Қатысты кілттерге қарсы шабуылдар және криптографиялық қауіпсіздік
Related-key attack
Криптографияда байланысты кілттер шабуылы – кілттердің математикалық байланысын білгенде шифрды түрлі кілттермен талдау. KASUMI шифріне қатысты шабуылдар қарастырылған.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Криптографияда, байланысты кілттерге қарсы шабуыл – бұл криптоанализдің кез келген түрі, онда шабуылшы бастапқыда мәндері белгісіз бірнеше кілттермен шифрдің жұмысын бақылай алады, бірақ кілттерді байланыстыратын математикалық қатынас шабуылшыға белгілі болады. Мысалы, шабуылшы кілттердің соңғы 80 биті әрқашан бірдей болатынын білуі мүмкін, тіпті бастапқыда олардың қандай екенін білмесе де.
In cryptography, a related key attack is any form of cryptanalysis where the attacker can observe the operation of a cipher under several different keys whose values are initially unknown, but where some mathematical relationship connecting the keys is known to the attacker. For example, the attacker might know that the last 80 bits of the keys are always the same, even though they don't know, at first, what the bits are.
Қасуми
KASUMI – 128 биттік кілті бар, сегіз раундтық 64 биттік блок шифрі. Ол MISTY1 негізінде құрылған және 3G құпиялылық және деректердің бүтіндігі алгоритмдерінің негізін құру мақсатында жасалған. Марк Блуден мен Адриан Эскотт KASUMI-дің бес және алты раундысына қатысты байланысты дифференциалды кілт шабуылдарын сипаттады. Дифференциалдық шабуылдарды Бихам мен Шамир ұсынған. Байланысты кілт шабуылдарын алғаш рет Бихам енгізді. Дифференциалды байланысты кілт шабуылдары Kelsey және басқалар еңбектерінде талқыланады.
KASUMI is an eight round, 64 bit block cipher with a 128 bit key. It is based upon MISTY1 and was designed to form the basis of the 3G confidentiality and integrity algorithms. Mark Blunden and Adrian Escott described differential related key attacks on five and six rounds of KASUMI. Differential attacks were introduced by Biham and Shamir. Related key attacks were first introduced by Biham. Differential related key attacks are discussed in Kelsey et al.
WEP
Wi-Fi сымсыз желілерінде қолданылатын Wired Equivalent Privacy (WEP) – байланысты кілт шабуылынан сәтсіз аяқталған криптографиялық протоколдың маңызды мысалы. WEP қорғалған желідегі әрбір Wi-Fi желілік адаптері мен сымсыз қолжетімділік нүктесі бірдей WEP кілтімен бөліседі. Шифрлау RC4 алгоритмін қолданады, ол – ағын шифрі. Ағын шифрімен бір кілтті екі рет пайдаланбау өте маңызды. Мұны болдырмау үшін WEP әрбір хабарлама пакетіне 24 биттік бастауыш векторды (IV) қосады. Сол пакет үшін RC4 кілті – IV пен WEP кілтінің біріктірілген түрі болып табылады. WEP кілттерін қолмен өзгерту қажет, бірақ мұндай өзгерістер көбінесе сирек жасалады. Сондықтан шабуылшы пакеттерді шифрлеу үшін қолданылатын барлық кілттер бір WEP кілтін пайдаланады деп есептеуі мүмкін. Осы факті WEP-ті жойқын шабуылдар сериясына ұшыратты. Ең қарапайымы 24 биттік IV-тің мүмкіндіктерінің саны 17 миллионнан аспайтынын пайдаланады. Туған күн парадоксының нәтижесінде, әр 4096 пакетке шамамен екі пакетте бірдей IV және демек, бірдей RC4 кілті кездеседі, бұл пакеттерге шабуыл жасауға мүмкіндік береді. Одан да қауіпті шабуылдар RC4-тің әлсіз кілттерін пайдаланып, тіпті WEP кілтінің өзін қалпына келтіруге мүмкіндік береді. 2005 жылы АҚШ Федералдық тергеу бюросының агенттері бұл мүмкіндікті, кеңінен қолжетімді бағдарламалық құралдарды қолданып, үш минут ішінде жасай алатынын көпшілікке көрсетті.
