Archive for the ‘Forskning’ category

« Older Entries

Ny TCP-sekvensgenerator för uIP

July 17th, 2010

Tillsammans med Adam Dunkels har jag börjat titta lite försiktigt på att hitta en bättre generator för TCP-sekvensnummer till den miniskula TCP/IP-stacken uIP.

Adam Dunkels
Adam Dunkels – pappa till uIP, bland annat.

Den nuvarande generatorn ger en monotont ökande sekvens som är lätt att prediktera. En ny generator skall ge en bra slumpmässig som inte är lätt (inte går) att prediktera. MEn samtidigt får storleken på stacken inte växa speciellt mycket och skall gå att implementera på en 8-bitars processor. Vidare får vi inte inför en massa nya krav på målsystemet, exempelvis tillgång till bra fysisk entropi. En icke-trivial kombination av krav.

Jag har tänkt, kladdat och sedan postat på Cryptography-listan och fått en del tips. Men jag (vi) tar med stor glädje emot mer klokskap. Här kommer därför min postning till listan. Läs, kommentera. Tack!


uIP [1] is a very compact TCP/IP stack for small, networked connected, embedded devices. (The code size for uIP including TCP and ICMP on the AVR processor is about 5 kBytes.)

Unfortunately, the TCP sequence number generator in uIP is a bit simplistic – basically a monotonically increasing number. In order to reduce the opportunities for TCP Spoofing (like this nice one [2]) we are trying to implement a new TCP sequence number generator.

What we want to find is an algorithm that generates a good (secure) TCP seq numbers, but use very little resources (on 8-bit computing devices).

We have done some preliminary investigations, have some rough ideas and would really appreciate comments and suggestions from the enlightened minds on this list.

As we see it, the two main problems to solve are:
(1) Find a secure PRNG algorithm that have as low implementation complexity as possible.

(2) Add as little system/application requirements on entropy source and persistent storage as possible.

Looking at TinyRNG [3] for example, it seems that a block cipher in CTR mode (or OFB mode) should be sufficient. The question then is what block cipher to use? The XTEA block cipher [4] is very compact, but would it be a wise choice from a security perspective?

But what to feed the PRNG with? Looking again at TinyRNG, it uses a simplistic version of the entropy accumulator from the Fortuna PRNG [5], but with fewer and smaller pools. The pools are processed using a CBC-MAC built around the same block cipher as used in the PRNG.

The combined storage for the pools as well as CBC-MAC state would probably be acceptable for uIP. The question is if the pool feeding operation as such adds operational requirements on uIP that makes it harder to integrate?

A simpler scheme could be to feed the PRNG (CTR-mode) with entropy used as part of Key and IV, that is not use a pool mechanism at all and leave it to user application to provide entropy words when performing a reseed. The Key (and IV?) would also consists of a counter that is monotonically increased.

The problem with this (we guess) is that in order to ensure that KEY+IV is never reused is to keep at least part of KEY or IV as a counter that is stored in persistent memory and increased once (and stored) every time reseed (or boot) is performed. (How bad from a security perspective would this be? Compared to other TCP sequence generators?)

The current version of uIP places few (basically no) demands on the system/application regarding physical resources (besides mem for code and data) and does not use any persistent storage besides code memory. It seems that any good sequence generator that are driven by physical entropy and tries to avoid sequence repetition need to place additional demands on the system. No?

This is basically as far as we have taken this. More or less a bit of Googling, reading and attempts at thinking. The ambition is not to invent something new and unproven but to adapt existing tech and ideas that seem to work. But get it to work with the size, performance and API constraints of uIP.

Any thoughts, comments, suggestions and pointers would be very greatly appreciated.

