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- いおり みしま
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1 2009 年 2 月 18 日 CRYPTREC ワークショップ 暗号利用モードの最新動向 富士通研究所下山武司
2 暗号利用モードの経緯 1 ブロック暗号 (ECB モード ) 平文 Enc 暗号文 鍵 同じ平文に対しては同じ暗号文 乱数列と識別可能 ( 右に例示 ) 原画 ECB モード暗号化 出典 暗号利用モード : ブロック暗号の欠点を補うパッチ CBC, OFB, CFB モード CBC 平文初期値 CTR モード CTR 初期値 初期値 +1 初期値 +2 Enc Enc Enc Enc Enc Enc 平文 暗号文 暗号文
3 暗号利用モード一覧 2 秘匿 認証 認証付秘匿 ストリーム暗号 キーストリームブロック暗号 ハッシュ一方向性関数 ABC, CBC, CFB, k-cfb, CTS, 2DEM, IGE, OFB, CTR, CENC, F8, KFB, ABL3, ABL4, Bear, CMC, EMD, EME, EME2, Feistel, HCH, HCTR, Lion, LRW, Mercy, NR, PEP, TET, XEX, XCB, XTS, MAC ALRED*, ALPHA-MAC*, CBC-MAC, CMAC, EMAC, F9, FRMAC, GMAC, HMAC*, IPMAC, MMH, MT-MAC, NMAC*, OMAC, PC-MAC, PELICAN*, PMAC, Poly1305-AES, RMAC, Tail-MAC, TMAC, Two-Track-MAC, UMAC, VMAC, XCBC- MAC, XECB-MAC, XOR-MAC, AES-hash, EMD, Merkle-Damgard, MDP, PMD-MMO, Davis-Meyer, abreast-dm, tandem-dm, Hirose-DBL, Matyas- Meyer-Oseas, Miyaguchi-Preneel, MDC-2, MDC-4, CCM, CHM, CS, CWC, EAX, GCM, Key-Wrap-AES, IACBC, IAPM, MULTI-S01*, OCB, PCFB, k-pcfb, SIV, XCBC,
4 ブロック暗号からブロック暗号へ 3 Tweakable Block Cipher 平文 AES 暗号文 鍵 平文 Enc 暗号文 鍵 Tweak 性質 : Tweak の値は公開可能 Tweak 更新処理は 鍵更新より軽い Tweak の攪拌性能は秘密鍵と同様 (Tweak 毎に異なるランダム置換を生成 ) ディスクセクタ暗号化利用モード 128bit 512Byte AES 鍵 ディスクセクタ用ブロック暗号 Tweak ( セクタ番号 ) 鍵 128bit 512Byte ディスクセクタのブロック単位は 512Byte この 512Byte をブロック長とした Tweakable Block Cipher を構成し より高いセキュリティを確保
5 暗号利用モードの設計思想 ブロック暗号の欠点を補うパッチ 安全な暗号プリミティブを手軽に構成する方法 キーワードその 1: 多様化 ~ さまざまなバリエーションが登場 ブロック暗号 ハッシュ関数 ストリーム暗号 ストリーム暗号キーストリーム生成 ( 擬似乱数生成 ) ブロック暗号 ( ワイドブロック暗号 ) メッセージ認証子 ( 鍵付ハッシュ関数 ) ハッシュ関数 キーワードその 2: 証明可能安全性 安全なブロック暗号の利用を前提 ( 強 ) 擬似ランダム置換理想的ブロック暗号 暗号利用モードの安全性を数学的に証明 乱数列との識別不可能性 送 ( 受 ) 信者の否認不可能性 ( 強 ) 偽造不可能性 4
6 5 評価方法に対する意見 全般 公募カテゴリについて 用途 鍵長 ブロック長等毎に分類? 細分化しすぎるのは問題有 モード と MAC は それぞれ 秘匿用モード と 認証用モード と解釈? Hash, 一方向性関数は 安全性評価の統一の観点から MAC に分類? 認証付秘匿モードは モード? それとも MAC? セキュリティ要件 証明可能安全性 前提と 導かれる耐性 その妥当性 現実性 証明の前提が崩れたときの耐性については? ( 例 :HMAC の鍵回復攻撃 Key Check Value(ANSI X9.24) 等 ) パフォーマンス要件 評価指標 並列処理性 事前計算回数 プリミティブ呼び出し回数 / ブロック 鍵スケジュール呼び出し回数 / ブロック 内部で用いるプリミティブは出来る限り共通化して評価 鍵スケジュールと暗号化の性能比はブロック暗号毎に異なる ブロック暗号ベース vs ハッシュ関数ベース vs ストリーム暗号ベース性能比較は? 標準化 利用実績 各種標準化をどこまで取り入れるか? ISO/IEC8372, 9797, 18033, NIST-SP800 38A,B,C,D, ANSI X3,X9, RFC2104, FIPS46-2, FIPS81,FIPS113, IEEE P1619.1,2, NESSIE, 3GPP,
