CBC-MAC

У криптографії, код автентифікації повідомлення ланцюгуванням шифроблоків (CBC-MAC) — техніка побудови кода автентифікації повідомлення з блочного шифру. Повідомлення шифроване деяким алгоритмом блочного шифрування в режимі CBC для створення ланцюга блоків таких, що кожен блок залежить від правильного шифрування попередніх блоків. Ця взаємозалежність гарантує. що зміна в будь-якому біті відкритого тексту спричинить зміну в останньому зашифрованому блоці, яку не можна передбачити або запобігти без знання ключа блочного шифру.

Для обчислення CBC-MAC повідомлення $m$ користувач шифрує $m$ в режимі CBC з нульовим ініціалізаційним вектором. Наступне зображення є нарисом обчислення CBC-MAC повідомлення з блоків $m_{1}\|m_{2}\|\cdots \|m_{x},$ секретним ключем $k$ і PRP $F:K\times X\to X$ (блочним шифром):

Отримуємо PRF $F_{CBC}:K\times X^{\leq L}\to X.$

Безпека з повідомленнями встановленої і змінної довжини

Якщо використовний блочний шифр безпечний (тобто є псевдовипадковою переставкою), тоді CBC-MAC безпечний для повідомлень встановленого розміру.[1] Однак, не є безпечним для повідомлень змінної довжини. Отже, кожен окремий ключ треба використовувати для повідомлень встановленої і відомої довжини. Нападник, який знає правильну пару повідомлення-тег (тобто CBC-MAC) $(m,$ $t)$ і $(m',$ $t')$ може утворити третє повідомлення $m''$ чий CBC-MAC також буде $t'$ . Це робиться простим XOR-енням першого блоку $m'$ з $t$ і тоді приєднанням $m'$ до $m$ ; тобто через утворення $m''=m\|[(m_{1}'\oplus t)\|m_{2}'\|\dots \|m_{x}']$ .

Цю проблему не можна розв'язати через додавання блоку з розміром повідомлення наприкінці. Існує три головних способи зміни CBC-MAC так, щоб убезпечити його для повідомлень змінної довжини[1]^:33:

Додавання довжини повідомлення в перший блок (англ. length-prepend CBC MAC). Це може бути проблематичним якщо довжина повідомлення не відома, коли почалось опрацювання.
Використання різних ключів для повідомлень різних довжин (англ. input-length key separation).
ECBC-MAC, XCBC-MAC.

Також, для захисту цілісності повідомлень змінної довжини, можна розглянути інші режими, наприклад, CMAC (фактично різновид XCBC-MAC) або HMAC.

ECBC-MAC

XCBC-MAC

$pad(b)={\begin{cases}b,&{\mbox{if }}|b|=n\\b10...0,&{\mbox{if }}|b|<n\end{cases}}$

Переваги

Робить найменшу кількість викликів блочного шифру для MAC такого типу
Правильно обробляє повідомлення будь-якої довжини
Блочний шифр викликається лише з одним ключем: $k_{1}$
Блочний шифр викликається лише в напрямку шифрування
Дозволяє обробку по ходу
Легкий у втіленні, знайомий користувачам
Вільний
XCBC — це PRF (не тільки MAC)
– Безпечна PRF завжди є MAC

– Не використовується нонс/IV

– Тегі коротші

– Тегі можна обрізати

– Інші застосування
• Розділення ключа

• PRG

• Протоколи квитування (підтвердження) зв'язку
Доведеннєво безпечний (припускаючи, що E є PRP)

Вади

Обмежені можливості розпаралелювання (притаманно CBC-MAC)
Довжина ключа $k+2n$

Порівняння різновидів CBC-MAC [2][3]

Ім'я	Домен	#E викликів	#E ключів	Довжина ключа	#E викликів до обробки
CBC-MAC	$(\{0,1\}^{n})^{m}$	$\|M\|/n$	$1$	$k$	0
EMAC	$\{0,1\}^{*}$	$1+{\mathcal {d}}(\|M\|+1)/n{\mathcal {e}}$	$2$	$2k$	0
RMAC	$\{0,1\}^{*}$	$1+{\mathcal {d}}(\|M\|+1)/n{\mathcal {e}}$	$1+\#M$	$2k$	0
XCBC	$\{0,1\}^{*}$	$1+{\mathcal {d}}\|M\|/n{\mathcal {e}}$	$1$	$k+2n$	0
TMAC	$\{0,1\}^{*}$	$1+{\mathcal {d}}\|M\|/n{\mathcal {e}}$	$1$	$k+n$	0
XCBC+kst	$\{0,1\}^{*}$	$1+{\mathcal {d}}\|M\|/n{\mathcal {e}}$	$2$	$k$	3 або 4
TMAC+kst	$\{0,1\}^{*}$	$1+{\mathcal {d}}\|M\|/n{\mathcal {e}}$	$2$	$k$	2 або 3
OMAC	$\{0,1\}^{*}$	$1+{\mathcal {d}}\|M\|/n{\mathcal {e}}$	$1$	$k$	1

«#E викликів до обробки» — позначає кількість викликів блочного шифру в попередньому опрацюванні. Ці виклики можна робити без повідомлення. Для XCBC+kst і TMAC+kst за блочний шифр припускаємо AES.

kst — техніка розділення ключів (англ. key separation technique).

Примітки

M. Bellare, J. Kilian and P. Rogaway. The security of the cipher block chaining message authentication code. Архівовано 5 лютий 2012 у Wayback Machine. JCSS 61(3):362-399, 2000.
Kaoru Kurosawa, Tetsu Iwata. Two-key CBC MAC стор. 3, 2002
Fast Software Encryption: 10th International Workshop, FSE 2003, Lund, Sweden, February 24-26, 2003 : Revised Papers, Том 10, стор. 143

Посилання

XCBC: Версія CBC MAC для опрацювання повідомлень довільної довжини на сайті NIST. (англ.)

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[BKR-1] M. Bellare, J. Kilian and P. Rogaway. The security of the cipher block chaining message authentication code. Архівовано 5 лютий 2012 у Wayback Machine. JCSS 61(3):362-399, 2000.

[2] Kaoru Kurosawa, Tetsu Iwata. Two-key CBC MAC стор. 3, 2002

[3] Fast Software Encryption: 10th International Workshop, FSE 2003, Lund, Sweden, February 24-26, 2003 : Revised Papers, Том 10, стор. 143