Intel 的 RDRAND 爆炸...

在正妹 wens 的 Facebook 上看到的,IntelRDRAND 因為有安全漏洞 (CrossTalk/SRBDS),新推出的修正使得 RDRAND 只有原來的 3% 效能:

從危機百科上看,大概是因為這個指令集有 compliance 的要求,所以這個安全性漏洞必須在安全性上修到乾淨,所以使用了暴力鎖硬解,造成效能掉這麼多:

The random number generator is compliant with security and cryptographic standards such as NIST SP 800-90A, FIPS 140-2, and ANSI X9.82.

不過畢竟這個指令不是常常被使用,一般使用者的影響應該是還好:

As explained in the earlier article, mitigating CrossTalk involves locking the entire memory bus before updating the staging buffer and unlocking it after the contents have been cleared. This locking and serialization now involved for those instructions is very brutal on the performance, but thankfully most real-world workloads shouldn't be making too much use of these instructions.

另外這個漏洞早在 2018 九月的時候就通報 Intel 提了,但最後花了超過一年半時間才更新,這算是當初在提 Bug Bounty 制度時可能的缺點,在這次算是比較明顯:

We disclosed an initial PoC (Proof-Of-Concept) showing the leakage of staging buffer content in September 2018, followed by a PoC implementing cross-core RDRAND/RDSEED leakage in July 2019. Following our reports, Intel acknowledged the vulnerabilities, rewarded CrossTalk with the Intel Bug Bounty (Side Channel) Program, and attributed the disclosure to our team with no other independent finders. Intel also requested an embargo until May 2020 (later extended), due to the difficulty of implementing a fix for the cross-core vulnerabilities identified in this paper.

回到原來的 bug,主要還是 Intel 架構上的問題造成大家打得很愉快,現在 Intel 這邊的架構對於資安研究員仍然是個大家熱愛的地方... (因為用的使用者太多)

原來 Fully Homomorphic Encryption 已經被解啦...

Hacker News Daily 上看到「IBM Releases Fully Homomorphic Encryption Toolkit for MacOS and iOS; Linux and Android Coming Soon」這個消息,主要是 IBM Research 要放出一些跟 Fully Homomorphic Encryption (FHE) 的 library。

Homomorphic encryption 講的是直接對密文操作:(這邊的 \cdot 是操作,可能是加法,也可能是乘法,或是其他類型)

C_1 = enc(P_1)
C_2 = enc(P_2)

enc(P_1 \cdot P_2) = enc(P_1) \cdot enc(P_2) = C_1 \cdot C_2

也就是說,不需要把 Ciphertext 解成 Plaintext 處理完後再加密回去 (這有安全性與隱私的問題),而是直接對兩個 Ciphertext 計算就可以了。

之前還在學校學密碼學的時候 (大概 2005 與 2006),有翻到 Homomorphic encryption 中的 Fully Homomorphic Encryption (FHE) 是尚未被解決的問題,當時的解法都是特殊解。

剛剛因為看到上面那篇文章,查了一下發現原來在 2009 的時候 Craig Gentry 提出了一套方法,用 Lattice-based cryptogtaphy 建構出加法與乘法的操作,也就達成了 FHE 的低標。

查資料的時候發現 1) 他論文只用了十頁 2) 這是他的博班論文,解掉這個 open problem,不過看到他的博班指導教授是 Dan Boneh 好像不意外... XD

(雖然只用了十頁主要還是因為 STOC 篇幅的關係,但扣掉 circuit privacy 的部份,前面在說明建構與證明的過程只用了九頁也是很驚人)

然後接下來的幾年他又跟其他幾位學者改進了不少效能上的問題,在英文版維基百科上可以翻到有好幾個不同世代的 FHE。

所以要開始開發 CECPQ2 了...

CECPQ1Google 在研究對抗量子電腦的演算法,作為測試用的演算法,曾經在 Google Chrome 的 54 beta 版 (2016 年) 存活過一段時間,最近又開始在開發新一代的演算法 CECPQ2 了,這次會是基於 TLS 1.3 上測試:「CECPQ2」。

CECPQ2 will be moving slowly: It depends on TLS 1.3 and, as mentioned, 1.3 is taking a while. The larger messages may take some time to deploy if we hit middlebox- or server-compatibility issues. Also the messages are currently too large to include in QUIC. But working though these problems now is a lot of the reason for doing CECPQ2—to ensure that post-quantum TLS remains feasible.