Thank you!
Joachim Strömbergson

References
—————

[1] A. Dunkels. uIP TCP/IP stack.

http://www.sics.se/~adam/uip/index.php/Main_Page

[1] R. Lawshae. Picking Electronic Locks Using TCP Sequence Prediction
http://www.defcon.org/images/defcon-17/dc-17-presentation/Ricky_Lawshae/defcon-17-ricky_lawshae-picking_electronic_locks-wp.pdf

[3] A. Francillon, C. Castelluccia. TinyRNG: A Cryptographic Random

Number Generator for Wireless Sensors Network Nodes

http://planete.inrialpes.fr/~ccastel/PAPERS/TinyRNG.pdf

[4] R. M. Needham, D. J. Wheeler. Tea extensions.

http://www.cix.co.uk/~klockstone/xtea.pdf

[5] Wikipedia. Fortuna PRNG.

http://en.wikipedia.org/wiki/Fortuna_%28PRNG%29

No comments »

Posted in Forskning, Inbyggda system, Internet, Verktyg

Tags:

Två nya attacker på AES

June 12th, 2010

Det var inte så länge sedan jag bloggade om att det varit mycket attacker på det symmetriska blockkryptot AES det senaste dryga året. Och nu kommer ett par nya attacker.

Den första attacken är en attack på AES-algoritmen i sig och knyter därmed an direkt till de attacker jag bloggade om. Återigen är det Orr Dunkelman, Nathan Keller och Adi Shamir som ligger bakom den kryptanalytiska attacken.

Det intressanta med den här attacken är att till skillnad från de flesta attacker på AES-algoritmen kräver den här inte ett stort antal nycklar, utan bygger på en enskild nyckel. Just att de senaste årens attacker krävt ett stort antal relaterade (kopplade) nycklar har varit dessa attacker svaghet. Eller som EU-projektet ECRYPT II skriver i sin årliga rapport om nyckellängder och kryptoprimitiver:

We note that related-key attacks’ practical relevance depends on context, and these attacks are unlikely to affect practical uses of the AES algorithm.

Shamirs, Dunkelmans och Kellers nya attack, Improved Single-Key Attacks on 8-round AES kan därmed ses som ett svar på detta, Författarna skriver:

AES is the most widely used block cipher today, and its security is one of the most important issues in cryptanalysis. After 13 years of analysis, related-key attacks were recently found against two of its flavors (AES-192 and AES-256).

However, such a strong type of attack is not universally accepted as a valid attack model, and in the more standard single-key attack model at most 8 rounds of these two versions can be currently attacked. In the case of 8-round AES-192, the only known attack (found 10 years ago) is extremely marginal, requiring the evaluation of essentially all the 2**128 possible plaintext/ciphertext pairs in order to speed up exhaustive key search by a factor of 16.

In this paper we introduce three new cryptanalytic techniques, and use them to get the first non-marginal attack on 8-round AES-192 (making its time complexity about a million times faster than exhaustive search, and reducing its data complexity to about 1/32,000 of the full codebook).

In addition, our new techniques can reduce the best known time complexities for all the other combinations of 7-round and 8-round AES-192 and AES-256.

Fortfarande är det på AES-versioner med ett färre antal iterationer än det som normalt används. Men det är ännu ett sår i AES-bygget.

Den andra attacken är inte på algoritmen, utan en sidoattack på implementationen av AES - mer exakt på en datorplattform som exekverat AES och som sedan stängts av(!). Genom att använda verktyg för att lösa Boolean SAT-problem (svensutvecklade MiniSat) anpassad kryptoproblem – CryptoMiniSat. Detta verktyg har använts för att lösa en Boolesk beskrivning av nyckelschemaläggningen i AES kan dom återskapa nyckeln även från ett minne som varit avstängt och därmed tappat en stor del av sitt innehåll.

SRAM-minnen och till viss del även DRAM-minnen tappar sin information när strömmen kopplas bort, men kan behålla informationen under en längre tid – kallas data remanence. Speciellt i kalla förhållanden kan ett SRAM-minne behålla sin information under lång tid.

I artikeln Applications of SAT Solvers to AES key Recovery from Decayed Key Schedule Images visar Abdel Alim Kamal och Amr M. Youssef att dom för 10000 nycklar där 72% nycklen har förstörts (bitarna har ändrat värden slumpmässigt) kan dom återskapa 92% av nycklarna på mindre än 10 sekunder. Nu gäller detta inte enbart AES, utan som författarna skriver:

In this work, we modelled the problem of key recovery of the AES-128 key schedules from its corresponding decayed memory images as a Boolean SAT problem and solved it using the CryptoMiniSat solver. Our experimental results confirm the versatility of our proposed approach which allows us to efficiently recover the AES-128 key schedules for large decay factors.

