la hora, el sistema logra que el 90% al 99% de los mensajes lleguen a su destino y sean leídos correctamente.
Prueba real: Crearon una aplicación para Android y la probaron en una cafetería llena de gente. Funcionó: los mensajes viajaron de teléfono en teléfono y se pudieron leer, demostrando que no es solo teoría.

En resumen

FoSAM es como un sistema de mensajería de "pánico" para situaciones donde el internet está cortado y la seguridad es vital.

Ventaja principal: Si te arrestan, los mensajes del pasado están "quemados" y son ilegibles para la policía.
Facilidad: No necesitas internet ni hacer trucos complicados para agregar amigos; solo escaneas un código y listo.
Robustez: Funciona incluso si la gente se mueve, si hay mucha gente o si intentan sabotear el sistema.

Es una herramienta diseñada para proteger la privacidad y la vida de las personas en los momentos más difíciles, asegurando que lo que se dijo ayer, se quede en el ayer, incluso si el teléfono cae en manos equivocadas hoy.

1. El Problema

Las aplicaciones de mensajería en redes ad-hoc (como Firechat y Bridgefy) han sido utilizadas en protestas recientes (Hong Kong, Irán) para comunicarse cuando el acceso a Internet está restringido. Sin embargo, estas aplicaciones presentan una vulnerabilidad crítica de seguridad: no garantizan el secreto hacia adelante (forward secrecy) en entornos de red no fiables.

Riesgo: Si las autoridades confiscan el dispositivo de un manifestante, pueden extraer las claves secretas actuales y descifrar todos los mensajes anteriores capturados en la red.
Limitaciones de las soluciones existentes: Los protocolos estándar de secreto hacia adelante (como el "double ratchet" de Signal o el intercambio de claves Diffie-Hellman) requieren un intercambio interactivo y un orden estricto de los mensajes. En redes MANET (Mobile Ad-hoc Networks), donde los mensajes se pierden, llegan desordenados o con retraso debido a la movilidad de los usuarios, estos protocolos fallan o no se pueden implementar.
Falta de privacidad: Además, muchas soluciones actuales no ocultan adecuadamente la identidad del receptor, permitiendo a un adversario vincular un mensaje a su destinatario.

2. Metodología

Los autores proponen FoSAM, el primer protocolo diseñado específicamente para ofrecer mensajería anónima y con secreto hacia adelante en redes ad-hoc no fiables, sin necesidad de un intercambio de claves interactivo (handshake).

Componentes clave del diseño:

Sección de Tiempo (Epochs) en lugar de Secuencia de Mensajes:
- En lugar de basar el secreto hacia adelante en el orden de llegada de los mensajes (que es incierto), FoSAM lo basa en épocas de tiempo.
- El tiempo se divide en intervalos fijos ( $\Delta t$ ). Una vez que una época termina, las claves de esa época se descartan y no se pueden recuperar.
- Esto garantiza que, incluso si un dispositivo es comprometido en la época $i$ , no se pueden descifrar los mensajes de épocas anteriores ( $i' < i$ ), independientemente de si los mensajes llegaron o no.
Sincronización de Tiempo Descentralizada:
- Para que el sistema funcione, los dispositivos deben estar sincronizados en la misma época.
- Se adapta un algoritmo de elección de líder por votación mayoritaria (Three-Majority-Vote) de Byrenheid et al. Los dispositivos intercambian sus horas con los vecinos y adoptan una hora basada en una votación de tres vecinos aleatorios. Esto permite la convergencia del tiempo sin una autoridad central de confianza.
Criptografía: Ratchet Asíncrono y No Interactivo:
- Se utiliza un esquema de Cifrado de Clave Pública Evolutivo (FS-PKE) basado en la transformación de Canetti et al. y un Esquema de Cifrado Basado en Identidad Jerárquico (HIBE).
- No interactivo: El remitente solo necesita la clave pública del receptor (que puede obtenerse vía QR, internet previo, etc.) para cifrar. No se requiere un intercambio de claves previo.
- Mecanismo de Ratchet: Las claves evolucionan a través de un árbol de identidades jerárquico. Al avanzar a una nueva época, se generan claves para las épocas futuras y se eliminan las de las épocas pasadas, asegurando el secreto hacia adelante.
Anonimato y Difusión (Flooding):
- Se utiliza direccionamiento implícito: El mensaje no contiene la dirección del receptor. Todos los dispositivos intentan descifrar el mensaje con su clave actual. Si falla, se descarta.
- Los mensajes se propagan mediante flooding (inundación) en la red para llegar a destinatarios sin conexión directa, sin revelar rutas de enrutamiento que podrían comprometer la privacidad.