目前對抗量子電腦的演算法好像都跟 Lattice 有關,找時間來補一下基礎理論... @_@

Ethereum Smart Contracts 裡的 PRNG

現代密碼學的安全性有很大一塊是基於亂數產生器 (RNG) 非常難被預測。如果這個前提不成立的話,利用亂數產生器產生出來的各種資訊都會被預測出來 (尤其是 Private Key)。

但真正的 RNG 需要靠硬體支援,而且產生速度很慢,一般都會使用 PRNG (Pseudorandom number generator) 產生。也就是「看起來」很亂的亂數產生器。

PRNG 通常是指在統計學上通過許多測試,像是在多種測試都是 Discrete uniform distribution,不需要防止有惡意人,可以從產生出的 PRNG 的值而推導出後續結果的用途。

在「Predicting Random Numbers in Ethereum Smart Contracts」這篇裡面,作者列出了一堆實做 Ethereum Smart Contracts 卻誤用 PRNG 的行為。

文章裡提到的問題都是因為 PRNG 拿著可被預測的資訊當作 entropy source (e.g. seed),而且提出來的範例都是拿 block 本身或衍生的資訊 (像是 block 的 hash) 來用:

  • PRNGs using block variables as a source of entropy
  • PRNGs based on a blockhash of some past block
  • PRNGs based on a blockhash of a past block combined with a seed deemed private
  • PRNGs prone to front-running

然後列了大量的程式碼當例子,建議有需要接觸的人看過一次,或是有時間的人都值得看這些負面範例... XDDD

不過作者在文章裡面也給了一堆有問題的方法,像是從外部網站取得亂數之類的 XDDD

正確的方法是使用 CSPRNG (Cryptographically secure pseudorandom number generator),這是專門設計給密碼學用的 PRNG。

CSPRNG 有幾種方法可以取得:

  • 在大多數的程式語言內都有對應的 library 可以用,另外在比較近代的瀏覽器內 (如果問 IE 的話,是 11+),可以透過 RandomSource.getRandomValues() 得到。
  • 如果打算自己搞底層而需要直接取得 CSPRNG 的產出,在 Unix-like 的環境下可以透過 /dev/urandom 取得,在 Microsoft Windows 下則可以透過 CryptGenRandom 取得。

別學作者那邊奇怪方法啊 XDDD

IBM 的 50 qubit quantum computer

IBM 在展示他們做到了什麼:「IBM makes 20 qubit quantum computing machine available as a cloud service」。

不過重點應該在目前已經拉出 50 qubit prototype 了:

The company also announced that IBM researchers had successfully built a 50 qubit prototype, which is the next milestone for quantum computing, but it’s unclear when we will see this commercially available.

18 個月從 5 qubit 到 20 qubit:

IBM has been offering quantum computing as a cloud service since last year when it came out with a 5 qubit version of the advanced computers. Today, the company announced that it’s releasing 20-qubit quantum computers, quite a leap in just 18 months. A qubit is a single unit of quantum information.

如果是以這樣的速度成長 (每 18 個月變成原來四倍),五年後就有機會殺 RSA 2048 bits 了?(大約需要 4000 個 qubit)

這比想像中快好多,難怪現在密碼學都在討論抵抗 quantum computer 的演算法...

下一代的 Tor Hidden Service

Tor 公佈了下一代的 Hidden Service (Onion Service):「Tor's Fall Harvest: the Next Generation of Onion Services」。

三年前 Facebook 自己暴力算出 facebookcorewwwi.onion 這個很特別的名字 (參考「Facebook 證明 Tor 的 Hidden Service 不安全」),這陣子連紐約時報也能暴力算出 nytimes3xbfgragh.onion 這個好名字 (參考「紐約時報網站上 Tor 的 Hidden Service (i.e. Tor Onion Service)」,這讓只有 16 chars 的 hostname 的 hashed-space 不夠大的問題愈來愈明顯 (只有 80 bits 的空間)。

如果你也想要找出一個有趣的 hostname 的話,可以用 lachesis/scallion 這樣的工具,這程式用 CPU 產生出 RSA key 後,再用 GPU 算 SHA-1

The inital RSA key generation is done the CPU. An ivybridge i7 can generate 51 keys per second using a single core. Each key can provide 1 gigahash worth of exponents to mine and a decent CPU can keep up with several GPUs as it is currently implemented.

