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Data mining is an increasingly important technology for extracting useful knowledge hidden in large collections of data. There are, however, negative social perceptions about data mining, among which potential privacy violation and potential discrimination. The former is an unintentional or deliberate disclosure of a user pro le or activity data as part of the output of a data mining algorithm or as a result of data sharing. For this reason, privacy preserving data mining has been introduced to trade o the utility of the resulting data/models for protecting individual privacy. The latter consists of treating people unfairly on the basis of their belonging to a speci c group. Automated data collection and data mining techniques such as classi cation have paved the way to making automated decisions, like loan granting/denial, insurance premium computation, etc. If the training datasets are biased in what regards discriminatory attributes like gender, race, religion, etc., discriminatory decisions may ensue. For this reason, anti-discrimination techniques including discrimination discovery and prevention have been introduced in data mining. Discrimination can be either direct or indirect. Direct discrimination occurs when decisions are made based on discriminatory attributes. Indirect discrimination occurs when decisions are made based on non-discriminatory attributes which are strongly correlated with biased discriminatory ones. In the rst part of this thesis, we tackle discrimination prevention in data mining and propose new techniques applicable for direct or indirect discrimination prevention individually or both at the same time. We discuss how to clean training datasets and outsourced datasets in such a way that direct and/or indirect discriminatory decision rules are converted to legitimate (non-discriminatory) classi cation rules. The experimental evaluations demonstrate that the proposed techniques are e ective at removing direct and/or indirect discrimination biases in the original dataset while preserving data quality. In the second part of this thesis, by presenting samples of privacy violation and potential discrimination in data mining, we argue that privacy and discrimination risks should be tackled together. We explore the relationship between privacy preserving data mining and discrimination prevention in data mining to design holistic approaches capable of addressing both threats simultaneously during the knowledge discovery process. As part of this e ort, we have investigated for the rst time the problem of discrimination and privacy aware frequent pattern discovery, i.e. the sanitization of the collection of patterns mined from a transaction database in such a way that neither privacy-violating nor discriminatory inferences can be inferred on the released patterns. Moreover, we investigate the problem of discrimination and privacy aware data publishing, i.e. transforming the data, instead of patterns, in order to simultaneously ful ll privacy preservation and discrimination prevention. In the above cases, it turns out that the impact of our transformation on the quality of data or patterns is the same or only slightly higher than the impact of achieving just privacy preservation.

We deal with SDC from the computer science community perspective. The focus lies on two mainstream privacy models: k-anonymity and differential privacy. Once a privacy model has been selected, the goal is to enforce it while preserving as much data utility as possible. The main objective of this thesis is to improve the data utility in k-anonymous and differentially private data releases. k-Anonymity has several drawbacks. On the disclosure limitation side, there is a lack of protection against attribute disclosure and against informed intruders. On the data utility side, dealing with a large number of quasi-identifier attributes is problematic. We propose a relaxation of k-anonymity that deals with these issues. Differential privacy limits disclosure risk through noise addition. The Laplace distribution is commonly used for the random noise. We show that the Laplace distribution is not optimal: the same disclosure limitation guarantee can be attained by adding less noise. Optimal univariate and multivariate noises are characterized and constructed. Common mechanisms to attain differential privacy do not take into account the users’ prior knowledge; they implicitly assume zero initial knowledge about the query response. We propose a mechanism that focuses on limiting the knowledge gain over the prior knowledge. Microaggregation-based k-anonymity and differential privacy can be combined to produce microdata releases with the strong privacy guarantees of differential privacy and improved data accuracy., Aquesta tesi adopta el punt de vista de la comunitat informàtica. Ens centrem en dos models de privadesa àmpliament acceptats: el k-anonimat i la privadesa diferencial. Un cop triat el model de privadesa, l’objectiu passa a ser complir-ne