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8 2009 年 2 月 18 日 CRYPTREC ワークショップ メッセージ認証コード (MAC) 富士通研究所下山武司
9 MAC 1 CBC-MAC 平文 1 平文 2 平文 3 広く使われているが 自明な欠点あり Enc Enc Enc MAC Length Extension Attack 平文 1 平文 2 平文 3 平文 1 平文 2 平文 3 MAC+ 平文 1 平文 2 平文 3 Enc Enc Enc Enc Enc Enc Enc Enc Enc MAC MAC Collision
10 暗号利用モード一覧 2 秘匿 認証 認証付秘匿 ストリーム暗号 キーストリームブロック暗号 ハッシュ一方向性関数 ABC, CBC, CFB, k-cfb, CTS, 2DEM, IGE, OFB, CTR, CENC, F8, KFB, ABL3, ABL4, Bear, CMC, EMD, EME, EME2, Feistel, HCH, HCTR, Lion, LRW, Mercy, NR, PEP, TET, XEX, XCB, XTS, MAC ALRED*, ALPHA-MAC*, CBC-MAC, CMAC, EMAC, F9, FRMAC, GMAC, HMAC*, IPMAC, MMH, MT-MAC, NMAC*, OMAC, PC-MAC, PELICAN*, PMAC, Poly1305-AES, RMAC, Tail-MAC, TMAC, Two-Track-MAC, UMAC, VMAC, XCBC- MAC, XECB-MAC, XOR-MAC, AES-hash, EMD, Merkle-Damgard, MDP, PMD-MMO, Davis-Meyer, abreast-dm, tandem-dm, Hirose-DBL, Matyas- Meyer-Oseas, Miyaguchi-Preneel, MDC-2, MDC-4, CCM, CHM, CS, CWC, EAX, GCM, Key-Wrap-AES, IACBC, IAPM, MULTI-S01*, OCB, PCFB, k-pcfb, SIV, XCBC,
11 最近の研究動向 3 CMAC(OMAC) の NIST SP800-38B 公開 (2005/3) 岩田先生 ( 名古屋大 ) と黒澤先生 ( 茨城大 ) が開発 (2003/2) 偽造困難性を 1 個の Key で実現した証明可能安全な MAC Key Check Value (ANSI 9.24) への対策が必要? Hash 関数をベースとするMACへの攻撃 HMAC (k + opad) (k +ipad) text H IV F TLS, SSH, IPsec にて利用 証明可能安全な MAC ( 安全なハッシュ関数を仮定 ) H IV F HMAC(k)(text) しかし 脆弱なハッシュ関数を用いた場合は 鍵回復攻撃が可能 段数を削減したブロック暗号を利用した MAC の登場 (MT-MAC, PELICAN 等 ) 処理内部で 4 段の AES を利用し処理速度を向上 ( 128bit AES は 10 段 ) 証明可能安全ではあるが 攻撃論文も散見されるため 詳細な調査が必要
12 4 評価方法に対する意見 全般 公募カテゴリについて 用途 鍵長 ブロック長等毎に分類? 細分化しすぎるのは問題有 モード と MAC は それぞれ 秘匿用モード と 認証用モード と解釈? Hash, 一方向性関数は 安全性評価の統一の観点から MAC に分類? 認証付秘匿モードは モード? それとも MAC? セキュリティ要件 証明可能安全性 前提と 導かれる耐性 その妥当性 現実性 証明の前提が崩れたときの耐性については? ( 例 :HMAC の鍵回復攻撃 Key Check Value(ANSI X9.24) 等 ) パフォーマンス要件 評価指標 並列処理性 事前計算回数 プリミティブ呼び出し回数 / ブロック 鍵スケジュール呼び出し回数 / ブロック 内部で用いるプリミティブは出来る限り共通化して評価 鍵スケジュールと暗号化の性能比はブロック暗号毎に異なる ブロック暗号ベース vs ハッシュ関数ベース vs ストリーム暗号ベース性能比較は? 標準化 利用実績 各種標準化をどこまで取り入れるか? ISO/IEC8372, 9797, 18033, NIST-SP800 38A,B,C,D, ANSI X3,X9, RFC2104, FIPS46-2, FIPS81,FIPS113, IEEE P1619.1,2, NESSIE, 3GPP,
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<4D F736F F D20838A B F955C8E8682A982E796DA8E9F914F5F A815B FD B A5F E646F63>
