對稱式加密系統的爆炸歷史 (Authenticated encryption 的問題)

在「Disasters」這邊列了不少對稱式加密系統 (secret-key cryptography) 爆炸的歷史,其中提到了很多 Encrypt 與 MAC 結合時的問題 (Authenticated encryption)。另外 Colin Percival 在 2009 年的時候有寫了一篇為什麼要用 Encrypt-then-MAC 的文章:「Encrypt-then-MAC」,當時 Colin Percival 寫的時候大家還是不能理解,但現在回頭看上面的爆炸歷史應該就清楚很多了 XDDD

SSH 協定是使用 Encrypt-and-MAC (傳輸「密文」與「明文的 MAC 值」)。在 2008 年時 SSH 使用 CBC 模式時會有安全問題:對 128bits CBC mode system (像是 aes128-cbc),任意位置的 32bits 有 2-18 的機會可以解出原文。(CVE-2008-5161,論文是「Plaintext Recovery Attacks Against SSH」)

TLS 1.0 (SSLv3) 使用 MAC-then-Encrypt (傳輸「明文與明文的 MAC 值」加密後的結果)。1999 年就知道這個方法不可靠,不過到了 2011 年時才被拿出來示範,也就是 BEAST attack。(CVE-2011-3389,在 ekoparty Security Conference 上的「表演」:「BEAST: Surprising crypto attack against HTTPS」,連結1連結2)

OpenSSLGnuTLS 所實作的 DTLS 在 2011 年也被炸到,其中 OpenSSL 是 100% plaintext recovery,GnuTLS 是 4%。(CVE-2012-0390,論文是「Plaintext-Recovery Attacks Against Datagram TLS」)

而 Encrypt-then-MAC (傳輸「密文」與「密文的 MAC」) 是三者裡面最不容易出包的作法,而且被證明 Provable security:Encrypt 與 MAC 所用的 crypto system 的安全強度不會因為 Encrypt-then-MAC 而減少。而這也是 IPSec 的作法。

附帶一提,其中 Provable security 這個詞,並非表示「可被證明是安全的」,在「In defense of Provable Security」這篇文章裡有比較完整的說明。通常是指安全強度不會因為這個系統而降低:以 Encrypt-then-MAC 的例子來說,如果 Encrypt 的部份用 DES,或是 MAC 用 CRC32,那麼 Encrypt-then-MAC 並不會提供更強的安全性…

總而言之,MAC-then-Encrypt 與 Encrypt-and-MAC 的方式要小心才能避免各種攻擊 (像是不能用 CBC mode),而 Encrypt-then-MAC 可以讓設計協定的人放鬆到「只要 Encrypt 與 MAC 都夠強」系統就沒問題。在 Authenticated encryption 裡提到的 ISO/IEC 19772:2009 支援六個模式,有些有專利問題,有些演算法看起來就很複雜 (於是就容易出包),其中 Encrypt-then-MAC 看起來是個還不錯的方案…

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