els requisits, alhora que preservar la màxima utilitat possible en les dades resultants. L’objectiu principal d’aquesta tesi és la millora de la utilitat en la publicació de dades k-anònimes i diferencialment privades. El k-anonimat presenta alguns problemes. Pel que fa al risc de revelació, no protegeix contra la revelació d’atributs ni contra intrusos informats. Pel que fa a la utilitat de les dades, tractar amb fitxers amb un nombre elevat d’atributs quasiidentificadors pot ser problemàtic. Proposem una relaxació del k-anonimat que tracta aquests problemas. La privadesa diferencial limita el risc de revelació afegint un soroll aleatori al resultat de les consultes. Mostrem que la distribució de Laplace no és òptima: es poden complir els requeriments de la privadesa diferencial afegint sorolls més petits. A més, caracteritzem i construïm les distribucions òptimes (univariant i multivariant). Els mecanismes habituals per obtener privadesa diferencial no tenen en compte el possible coneixement previ dels usuaris; implícitament, se’ls suposa un coneixement nul. Proposem un mecanismo basat a limitar el guany de coneixement de l’usuari respecte del seu coneixement inicial. El k-anonimat i la privadesa diferencial es presenten sovint com a models contraposats. La privadesa diferencial i el k-anonimat no són conceptes completament inconnexos: si es pren com a punt de partida per obtenir privadesa diferencial un conjunt de dades k-anònim (obtingut mitjançant un cert tipus de microagregació), la quantitat de soroll necessari es veu reduïda significativament., Adoptamos aquí el proceder de la comunidad informática y nos ocupamos de dos de los principales modelos de privacidad: k-anonimato y privacidad diferencial. Una vez seleccionado un modelo de privacidad, el objetivo pasa a ser cumplir con sus requisitos, a la vez que se trata de preservar la máxima utilidad posible para los datos El k-anonimato presenta algunos problemas. En relación a la limitación del riesgo de revelación, no protege contra la revelación de atributos, ni contra intrusos informados. En relación a la utilidad de los datos, tratar con ficheros que tienen un número elevado de atributos cuasi-identificadores es problemático. Proponemos un nuevo modelo basado en la relajación del requisito de indistinguibilidad que establece el k-anonimato. La privacidad diferencial limita el riesgo de revelación añadiendo un ruido aleatorio al resultado de las consultas. Habitualmente se utiliza la distribución de Laplace para generar dicho ruido. En esta tesis mostramos que la distribución de Laplace no es óptima. Asimismo, caracterizamos y construimos las distribuciones óptimas (univariante y multivariante). Los mecanismos usuales para obtener privacidad diferencial no tienen en cuenta este conocimiento previo; implícitamente, se supone un conocimiento nulo. Proponemos un mecanismo para obtener privacidad diferencial orientado a limitar la ganancia de conocimiento del usuario con respecto a su conocimiento previo. El k-anonimato y la privacidad diferencial son a menudo presentados como nociones de privacidad contrapuestas. Mostramos que tomando como datos de partida para obtener privacidad diferencial un conjunto de datos k-anónimo (construido mediante un cierto tipo de microagregación) se reduce la cantidad de ruido necesaria y se mejora la utilidad de la información.

Los sistemas RFID permiten la identificación rápida y automática de etiquetas RFID a través de un canal de comunicación inalámbrico. Dichas etiquetas son dispositivos con cierto poder de cómputo y capacidad de almacenamiento de información. Es por ello que los objetos que contienen una etiqueta RFID adherida permiten la lectura de una cantidad rica y variada de datos que los describen y caracterizan, por ejemplo, un código único de identificación, el nombre, el modelo o la fecha de expiración. Además, esta información puede ser leída sin la necesidad de un contacto visual entre el lector y la etiqueta, lo cual agiliza considerablemente los procesos de inventariado, identificación, o control automático. Para que el uso de la tecnología RFID se generalice con éxito, es conveniente cumplir con varios objetivos: eficiencia, seguridad y protección de la privacidad. Sin embargo, el diseño de protocolos de identificación seguros, privados, y escalables es un reto difícil de abordar dada las restricciones computacionales de las etiquetas RFID y su naturaleza inalámbrica. Es por ello que, en la presente tesis, partimos de protocolos de identificación seguros y privados, y mostramos cómo se puede lograr escalabilidad mediante una arquitectura distribuida y colaborativa. De este modo, la seguridad y la privacidad se alcanzan mediante el propio protocolo de identificación, mientras que la escalabilidad se logra por medio de novedosos métodos colaborativos que consideran la posición espacial y temporal de las etiquetas RFID. Independientemente de los avances en protocolos inalámbricos de identificación, existen ataques que pueden superar exitosamente cualquiera de estos protocolos