An important example of a cryptographic protocol that failed because of a related key attack is Wired Equivalent Privacy (WEP) used in Wi Fi wireless networks. Each client Wi Fi network adapter and wireless access point in a WEP protected network shares the same WEP key. Encryption uses the RC4 algorithm, a stream cipher. It is essential that the same key never be used twice with a stream cipher. To prevent this from happening, WEP includes a 24 bit initialization vector (IV) in each message packet. The RC4 key for that packet is the IV concatenated with the WEP key. WEP keys have to be changed manually and this typically happens infrequently. An attacker therefore can assume that all the keys used to encrypt packets share a single WEP key. This fact opened up WEP to a series of attacks which proved devastating. The simplest to understand uses the fact that the 24 bit IV only allows a little under 17 million possibilities. Because of the birthday paradox, it is likely that for every 4096 packets, two will share the same IV and hence the same RC4 key, allowing the packets to be attacked. More devastating attacks take advantage of certain weak keys in RC4 and eventually allow the WEP key itself to be recovered. In 2005, agents from the U. S. Federal Bureau of Investigation publicly demonstrated the ability to do this with widely available software tools in about three minutes.
Байланысты кілтпен шабуылдауды болдырмау
Байланысты кілттерге жасалатын шабуылдарды болдырмаудың бір жолы – шифрлау кілттерінің бір-бірімен ешқашан қарапайым байланыста болмауы үшін протоколдар мен қосымшаларды жобалау. Мысалы, әрбір шифрлау кілті негізгі кілт материалынан кілт тудыру функциясын қолдану арқылы жасалуы мүмкін. Мысалы, WEP-тің орнына Wi-Fi Protected Access (WPA) үш деңгейлі кілттерді пайдаланады: бас кілт, жұмыс кілті және RC4 кілті. WPA бас кілті әрбір клиентпен және қолжетімділік нүктесімен бөліседі және белгілі шабуыл әдістерін жеңу үшін жеткілікті жиілікте жаңа жұмыс кілттерін жасау үшін Уақытша кілт тұтастығы протоколы (TKIP) ішінде қолданылады. Жұмыс кілттері әрбір пакет үшін RC4 кілтін құру үшін 48 биттік IV кілтімен біріктіріледі. Бұл жоба WEP-тің әдісін бірінші буын Wi-Fi желілік карталарымен WPA-ны пайдалануға мүмкіндік беретіндей етіп еліктейді, олардың кейбіреулері WEP-тің бөліктерін аппараттық құралдарға енгізген. Дегенмен, бірінші буынның барлық қолжетімділік нүктелері WPA-ны іске қоса алмайды. Тағы бір, консервативті тәсіл – байланысты кілттерге жасалатын шабуылдарды толығымен болдырмау үшін жобаланған шифрлауды қолдану, әдетте күшті кілт кестесін қосу арқылы. Wi-Fi Protected Access-тің (WPA2) жаңа нұсқасы, RC4 орнына AES блок шифрын пайдаланады, ішінара осы себепті. AES-ке қарсы ұқсас кілт шабуылдары бар, бірақ RC4-ке қарсы шабуылдардан айырмашылығы, оларды іске асыру қиын, ал WPA2-нің кілт жасау функциялары оларға қарсы қорғаныс ұсынуы мүмкін. Көптеген ескі желілік карталар WPA2-ні іске қоса алмайды.
One approach to preventing related key attacks is to design protocols and applications so that encryption keys will never have a simple relationship with each other. For example, each encryption key can be generated from the underlying key material using a key derivation function. For example, a replacement for WEP, Wi Fi Protected Access (WPA), uses three levels of keys: master key, working key and RC4 key. The master WPA key is shared with each client and access point and is used in a protocol called Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) to create new working keys frequently enough to thwart known attack methods. The working keys are then combined with a longer, 48 bit IV to form the RC4 key for each packet. This design mimics the WEP approach enough to allow WPA to be used with first generation Wi Fi network cards, some of which implemented portions of WEP in hardware. However, not all first generation access points can run WPA. Another, more conservative approach is to employ a cipher designed to prevent related key attacks altogether, usually by incorporating a strong key schedule. A newer version of Wi Fi Protected Access, WPA2, uses the AES block cipher instead of RC4, in part for this reason. There are related key attacks against AES, but unlike those against RC4, they're far from practical to implement, and WPA2's key generation functions may provide some security against them. Many older network cards cannot run WPA2.