The method presented in this work can be extended in a straightforward way to AES-192, AES-256 and other ciphers with key schedules that can be presented as a set of Boolean equations and, hence, lend themselves naturally to SAT solvers.

För den som vill läsa mer om data remanence rekommenderas Peter Gutmanns klassiska Data Remanence in Semiconductor Devices.

No comments »

Posted in Forskning, Hårdvara, Krypto

Tags:

Bra genomgång av datakompression

June 11th, 2010

Matt Mahoney, skaparen av den idag bästa icke-förstörande kompressorn, PAQ har en riktigt, riktigt bra genomgång (tutorial) om datakompression.

Matt Mahoney

Med början i informationsteori går Data Compression Explained igenom olika typer av kodningar, modeller, benchmarks m.m. LZ-packare, Burrows Wheeler-transform och en massa annat. Och det viktigaste – det som beskrivs tycker jag förklaras på ett begripligt sätt.

Mark Nelsons gamla bok The Data Compression Book var fantastiskt bra när den kom 1991 (mitt tummade ex står fortfarande i hyllan bredvid mig), men även om den uppdaterats sedan dess känns den lite gammal. det har hänt rätt mycket sedan dess. Mahoneys genomgång känns klart mer modern. Vill du lära dig om datakompression är den här genomgången en riktigt bra start.

1 comment »

Posted in Forskning, Läsvärt

Tags:

Hälsoläget för AES

June 1st, 2010

På Eurocrypt 2010 idag tisdag 2010-06-01 presenterade Ali Biham, Orr Dunkelman m.fl. en uppdaterade attack av sin attack på AES: Key Recovery Attacks of Practical Complexity on AES-256 Variants with up to 10 Rounds.

Eurocrypt 2010

Detta är den första stora attacken (som dock snarare är en uppdatering på en attack från förra året) i år. Men sett över de senaste dryga året har vi sett fem, sex större attacker på AES som algoritm, samt ett antal mindre attacker där olika delar av algoritmen analyseras. Och sedan, naturligtvis ett antal attacker på implementationer, inte minst attacker basererade på felinjektering och sidoattacker. Wikipedias sida om AES listar några av dessa attacker, men långt ifrån alla. Bruce Schneier bloggade om dessa attacker ett par gånger i mitten på förra året (ett, två). En av de främsta på att attacker AES är Orr Dunkelmans.

Orr Dunkelman
Orr Dunkelman

Kolla man på Orr Dunkelmans forskningssida hittar man ett flertal artiklar med olika analyser av AES och attacker. Den här om vad som händer om MixColumns-operationen i AES inte fungerar i den sista iterationen är ett typiskt exempel på den typ av analys jag tycker att man ser ofta just nu (en trend inom kryptanalys).

Vad jag försöker säga är att jag upplever det som att AES, efter snart tio år sedan (AES publicerades i november 2001 så det snarare åtta år, men…) utan större säkerhetsproblem med algoritmen nu plötsligt börjar se lite skadeskjuten ut – att den kanske inte är så säker längre. Det är inte dags för panik, men långsiktigt och för nya applikationer bör man nog tänka på att inte låsa fast sig i AES, utan göra det möjligt att byta algoritm.

Till saken hör att AES har varit en formidabel succé och har designats in i alltifrån kommunikation för små sensorsystem (IEEE 802.15.4 – ZigBee) till 10G Ethernet och en oherrans massa saker däromkring. Skulle AES falla och måste bytas ut kommer det inte att bli enkelt.

Det skall bli spännande att se hur det går.

1 comment »

Posted in Forskning, Internet, Krypto

Tags:

Två artiklar om så kallad kvantkryptering

May 18th, 2010

Idag publicerade CSO två artiklar som båda på olika sätt handlar om så kallad kvantkryptering där jag fick chans att uttala mig (göra bort mig).

Nytt krypto fungerar bara där du förväntas vara tar upp ett iofs intressant fenomen där det går att koppla ett visst kvantfenomen till en given position. Idén är att använda detta för att skapa ett nyckelutbyte mellan två parter och att detta därmed skulle öka säkerheten. Jag tycker att det är ett intressant forskningsresultat, men har svårt att se den praktiska nyttan med tekniken.