sin necesidad de conocer o descubrir claves secretas válidas ni de encontrar vulnerabilidades en sus implementaciones criptográficas. La idea de estos ataques, conocidos como ataques de “relay”, consiste en crear inadvertidamente un puente de comunicación entre una etiqueta legítima y un lector legítimo. De este modo, el adversario usa los derechos de la etiqueta legítima para pasar el protocolo de autenticación usado por el lector. Nótese que, dada la naturaleza inalámbrica de los protocolos RFID, este tipo de ataques representa una amenaza importante a la seguridad en sistemas RFID. En esta tesis proponemos un nuevo protocolo que además de autenticación realiza un chequeo de la distancia a la cual se encuentran el lector y la etiqueta. Este tipo de protocolos se conocen como protocolos de acotación de distancia, los cuales no impiden este tipo de ataques, pero sí pueden frustrarlos con alta probabilidad. Por último, afrontamos los problemas de privacidad asociados con la publicación de información recogida a través de sistemas RFID. En particular, nos concentramos en datos de movilidad que también pueden ser proporcionados por otros sistemas ampliamente usados tales como el sistema de posicionamiento global (GPS) y el sistema global de comunicaciones móviles. Nuestra solución se basa en la conocida noción de k-anonimato, alcanzada mediante permutaciones y microagregación. Para este fin, definimos una novedosa función de distancia entre trayectorias con la cual desarrollamos dos métodos diferentes de anonimización de trayectorias., Els sistemes RFID permeten la identificació ràpida i automàtica d’etiquetes RFID a través d’un canal de comunicació sense fils. Aquestes etiquetes són dispositius amb cert poder de còmput i amb capacitat d’emmagatzematge de informació. Es per això que els objectes que porten una etiqueta RFID adherida permeten la lectura d’una quantitat rica i variada de dades que els descriuen i caracteritzen, com per exemple un codi únic d’identificació, el nom, el model o la data d’expiració. A més, aquesta informació pot ser llegida sense la necessitat d’un contacte visual entre el lector i l’etiqueta, la qual cosa agilitza considerablement els processos d’inventariat, identificació o control automàtic. Per a que l’ús de la tecnologia RFID es generalitzi amb èxit, es convenient complir amb diversos objectius: eficiència, seguretat i protecció de la privacitat. No obstant això, el disseny de protocols d’identificació segurs, privats i escalables, es un repte difícil d’abordar dades les restriccions computacionals de les etiquetes RFID i la seva naturalesa sense fils. Es per això que, en la present tesi, partim de protocols d’identificació segurs i privats, i mostrem com es pot aconseguir escalabilitat mitjançant una arquitectura distribuïda i col•laborativa. D’aquesta manera, la seguretat i la privacitat s’aconsegueixen mitjançant el propi protocol d’identificació, mentre que l’escalabilitat s’aconsegueix per mitjà de nous protocols col•laboratius que consideren la posició espacial i temporal de les etiquetes RFID. Independentment dels avenços en protocols d’identificació sense fils, existeixen atacs que poden passar exitosament qualsevol d’aquests protocols sense necessitat de conèixer o descobrir claus secretes vàlides, ni de trobar vulnerabilitats a les seves implantacions criptogràfiques. La idea d’aquestos atacs, coneguts com atacs de “relay”, consisteix en crear inadvertidament un pont de comunicació entre una etiqueta legítima i un lector legítim. D’aquesta manera, l’adversari utilitza els drets de l’etiqueta legítima per passar el protocol d’autentificació utilitzat pel lector. Es important tindre en compte que, dada la naturalesa sense fils dels protocols RFID, aquests tipus d’atacs representen una amenaça important a la seguretat en sistemes RFID. En aquesta dissertació proposem un nou protocol que, a més d’autentificació, realitza una revisió de la distància a la qual es troben el lector i l’etiqueta. Aquests tipus de protocols es coneixen com a “distance-boulding protocols”, els quals no prevenen aquests tipus d’atacs, però si que poden frustrar-los amb alta probabilitat. Per últim, afrontem els problemes de privacitat associats amb la publicació de informació recol•lectada a través de sistemes RFID. En concret, ens concentrem en dades de mobilitat, que també poden ser proveïdes per altres sistemes àmpliament utilitzats tals com el sistema de posicionament global (GPS) i el sistema global de comunicacions mòbils. La nostra solució es basa en la coneguda noció de privacitat “k-anonymity” i parcialment en micro-agregació. Per a aquesta finalitat, definim una nova funció de distància entre trajectòries amb la qual desenvolupen dos mètodes diferents d’anonimització de trajectòries., Radio Frequency Identification (RFID) is a technology aimed at efficiently identifying and tracking goods and assets. Such identification may be performed without requiring line-of-sight alignment or physical contact between the RFID tag and the RFID reader, whilst tracking is