2008 年度版リストガイド ( メッセージ認証コード ) 平成 21 年 3 月 独立行政法人情報通信研究機構独立行政法人情報処理推進機構 1 1 1.1............................. 1 1.1.1............................ 1 1.1.2....................... 1 1.1.3...........................
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(JCMVP) 24 2 29 ATR-01-D Cryptographic Algorithm Implementation Testing Requirements 1 1 1.1....................... 1 1.2....................................... 2 2 3 2.1.....................................
<4D F736F F D F81798E518D6C8E9197BF33817A88C38D868B5A8F70834B D31292E646F63>
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28 27 8 4 10 17 2 27 8 7 14 00 1 27 8 14 15 00 2 27 8 21 15 00 1 4 5 2 6 1 27 ABCD 6 2 2 5 5 8% 108 100 49 2 13 140 22 12 7 153-8501 19 23 03-5478-1225 27 8 4 (1) (2) (3) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
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P-12 P-13 3 4 28 16 00 17 30 P-14 P-15 P-16 4 14 29 17 00 18 30 P-17 P-18 P-19 P-20 P-21 P-22
1 14 28 16 00 17 30 P-1 P-2 P-3 P-4 P-5 2 24 29 17 00 18 30 P-6 P-7 P-8 P-9 P-10 P-11 P-12 P-13 3 4 28 16 00 17 30 P-14 P-15 P-16 4 14 29 17 00 18 30 P-17 P-18 P-19 P-20 P-21 P-22 5 24 28 16 00 17 30 P-23
2.1... 1 2.1.1.1... 1 (1). 1 (2)... 1 (3)... 1 2.1.1.2... 1 (1)... 1 (2)... 1 (3)... 1 2.1.1.3... 1 (1)... 1 (2)... 1 (3)... 1 2.1.1.4... 2 2.1.1.5... 2 2.2... 3 2.2.1... 3 2.2.1.1... 3... 3... 3 (1)...
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4 6 0 4 6 0 4 6 8 30 34 36 38 40 4 44 46 8 8 3 3 5 4 6 7 3 4 6 7 5 9 8 3 4 0 3 3 4 3 5 3 4 4 3 4 7 6 3 9 8 Check 3 4 6 5 3 4 0 3 5 3 3 4 4 7 3 3 4 6 9 3 3 4 8 3 3 3 4 30 33 3 Check Check Check Check 35
h01
P03 P05 P10 P13 P18 P21 1 2 Q A Q A Q A Q A Q A 3 1 check 2 1 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-5-1 2-6 2-6-1 2-6-2 2-6-3 3 3-1 3-2 3-3 3-4 3 check 4 5 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 4-1 4-1-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 5-1 5-2 4
1 2 3 4 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 27 29 32 33 1 2 3 7 9 11 13 15 17 19 21 23 26 CHECK! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
保育の必要性の認定について
1 2 3 73 1 4 5 6 7 8 9 10 11 鍵 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1.0% 12.5% 20.6% 26.7% 27.6% 10.1% 1.4% 0.0% 4 5 6 7 8 2.8% 28.0% 33.3% 22.7% 10.7% 1.9% 0.1%