Kommersiell kvantkrypterare knäckt handlar om hur några forskare lyckats attackera ett befintligt system för kvantbaserad kommunikation. Jag tycker att artikeln visar att kvantkryptering inte är den perfekta säkra kommunikationslösningen som kommer att stoppa alla attacker. Som vi sett tidigare (tack för tipset, Måns) har andra sedan tidigare (på C26C3) presenterat fungerande avlyssning på den här typen av system.

Och, jag är rätt allergisk mot begreppet kvantkryptering. Det må vara en metod för att kommunicera konfidentiellt genom att kvantkommunikationen störs om någon försöker avlyssna. Men det är inte en krypteringsmetod där en delad hemlighet används för att transformera meddelandet på ett sådant sätt att ingen utomstående kan förstå meddelandet. Det senare är vad iaf uppfattar som betydelsen av kryptering.

No comments »

Posted in Forskning

Tags:

Draft med referensbeskrivning för ECC

May 11th, 2010

Det finns en intressant Internet Draft (I-D) av (David) McGrew från Cisco och Igoe från USAs National Security Agency.

David McGrew
David McGrew.

Draften Fundamental Elliptic Curve Cryptography Algorithms (draft-mcgrew-fundamental-ecc-02.txt) ger en referensbeskrivning av Elliptic Curve-krypto (ECC).

Varför är nu detta intressant? Jo – som författarna själva skriver:

The adoption of ECC has been slower than had been anticipated, perhaps due to the lack of freely available normative documents and uncertainty over intellectual property rights.
...
...
This note contains a description of the fundamental algorithms of ECC over fields with characteristic greater than three, based directly on original references. Its intent is to provide the Internet community with a summary of the basic algorithms that predate any specialized or optimized algorithms, which can be used as a normative specification. The original descriptions and notations were followed as closely as possible.
...
...
These descriptions may be useful for implementing the fundamental algorithms without using any of the specialized methods that were developed in following years. Only elliptic curves defined over fields of characteristic greater than three are in scope; these curves are those used in Suite B.
(Notera att jag flyttat om ordningen på styckena.)

Jag håller med om att det länge behövts en bra beskrivning av ECC. Men att det Just är patenträttigheter på ECC som hållit tillbaka utvecklingen verkar de flesta vara överens om. Som någon på Cryptography-listan konstaterade ger draften inte bara en normativ beskrivning av ECC, den sammanställer även en referens som är mer än 15 år gammal och föregår därmed de patent som idag finns på ECC.

No comments »

Posted in Forskning, Internet, Krypto, Läsvärt

Tags:

Längd på nycklar och säkerhet

May 10th, 2010

Jag har den senaste tiden fått flera frågor om längder på kryptonycklar – frågor om vad som är säkert, hur lång en assymetrisk nyckel skall vara för att motsvara en symmetrisk nyckel av en viss längd osv.

Det finns flera källor för information om nyckellängder. Den som ofta förekommer är den i idag något gamla boken Applied Cryptography av Bruce Schneier som i kapitel sju har ett längre resonemang om olika nycklar och längder.

Vidare har NIST publicerat rekommendationer om nyckellängder, deras rekommendationer är dock från 2007. Även IETF har publicerat en RFC, RFC 3766 - Determining Strengths For Public Keys Used For Exchanging Symmetric Keys som innehåller ett längre resonemang om nycklars styrka, hur nyckellängder behöver skala med tiden, samt rekommendationer för assymetriska nycklar.

Det många av dessa källor tyvärr har gemensamt är att dom inte uppdateras speciellt ofta (alls). Webb-baserade källor borde därför vara av intresse att titta närmare på.

WIkipedia har förvirrande nog (minst) två sidor i ämnet, dels en sida om nyckellängder och en sida om kryptonycklar, båda med text om nycklar och längder. Borde nog slås samman och städas upp för att det skall bli användbart.

När jag letat runt efter olika referenser hittade jag att belgiska konsultfirman BlueKrypt har en fin sida som sammanställer rekommendationer om nyckellängder.