naturally achieved due to the short interrogation field of RFID readers. That is why the reduction in price of the RFID tags has been accompanied with an increasing attention paid to this technology. However, since tags are resource-constrained devices sending identification data wirelessly, designing secure and private RFID identification protocols is a challenging task. This scenario is even more complex when scalability must be met by those protocols. Assuming the existence of a lightweight, secure, private and scalable RFID identification protocol, there exist other concerns surrounding the RFID technology. Some of them arise from the technology itself, such as distance checking, but others are related to the potential of RFID systems to gather huge amount of tracking data. Publishing and mining such moving objects data is essential to improve efficiency of supervisory control, assets management and localisation, transportation, etc. However, obvious privacy threats arise if an individual can be linked with some of those published trajectories. The present dissertation contributes to the design of algorithms and protocols aimed at dealing with the issues explained above. First, we propose a set of protocols and heuristics based on a distributed architecture that improve the efficiency of the identification process without compromising privacy or security. Moreover, we present a novel distance-bounding protocol based on graphs that is extremely low-resource consuming. Finally, we present two trajectory anonymisation methods aimed at preserving the individuals' privacy when their trajectories are released.

Los sistemas de redes ad hoc vehiculares (VANET) tienen como objetivo proporcionar una plataforma para diversas aplicaciones que pueden mejorar la seguridad vial, la eficiencia del tráfico, la asistencia a la conducción, la regulación del transporte, etc. o que pueden proveer de una mejor información y entretenimiento a los usuarios de los vehículos. Actualmente se está llevando a cabo un gran esfuerzo industrial y de investigación para desarrollar un mercado que se estima alcance en un futuro varios miles de millones de euros. Mientras que los enormes beneficios que se esperan de las comunicaciones vehiculares y el gran número de vehículos son los puntos fuertes de las VANET, su principal debilidad es la vulnerabilidad a los ataques contra la seguridad y la privacidad.En esta tesis proponemos cuatro protocolos para conseguir comunicaciones seguras entre vehículos. En nuestra primera propuesta empleamos a todas las unidades en carretera (RSU) para mantener y gestionar un grupo en tiempo real dentro de su rango de comunicación. Los vehículos que entren al grupo de forma anónima pueden emitir mensajes vehículo a vehículo (V2V) que inmediatamente pueden ser verificados por los vehículos del mismo grupo (y grupos de vecinos). Sin embargo, en la primera fase del despliegue de este sistema las RSU pueden no estar bien distribuídas. Consecuentemente, se propone un conjunto de mecanismos para hacer frente a la seguridad, privacidad y los requisitos de gestión de una VANET a gran escala sin la suposición de que las RSU estén densamente distribuidas. La tercera propuesta se centra principalmente en la compresión de las evidencias criptográficas que nos permitirán demostrar, por ejemplo, quien era el culpable en caso de accidente. Por último, investigamos los requisitos de seguridad de los sistemas basados en localización (LBS) sobre VANETs y proponemos un nuevo esquema para la preservación de la privacidad de la localización en estos sistemas sobre dichas redes., Vehicular ad hoc network (VANET) systems aim at providing a platform for various applications that can improve traffic safety and efficiency, driver assistance, transportation regulation, infotainment, etc. There is substantial research and industrial effort to develop this market. It is estimated that the market for vehicular communications will reach several billion euros. While the tremendous benefits expected from vehicular communications and the huge number of vehicles are strong points of VANETs, their weakness is vulnerability to attacks against security and privacy.In this thesis, we propose four protocols for secure vehicle communications. In our first proposal, we employ each road-side unit (RSU) to maintain and manage an on-the-fly group within its communication range. Vehicles entering the group can anonymously broadcast vehicle-to-vehicle (V2V) messages, which can be instantly verified by the vehicles in the same group (and neighbor groups). However, at the early stage of VANET deployment, the RSUs may not be well distributed. We then propose a set of mechanisms to address the security, privacy, and management requirements of a large-scale VANET without the assumption of densely distributed RSUs. The third proposal is mainly focused on compressing cryptographic witnesses in VANETs. Finally, we investigate the security requirements of LBS in VANETs and propose a new privacy-preserving LBS scheme for those networks.