也因為如此,Facebook 與紐約時報在上線時並不是直接在 Hidden Service 上裸奔,而是上了 HTTPS 作為 workaround,以避免資料外洩。

但這畢竟是 workaround,Tor 的人還是希望協定本身就可以提供一個夠安全的架構,而花了四年多發展出下一代的 Hidden Service,也就是這次提到的成果了。

最大的改變就是 hostname 變長很多了,從本來的 16 chars 變成 56 chars:

And finally from the casuals user's PoV, the only thing that changes is that new onions are bigger, tastier and they now look like this: 7fa6xlti5joarlmkuhjaifa47ukgcwz6tfndgax45ocyn4rixm632jid.onion.

hostname 變長主要是因為把整個 256 bits public key 放進去,可以從 spec 看到:

6. Encoding onion addresses [ONIONADDRESS]

   The onion address of a hidden service includes its identity public key, a
   version field and a basic checksum. All this information is then base32
   encoded as shown below:

     onion_address = base32(PUBKEY | CHECKSUM | VERSION) + ".onion"
     CHECKSUM = H(".onion checksum" | PUBKEY | VERSION)[:2]

     where:
       - PUBKEY is the 32 bytes ed25519 master pubkey of the hidden service.
       - VERSION is an one byte version field (default value '\x03')
       - ".onion checksum" is a constant string
       - CHECKSUM is truncated to two bytes before inserting it in onion_address

  Here are a few example addresses:

       pg6mmjiyjmcrsslvykfwnntlaru7p5svn6y2ymmju6nubxndf4pscryd.onion
       sp3k262uwy4r2k3ycr5awluarykdpag6a7y33jxop4cs2lu5uz5sseqd.onion
       xa4r2iadxm55fbnqgwwi5mymqdcofiu3w6rpbtqn7b2dyn7mgwj64jyd.onion

   For more information about this encoding, please see our discussion thread
   at [ONIONADDRESS-REFS].

這是因為在 ECC 的安全性被廣泛認可後,ECC 的優點就被拿出來用在這次設計上了:

  • 256 bits 的 ECC key 強度大約是 3072 bits RSA key (以現在最好的攻擊演算法來估算)。
  • 直接放 public key 不需要經過 hash function 計算,可以避免掉 hash function 被找到 collision 時的風險。

於是因為 hostname 放的下,就硬塞進去了 XDDD

不過如果要玩的人需要裝 alpha 版本,目前的 stable 版本還沒有這個功能:

Tor as of version 0.3.2.1-alpha supports the next-gen onion services protocol for clients and services! As part of this release, ​the core of proposal 224 has been implemented and is available for experimentation and testing by our users.

The DUHK Attack:因為亂數產生器的問題而造成的安全漏洞

Bruce Schneier 那邊看到的:「Attack on Old ANSI Random Number Generator」,攻擊的網站在「The DUHK Attack」,論文在「Practical state recovery attacks against legacy RNG implementations (PDF)」。

攻擊的對象是 ANSI X9.31 Random Number Generator:

DUHK (Don't Use Hard-coded Keys) is a vulnerability that affects devices using the ANSI X9.31 Random Number Generator (RNG) in conjunction with a hard-coded seed key.

然後攻擊的對象是 FortinetFortiOS

Traffic from any VPN using FortiOS 4.3.0 to FortiOS 4.3.18 can be decrypted by a passive network adversary who can observe the encrypted handshake traffic.

如果照說明的只到 4.3.18,那麼去年 11 月更新的 4.3.19 (參考「FortiOS 4.3.19 Release Notes」) 應該是修正了?不過裡面沒翻到類似的資料,是剛好把 RNG 換掉了嗎?

歡樂的 md5crypt 密碼...