3. Contribuciones Clave

Protocolo FoSAM: Diseño del primer protocolo que logra secreto hacia adelante y privacidad del receptor en redes ad-hoc no fiables sin interacción bidireccional.
Adaptación de Sincronización: Implementación y evaluación de un algoritmo de sincronización de tiempo basado en votación mayoritaria para entornos sin líder fijo.
Pruebas Formales de Seguridad: Demostración teórica de que el esquema cumple con:
- Seguridad Semántica (fs-CPA): Resistencia ante ataques de texto plano elegido incluso con claves futuras comprometidas.
- Desvinculación Receptor-Mensaje (Key-Privacy): Un adversario no puede determinar a quién va dirigido un mensaje cifrado.
Implementación y Prototipo: Desarrollo de una aplicación funcional para Android que utiliza Bluetooth Low Energy (BLE) y bibliotecas criptográficas en Rust.
Evaluación a Gran Escala: Simulaciones exhaustivas utilizando el framework OMNeT++ con diferentes patrones de movimiento de usuarios.

4. Resultados

Rendimiento Criptográfico (Microbenchmarks):
- En dispositivos móviles (Android), la encriptación y desencriptación toman menos de 7 ms.
- La actualización de claves privadas (ratcheting) toma aproximadamente 121 ms, lo cual es aceptable dado que ocurre una sola vez por época.
- La generación de claves es una operación única al inicio, por lo que su latencia no afecta el flujo de mensajes.
Sincronización de Tiempo:
- En redes densas o pequeñas, la sincronización alcanza el 90% de los nodos en menos de 25 segundos.
- En redes grandes o dispersas, o con presencia de atacantes, puede tardar hasta 10 minutos (o 2.5 horas en trazas de movimiento real), pero converge eventualmente.
Entrega de Mensajes:
- La tasa de entrega exitosa de mensajes oscila entre 92% y 99% en la mayoría de los escenarios simulados.
- La presencia de atacantes (hasta un 10% de la red) reduce la tasa de éxito en aproximadamente 7 puntos porcentuales (de 99% a 92%), pero el sistema sigue siendo funcional.
- En escenarios de movimiento "convergente" (grupos que se unen), la entrega es menor inicialmente debido a la falta de conectividad, pero mejora a medida que las redes se fusionan y sincronizan.

5. Significado e Impacto

FoSAM representa un avance significativo para la seguridad en situaciones de crisis y protestas civiles:

Protección Realista: Ofrece una protección real contra la confiscación de dispositivos, un riesgo común en regímenes autoritarios, asegurando que el compromiso de una clave actual no exponga el historial de comunicaciones.
Usabilidad en Entornos Hostiles: Elimina la necesidad de un "handshake" interactivo, permitiendo a los usuarios añadir contactos simplemente escaneando un código QR o recibiendo una clave pública, incluso sin conexión a Internet.
Viabilidad Práctica: Demuestra que es posible implementar criptografía avanzada de secreto hacia adelante en hardware móvil con recursos limitados y en redes inalámbricas inestables (Bluetooth/Wi-Fi Direct), superando las limitaciones de aplicaciones existentes como Bridgefy o Firechat.

En resumen, FoSAM cierra la brecha entre la necesidad de comunicación segura en redes ad-hoc y la realidad técnica de la inestabilidad de dichas redes, proporcionando una herramienta robusta para la privacidad y la seguridad de los manifestantes.