This thesis is about providing security and privacy to new emergent applications which are based on special-purpose networks. More precisely, we study different aspects regarding security and privacy issues related to sensor networks, mobile ad hoc networks, vehicular ad hoc networks and social networks.Sensor networks consist of resource-constrained wireless devices with sensor capabilities. This emerging technology has a wide variety of applications related to event surveillance like emergency response, habitat monitoring or defense-related networks.Ad hoc networks are suited for use in situations where deploying an infrastructure is not cost effective or is not possible for any other reason. When the nodes of an ad hoc network are small mobile devices (e.g. cell phones or PDAs), such a network is called mobile ad hoc network. One of many possible uses of MANETs is to provide crisis management services applications, such as in disaster recovery, where the entire communication infrastructure is destroyed and reestablishing communication quickly is crucial. Another useful situation for MANETs is a scenario without fixed communication systems where there is the need for any kind of collaborative computing. Such situation can occur in both business and military environments.When the mobile nodes of a MANET are embedded in cars, such a network is called Vehicular Ad hoc Network (VANET). This kind of networks can be very useful to increase the road traffic safety and they will be deployed for real use in the forthcoming years. As a proof of that, eight important European vehicle manufacturers have founded the CAR 2 CAR Communication Consortium. This non-profit organisation is dedicated to the objective of further increasing traffic safety and efficiency by means of inter-vehicle communications.Social networks differ from the special-purpose networks commented above in that they are not physical networks. Social networks are applications that work through classic networks. They can be defined as a community of web users where each user can publish and share information and services. Social networks have become an object of study both in computer and social sciences, with even dedicated journals and conferences.The special-purpose networks described above provide a wide range of new services and applications. Even though they are expected to improve the society in several ways, these innovative networks and their related applications bring also security and privacy issues that must be addressed.This thesis solves some security and privacy issues related to such new applications and services. More specifically, it focuses on:·Secure information transmission in many-to-one scenarios with resource-constrained devices such as sensor networks.·Secure and private information sharing in MANETs.·Secure and private information spread in VANETs.·Private resource access in social networks.Results presented in this thesis include four contributions published in ISI JCR journals (IEEE Transactions on Vehicular Technology, Computer Networks (2) and Computer Communications) and two contributions published in two international conferences (Lecture Notes in Computer Science)., Esta tesis trata diversos problemas de seguridad y privacidad que surgen al implantar en escenarios reales novedosas aplicaciones basadas en nuevos y emergentes modelos de red. Estos nuevos modelos de red difieren significativamente de las redes de computadores clásicas y son catalogadas como redes de propósito especial. Específicamente, en este trabajo se estudian diferentes aspectos relacionados con la seguridad de la información y la privacidad de los usuarios en redes de sensores, redes ad hoc móviles (MANETs), redes ad hoc vehiculares (VANETs) y redes sociales.Las redes de sensores están formadas por dispositivos inalámbricos muy limitados a nivel de recursos (capacidad de computación y batería) que detectan eventos o condiciones del entorno donde se instalan. Esta tecnología tiene una amplia variedad de aplicaciones entre las que destacan la detección de emergencias o la creación de perímetros de seguridad. Una MANET esta formada por nodos móviles conectados entre ellos mediante conexiones inalámbricas y de forma auto-organizada. Este tipo de redes se constituye sin la ayuda de infraestructuras, por ello son especialmente útiles en situaciones donde implantar una infraestructura es inviable por ser su coste demasiado elevado o por cualquier otra razón. Una de las muchas aplicaciones de las MANETs es proporcionar servicio en situaciones críticas (por ejemplo desastres naturales) donde la infraestructura de comunicaciones ha sido destruida y proporcionar conectividad rápidamente es crucial. Otra aplicación directa aparece en escenarios sin sistemas de comunicación fijos donde existe la necesidad de realizar algún tipo de computación colaborativa entre diversas máquinas. Esta situación se