作者寫了一篇關於以前在 WHOIS 記錄上看到一串 $1$ 開頭的 md5crypt 密碼 XDDD:「I mean, why not tell everyone our password hashes?」。

Now the fields are filtered but this is a reasonably recent change. Prior to July 2015 the hashed passwords were shown to anyone who whois’d the maintainer object and used md5 passwords. Which was nearly all of them in my experience.

Mntner:         DTAG-NIC
Descr:          Deutsche Telekom Internet Services NIC
Admin-c:        KK281-RIPE
Tech-c:         HI56-RIPE
Auth:           MD5-PW $1$KQ3NSRfS$/bcvLAz2BKyf5HF4VkPMh/
Mnt-by:         DTAG-NIC
Referral-by:    RIPE-DBM-MNT

不知道有沒有人去跑看看... XD

話說 md5crypt 已經被認為不安全 (當初的發明人 phk 也有出來建議大家換掉了:「Md5crypt Password scrambler is no longer considered safe by author」),從目前 Hashcat 的攻擊速度就可以看出來... 找個最近的例子來說,可以參考「8x Nvidia GTX 1080 Hashcat Benchmarks」這篇。

Hashtype: md5crypt, MD5(Unix), FreeBSD MD5, Cisco-IOS MD5

Speed.Dev.#1.:  9918.1 kH/s (97.10ms)
Speed.Dev.#2.:  9830.1 kH/s (97.70ms)
Speed.Dev.#3.: 10017.4 kH/s (97.36ms)
Speed.Dev.#4.:  9986.5 kH/s (96.92ms)
Speed.Dev.#5.:  9976.8 kH/s (97.74ms)
Speed.Dev.#6.:  9889.2 kH/s (97.29ms)
Speed.Dev.#7.: 10010.5 kH/s (97.40ms)
Speed.Dev.#8.: 10083.0 kH/s (96.94ms)
Speed.Dev.#*.: 79711.6 kH/s

而隔壁的 bcrypt 對 Hashcat 的防禦性完全在不同等級:

Hashtype: bcrypt, Blowfish(OpenBSD)

Speed.Dev.#1.:    13094 H/s (47.51ms)
Speed.Dev.#2.:    13076 H/s (47.63ms)
Speed.Dev.#3.:    13292 H/s (46.88ms)
Speed.Dev.#4.:    13250 H/s (47.17ms)
Speed.Dev.#5.:    13296 H/s (46.86ms)
Speed.Dev.#6.:    13160 H/s (47.30ms)
Speed.Dev.#7.:    13260 H/s (46.98ms)
Speed.Dev.#8.:    13280 H/s (46.80ms)
Speed.Dev.#*.:   105.7 kH/s

直接相除是 754 倍左右。

以 85 個字元的組合計算 ([0-9A-Za-z] 62 個,特殊字元 22 個,加上空白 1 個),抗性多了 1.5 個字 (log85(754) 大約是 1.49)?如果以 62 個字元來看也有 1.6 個字,強了不少...

BoringSSL 的 FIPS 140-2 驗證

看到由 Google 主導的 BoringSSL 有計劃將其中一塊申請 FIPS 140-2 的驗證計畫 (BoringCrypto 的部份):「FIPS 140-2」。

其中 FIPS 140-2 最有名的後門應該是 Dual_EC_DRBG (定義於 NIST SP 800-90A,被 FIPS 140-2 引用),所以特地講清楚他們選擇哪個演算法:

FIPS 140-2 requires that one of its PRNGs be used (which they call DRBGs). In BoringCrypto, we use CTR-DRBG with AES-256 exclusively and RAND_bytes (the primary interface for the rest of the system to get random data) takes its output from there.

而且還花了不少篇幅解釋 PRNG 的細節。

GitHub 決定在 2018/02/01 停用不安全的 HTTPS/SSH 演算法

在「Discontinue support for weak cryptographic standards」這邊訂了日期,2018/02/01 將會關閉:

看起來最苦的應該是 Android 4.3 以及更早的版本,以現在的官方數字來看還有 13%+ (Dashboards),這些版本內建的瀏覽器不支援 TLSv1.2,不過另外裝 browser 就還能過...