Den i mitt tycke bästa källan är dock en rapport. ECRYPT Yearly Report on Algorithms and Key Lengths, utgiven av det EU-finansierade ECRYPT II-projektet.

Som namnet antyder är det här en rapport som uppdateras en gång om året. Den senaste versionen kom ut sommaren 2009. Rapporten innehåller ett ordentligt resonemang om hur nycklars styrkor bör värderas (inklusive diskussioner om metoder som NIST, IETF och andra använder). Resonemanget leder så småningom fram till ett antal rekommendationer.

En viktig sak man gör i ECRYPT II-dokumentet är att sätta in styrkan i nycklar i hur kostsamt (rent ekonomiskt) det är att attackera en viss längd:
Bild 2

Jämför dom sedan olika typer av nycklar – symmetriska, assymetriska baserade på RSA, logaritmer eller ellitic curves får kommer dom med följande rekommendationer:
Bild 3

Slutligen sätter dom in längderna i ett tidsperspektiv – hur lång tid kan man anta att en nyckel med en viss längd ger ett skydd:
Bild 1

Vill du skydda något i 10 år från idag bör du alltså välja minst 96 bitars symmetrisk nyckel eller en RSA-nyckel på drygt 2400 bitar.

Allt detta förutsätter dock att algoritmerna som används inte har några svagheter. Den andra delen av ECRYPTS rapport innehåller en genomgång av de vanligaste algoritmerna inom olika kategorier – krypton, hashfunktioner, signaturer etc (DES, 3DES, AES, RSA, MD5, SHA etc). För varje kategori och specifik algoritm presenterar ECRYPT aktuell status vad gäller säkerhet och kommer med rekommendationer om vad man bör och inte bör använda. Mycket bra läsning.

En sista sak: exportreglerna för krypto i Sverige säger maximalt 56 bitar symmetrisk kryptering och maximalt 512 bitars assymetrisk kryptering (antagligen RSA) eller 112 bitar (antagligen elliptic curve).

No comments »

Posted in Forskning, Inbyggda system, Internet, Krypto, Läsvärt

Tags:

Qubes – Ett nytt operativsystem

April 11th, 2010

Joanna Rutkowska, känd för sin forskning om säkerhet och virtualisering (exempelvis Blue Pill) har utvecklat ett nytt operativsystem.

Joanna Rutkowska.

Det nya OSet kallas Qubes är baserat på den öppna hypervisorn Xen och målet är att genom att isolera applikationer från varandra skapa ett säkert OS för desktop-maskiner.

Qubes logga.

Förutom Xen använder/bygger Qubes på Linux och ser i stort sett ut som vilken modern Linux som helst. Här är en skärmbild:

Flera apps från olika VMs
Flera olika applikationer från olika virtuella maskiner.

En viktig fråga när det kommer till isolering (sanboxing) är hur delning av data skall ske. Qubes inkluderar funktioner för att säkert klipp & klistra mellan applikationer i olika maskiner och vem som har access till klibb-bufferten. Qubes har även stöd för att kopiera filer/data mellan olika virtuella maskiner.

Att köra ett flertal (stort antal) virtuella maskiner skulle man kunna tro vore prestandakrävande, men följande bild sägs visa att maskinerna tar väldigt lite resurser när de inte arbetar:

TOP.

Qubes går just nu bara att installera på 64-bitprocessorer och inte att köra i en virtualiserare (den behöver access till den fysiska maskinen.)

Arkitekturen finns kortfattat beskriven på webben. Följande figur visar hur OSet skapar olika virtuella maskiner för varje applikation som körs av Xen.

Arkitektur.

Rutkowska & Co beskriver hur det fungerar så här:

Qubes implements Security by Isolation approach. To do this, Qubes utilizes virtualization technology, to be able to isolate various programs from each other, and even sandbox many system-level components, like networking or storage subsystem, so that their compromise don’t affect the integrity of the rest of the system.

Qubes lets the user define many security domains implemented as lightweight Virtual Machines (VMs), or “AppVMs”. E.g. user can have “personal”, “work”, “shopping”, “bank”, and “random” AppVMs and can use the applications from within those VMs just like if they were executing on the local machine, but at the same time they are well isolated from each other. Qubes supports secure copy-and-paste and file sharing between the AppVMs, of course.