da tanto en ámbitos empresariales como militares.Cuando los nodos móviles de una MANET se asocian a vehículos (coches, camiones.), dicha red se denomina red ad hoc vehicular o VANET. Este tipo de redes pueden ser muy útiles para incrementar la seguridad vial y se espera su implantación para uso real en los próximos años. Como prueba de la gran importancia que tiene esta tecnología, los ocho fabricantes europeos más importantes han fundado la CAR 2 CAR Communication Consortium. Esta organización tiene como objetivo incrementar la seguridad y la eficiencia del tráfico mediante el uso de comunicaciones entre los vehículos.Las redes sociales se diferencian de las redes especiales descritas anteriormente en que éstas no son redes físicas. Las redes sociales son aplicaciones que funcionan a través de las redes de computadores clásicas. Una red de este tipo puede ser definida como una comunidad de usuarios web en donde dichos usuarios pueden publicar y compartir información y servicios. En la actualidad, las redes sociales han adquirido gran importancia ofreciendo un amplio abanico de posibilidades a sus usuarios: trabajar de forma colaborativa, compartir ficheros, búsqueda de nuevos amigos, etc.A continuación se resumen las aplicaciones en las que esta tesis se centra según el tipo de red asociada:·Transmisión segura de información en escenarios muchos-a-uno (múltiples emisores y un solo receptor) donde los dispositivos en uso poseen recursos muy limitados. Este escenario es el habitual en redes de sensores.·Distribución de información de forma segura y preservando la privacidad de los usuarios en redes ad hoc móviles.·Difusión de información (con el objeto de incrementar la seguridad vial) fidedigna preservando la privacidad de los usuarios en redes ad hoc vehiculares.·Acceso a recursos en redes sociales preservando la privacidad de los usuarios. Los resultados de la tesis incluyen cuatro publicaciones en revistas ISI JCR (IEEE Transactions on Vehicular Technology, Computer Networks (2) y Computer Communications) y dos publicaciones en congresos internacionales(Lecture Notes in Computer Science).

Les xarxes d'ordinadors i especialment Internet han permès que algunes activitats comuns com per exemple comprar o jugar es puguin fer de forma remota (e-shopping i e-gambling). El joc del poker a través d'una xarxa de computadors es coneix com mental poker. Mantenir la operativa del joc al mateix temps que es garanteixes els mateixos estàndards de seguretat, imparcialitat i auditoria que ofereixen els casinos en el poker tradicional és un problema complex. Els aspectes més importants a tenir en compte quan es dissenya un protocol de mental poker són els següents: la funcionalitat del joc, la seguretat, i els costos computacionals y de comunicació. Les propostes en la literatura normalment es centren únicament en els dos primers punts. Això fa difícil saber quina de les propostes és més eficient garantitzant la mateixa funcionalitat i seguretat. La tesi comença amb un anàlisi formal dels costos de les principals propostes en la literatura. El anàlisi no es limita als costos, sinó que estudia la seguretat de cada proposta, de fet, el nostre estudi va detectar una debilitat important en un dels protocols comparats. L'atac es presenta en un capítol separat desprès de l'anàlisi comparatiu global. Els tres capítols següents de la tesi presenten tres nous protocols que milloren les propostes de la literatura en diferents aspectes. La primera proposta pertany a la família de protocols sense TTP i que no preserven la confidencialitat de l'estratègia dels jugadors. La segona proposta és unprotocol sense TTP que preserva la confidencialitat de l'estratègia dels jugadors. El protocolredueix el cost computacional de manera que els jugadors realitzen menys operacionsmatemàtiques. La tercera proposta presenta una nova funcionalitat que normalment no ofereixen els protocols en la literatura, que és la tolerància a l'abandó de jugadors. És a dir, els jugadors poden continuar jugant malgrat alguns jugadors abandonin el jocal mig de la partida., Las redes de ordenadores y especialmente Internet han permitido que algunas actividades comunes como por ejemplo comprar o jugar se puedan hacer de forma remota (e-shopping y e-gamgling). El juego del poker a través de una red de ordenador es conocido como mental poker. Mantener la operativa del juego al mismo tiempo que se garantizan los mismos estándares de seguridad, imparcialidad y auditoria que ofrecen los casinos para el pokertradicional es un problema complejo. Los aspectos más importantes a tener en cuenta cuando se diseña un protocolo de mental poker son los siguientes: la funcionalidad del juego, la seguridad, y los costes computacionales y de comunicación. Las propuestas en la literatura normalmente se centran únicamente en los dos primeros puntos. Esto hace difícil saber cual de las propuestas es más eficiente garantizando la misma funcionalidad y seguridad. La tesis empieza con un análisis formal de los costes de las principales propuestas en la literatura. El análisis no se limita a los costes, sino que analiza la seguridad de cada propuesta, de hecho, nuestro estudio detectó una importante debilidad en uno de los protocolos comparados. El ataque es presentado en un capítulo separado después del análisis comparativo global. Los tres capítulos siguientes de la tesis presentan tres nuevos protocolos que mejoran las propuestas en la literatura en diferentes aspectos. La primera propuesta pertenece a la familia de protocolos sin TTP y que no preservan la confidencialidad de la estrategia de los jugadores. La segunda propuesta es un protocolo sin TTP que preserva la confidencialidad de la estrategia de los jugadores. El protocolo reduce el coste computacional de manera que los jugadores realizan menos operaciones matemáticas. La tercera propuesta presenta una nueva funcionalidad que normalmente no ofrecen los protocolos en la literatura, que es la tolerancia al abandono de los jugadores. Es decir, los jugadores pueden continuar jugando aunque algunos jugadores abandonen el juego en medio de la partida., Computer networks and especially the Internet have allowed some common activities such as shopping or gambling to become remote (e-shopping and e-gambling). The poker game played over a network is known as mental poker. The problem with mental poker is the difficulty of keeping it practical while guaranteeing the same standards of security, fairness and auditability offered by standard casinos for physical poker. The important aspects to take into account when designing mental poker protocols are: functionality, security, and computational and communication cost. Proposals in the literature usually focus on the first two items only. This makes comparisons difficult. This thesis starts with a formal cost analysis of the main proposals in the literature. The analysis is not limited to costs, though; security is also analyzed and, in fact, our study detected a fundamental weakness in one of the compared mental poker protocols. The attack is presented in a separate chapter after the global comparative analysis. The three following chapters of this thesis present three new protocols that enhance the proposals in the literature in different ways. The first proposal belongs to the family of TTP-free protocols and does not preserve the confidentiality of player strategies; it reduces the computational cost by avoiding the use of zeroknowledge proofs. The second proposal is TTP-free, preserves the confidentiality of player strategies and reduces the computational cost by requiring players to perform less mathematical operations. The third proposal addresses a novel functionality usually not offered in the literature, namely player dropout tolerance, i.e. the ability to continue the game even if some players leave it.

Aquesta tesi tracta la protecció de dades quan aquestes han de ser lliurades a usuaris en qui no es té absoluta confiança. En aquesta situació, les dades s'han de protegir de manera que segueixin essent utilitzables. Aquesta protecció ha de ser imperceptible, per tal de no destorbar la utilització correcta de les dades, i alhora efectiva, protegint contra la utilització no autoritzada d'aquestes.L'estudi es divideix tenint en compte els dos tipus de dades la protecció transparent de les quals s'estudia: continguts multimèdia i microdades estadístiques.Pel que fa a dades multimèdia, es tracta la seva protecció des de dues vessants: la protecció del copyright i la protecció de la integritat i l'autentificació.En comerç electrònic de continguts multimèdia, els comerciants venen dades a usuaris en qui no confien plenament i que és possible que en facin còpies il·legals. Aquest fet fa que sigui necessari protegir la propietat intel·lectual d'aquests productes. Centrant-se en imatges digitals, es presenten diverses contribucions a les dues principals tècniques de protecció del copyright electrònic: marca d'aigua i empremta digital.Concretament, pel que fa a marca d'aigua, es presenten dos nous esquemes per imatges digitals. El primer és semi-cec i robust contra atacs de compresió, filtratge i escalat. El segon és cec i robust contra atacs de compresió, filtratge, escalat i distorsió geomètrica moderada. Seguidament, es proposa una nova tècnica basada en mesclar objectes marcats que permet combinar i augmentar la robustesa de diferents esquemes de marca d'aigua actuals.En empremta digital, es presenta una construcció per obtenir codis binaris segurs contra atacs de confabulació de fins a tres usuaris deshonestos. La proposta actual obté, per un nombre moderat de possibles compradors, paraules codi més curtes que les obtingudes fins al moment.Freqüentment, els continguts multimèdia es publiquen en llocs de poca confiança on poden ser alterats. En aquestes situacions, la marca d'aigua es pot utilitzar per protegir dades proporcionant-los integritat i autenticació. Es demostra l'aplicabilitat de l'algorisme de marca d'aigua basat en expansió d'espectre en el domini espacial per proporcionar, de forma transparent, autenticació i integritat sense pèrdua a imatges digitals. L'altre tipus de dades tractades en aquesta tesi són les microdades estadístiques.Quan fitxers amb dades estadístiques que contenen informació sobre entitats individuals són lliurats per al seu estudi, és necessari protegir la privacitat d'aquestes entitats. Aquest tipus de dades s'han de lliurar de manera que es combini la utilitat estadística amb la protecció de la privacitat de les entitats afectades. Els mètodes per pertorbar dades amb aquest objectiu s'anomenen mètodes de control del risc de revelació estadística. En aquest camp, es proposa una modificació d'una mètrica existent per mesurar la pèrdua d'informació i el risc de revelació per tal que permeti avaluar mètodes que generen fitxers emmascarats amb un nombre de registres diferent a l'original. Es proposa també un algorisme per post-processar fitxers de dades emmascarades per tal de reduir la pèrdua d'informació mantenint un risc de revelació similar. D'aquesta manera s'aconsegueix millorar els dos millors mètodes d'emmascarament actuals: 'microagregació multivariant' i 'intercanvi de rangs'.Finalment, es presenta una nova aplicació per proporcionar accés multinivell a dades de precisió crítica. D'aquesta manera, les dades protegides es fan disponibles a diferents usuaris, que segons el seu nivell d'autorització, podran eliminar part de la protecció obtenint dades de millor qualitat., This dissertation is about protection of data that have to be made available to possibly dishonest users. Data must be protected while keeping its usability. Such protection must be imperceptible, so as not to disrupt correct use of data, and effective against unauthorized uses. The study is divided according to the two kinds of data whose transparent protection is studied: multimedia content and statistical microdata.Regarding multimedia content, protection is addressed in two ways: 1)copyright protection; 2) integrity protection and authentication.In electronic commerce of multimedia content, merchants sell data to untrusted buyers that may redistribute it. In this respect, intellectual property rights of content providers must be ensured. Focusing on digital images, several contributions are presented on the two main electronic copyright protection techniques: watermarking and fingerprinting.Two new schemes for watermarking for digital images are presented. The first is semi-public and robust against compression, filtering and scaling attacks. The second one is oblivious and robust against compression, filtering, scaling and moderate geometric distortion attacks. Next, a new technique based on mixture of watermarked digital objects is proposed that allows robustness to be increased by combining robustness properties of different current watermarking schemes.In the field of fingerprinting, a new construction to obtain binary collusion-secure fingerprinting codes robust against collusions of up to three buyers is presented. This construction provides, for a moderate number of possible buyers, shorter codewords than those offered by current proposals.Rather often, multimedia contents are published in untrusted sites where they may suffer malicious alterations. In this situation, watermarking can be applied to protecting data in order to provide integrity and authentication. A spatial-domain spread-spectrum watermarking algorithm is described and proven suitable for lossless image authentication.The other kind of data addressed in this dissertation are statistical microdata.When statistical files containing information about individual entities are released for public use, privacy is a major concern. Such data files must be released in a way that combines statistical utility and protection of the privacy of entities concerned. Methods to perturb data in this way are called statistical disclosure control methods. In this field, a modification to a current score to measure information loss and disclosure risk is proposed that allows masked data sets with a number of records not equal to the number of records of the original data set to be considered.Next, a post-masking optimization procedure which reduces information loss while keeping disclosure risk approximately unchanged is proposed. Through this procedure, the two best performing masking methods are enhanced: 'multivariate microaggregation' and 'rankswapping'.Finally, a novel application to providing multilevel access to precision-critical data is presented. In this way, protected data are made available to different users, who, depending on their clearance, can remove part of the noise introduced by protection, thus obtaining better data quality.