Arkitekturen är även närmare beskriven i ett dokument (PDF). Det finns en PDF att läsa för den som vill veta mer och det finns även en Qubes-Trac med Wiki. (Bra projekt kör Trac.)

No comments »

Posted in Forskning, Verktyg

Tags:

Beskrivning av nya attackmetoder

February 12th, 2010

Jag sprang på en artikel av Eli Biham & Co som ger en bra beskrivning till de nya krypanalytiska metoder de bland annat använt för att attackera kryptot KASUMI i UMTS/3G. Vill du veta mer om Related-Key Boomerang- och Rectangle attacker är detta artikeln att läsa. Ett helgnöje kanske?

No comments »

Posted in Forskning, Krypto

Tags:

Hårdvaruimplementationer av SHA-3-kandidater

February 12th, 2010

Den senaste tiden har det kommit flera artiklar som beskriver hårdvaruimplementationer av hashfunktioner som är kandidater till NISTs kommande SHA-3-standard. Några av dessa artiklar är Evaluation of Hardware Performance for the SHA-3 Candidates Using SASEBO-GII och An FPGA Technologies Area Examination of the SHA-3 Hash Candidate Implementations och Compact Hardware Implementations of the SHA-3 Candidates ARIRANG, BLAKE, Gr0stl, and Skein.

Det pågår även flera forskningsprojekt där man bygger upp ramverk för att på olika sätt jämföra implementationer (SW och HW) av olika kryptografiska funktioner – krypton, hashfunktioner etc. Ett sådan projekt är Athena-projektet som fokuserar på hårdvaruimplementationer. Ett annat projekt är ECRYPTs eBASH som mer tittar på SW-implementationer över ett stort antal processorarkitekturer.

Ett bekymmer med alla olika HW-implementationer är att det finns så många design- och teknologimässiga frihetsgrader. Är en given implementation optimerad för maximal prestanda eller minimal storlek? Är målteknologin en ASIC-process (och i så fall vilken processnod) eller en FPGA? Vilka teknologispecifika funktioner utntyttjas etc. Det är lätt att det blir en jämförelse mellan äpplen och päron, och kanske äpplen och köttfärslimpa.

I höstas kom artikeln Artikeln High-Speed Hardware Implementations of BLAKE, Blue Midnight Wish, CubeHash, ECHO, Fugue, Gr{o}stl, Hamsi, JH, Keccak, Luffa, Shabal, SHAvite-3, SIMD, and Skein där man försökt hantera detta. Genom att välja samma målteknologi, samma verktygsflöde, samma metodik och implementationstategi har man försökt skapa implementationer av kandidater som skall gå att jämföra med varandra.

Rapporten ger en bra översiktlig beskrivning av samtliga HW-implementationer som skapats. Målteknologi är en 180nm Standard Cell-process (ASIC) från Faraday och man har tagit design genom syntes ned till nätlista och där gjort prestandaskattningar.

Utifrån ren prestanda når Keccak 21 Gbit/s och vinner med bred marginal:
Prestandatabell.

En mer intressant blir det om man tittar på prestanda kontra storlek på implementationen:
Prestanda vs area.

Det verkar som de flesta kandidater ligger inom 40-60 kGates och där återfinns de fem snabbaste kandidaterna. I diagrammet ser man även hur Keccak och Luffa sticker ut prestandamässigt. Vidare är det värt att notera hur mycket mer komplexa de största kandidaterna är, och att det iaf inte ger någon prestandafördel. Om man skulle gå på dessa siffror (och utgår ifrån att säkerheten är lika hög hos alla kandidater) borde Keccak och Luffa ligga bra till samt att BMW och SIMD samt Skein sitta sämre till.

Det jag saknar nu är en bra jämförelse med SW-implementationer, ex från eBASH samt vad andra får fram för resultat av HW-implementationer (ex Athena). Visserligen riskerar det att bli äpplen och köttfärslimpa, men jag tror att den samlade bilden är viktig.

No comments »

Posted in Forskning, Hårdvara, Krypto, NIST AHS, sha-3

Tags: