Об одном режиме работы блочных шифров, используемом для защиты информации на носителях с блочно-ориентированной структурой

  • Georgii Valentinovich Firsov Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"; ООО "Код Безопасности" http://orcid.org/0000-0001-5464-4045
  • Alisa Mikhailovna Koreneva Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации; ООО "Код Безопасности" http://orcid.org/0000-0002-3186-0471
DOI: https://doi.org/10.25559/SITITO.18.202203.691-701

Аннотация

В 2021 году в Российской Федерации технический комитет по стандартизации «Криптографическая защита информации» (ТК 26) принял методические рекомендации, определяющие режим работы блочных шифров (под названием DEC), используемый для защиты носителей информации с блочно-ориентированной структурой. Несмотря на ряд достоинств, режим DEC имеет эксплуатационные особенности, из-за чего востребован синтез альтернативных режимов для полнодискового шифрования, в частности, применимых для шифрования системных дисков. Известно, что в большинстве существующего ПО для шифрования системных дисков используется режим XTS, однако он имеет особенности, изучение которых является актуальной задачей.
В настоящей работе предлагается методика оценки уровня информационной безопасности режимов работы блочных шифров с учётом специфики полнодискового шифрования и использованием техники доказуемой стойкости, рассматриваются некоторые атаки на режим XTS и предлагается его модификация – режим XEH (Xor-Encrypt-Hash), для которого получается нижняя граница оценки уровня информационной безопасности.

Сведения об авторах

Georgii Valentinovich Firsov, Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"; ООО "Код Безопасности"

магистрант Института интеллектуальных кибернетических систем; старший системный программист Отдела разработки решений для серверов и рабочих станций

Alisa Mikhailovna Koreneva, Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации; ООО "Код Безопасности"

доцент Департамента информационной безопасности; начальник отдела криптографического анализа, кандидат физико-математических наук

Литература

1. Chakraborty D., Henríquez F.R. Block Cipher Modes of Operation from a Hardware Implementation Perspective. In: Koç Ç.K. (ed.) Cryptographic Engineering. Boston, MA: Springer; 2009. p. 321-363. doi: https://doi.org/10.1007/978-0-387-71817-0_12
2. Sawka M., Niemiec M. A Sponge-Based Key Expansion Scheme for Modern Block Ciphers. Energies. 2022;15(19):6864. doi: https://doi.org/10.3390/en15196864
3. Chakraborty D., López C.M., Sarkar P. Disk encryption: do we need to preserve length? Journal of Cryptographic Engineering. 2018;8(1):49-69. doi: https://doi.org/10.1007/s13389-016-0147-0
4. Rogaway P. Efficient Instantiations of Tweakable Blockciphers and Refinements to Modes OCB and PMAC. In: Lee P.J. (ed.) Advances in Cryptology – ASIACRYPT 2004. ASIACRYPT 2004. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 3329. Berlin, Heidelberg: Springer; 2004. p. 16-31. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-30539-2_2
5. Nawaz Y., Wang L., Ammour K. Processing Analysis of Confidential Modes of Operation. In: Wang G., Chen J., Yang L. (eds.) Security, Privacy, and Anonymity in Computation, Communication, and Storage. SpaCCS 2018. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 11342. Cham: Springer; 2018. p. 98-110. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-05345-1_8
6. Khati L., Mouha N., Vergnaud D. Full Disk Encryption: Bridging Theory and Practice. In: Handschuh H. (ed.) Topics in Cryptology – CT-RSA 2017. CT-RSA 2017. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 10159. Cham: Springer; 2017. p. 241-257. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-52153-4_14
7. Gjøsteen K. Security Notions for Disk Encryption. In: di Vimercati S.d.C., Syverson P., Gollmann D. (eds.) Computer Security – ESORICS 2005. ESORICS 2005. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 3679. Berlin, Heidelberg: Springer; 2005. p. 455-474. doi: https://doi.org/10.1007/11555827_26
8. Alekseev E.K., Akhmetzyanova L.R., Babueva A.A., Smyshlyaev S.V. Data Storage Security and Full Disk Encryption. Applied Discrete Mathematics. 2020;(49):78-97. (In Russ., abstract in Eng.) doi: https://doi.org/10.17223/20710410/49/6
9. Bhargavan K., Leurent G. On the Practical (In-)Security of 64-bit Block Ciphers: Collision Attacks on HTTP over TLS and OpenVPN. In: Proceedings of the 2016 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security (CCS'16). New York, NY, USA: Association for Computing Machinery; 2016. p. 456-467. doi: https://doi.org/10.1145/2976749.2978423
10. Aizatulin M., Gordon A.D., Jürjens J. Extracting and verifying cryptographic models from C protocol code by symbolic execution. In: Proceedings of the 18th ACM conference on Computer and communications security (CCS'11). New York, NY, USA: Association for Computing Machinery; 2011. p. 331-340. doi: https://doi.org/10.1145/2046707.2046745
11. Rudnytskyi V., Korchenko O., Lada N., Ziubina R., Wieclaw L., Hamera L. Cryptographic encoding in modern symmetric and asymmetric encryption. Procedia Computer Science. 2022;207:54-63. doi: https://doi.org/10.1016/j.procs.2022.09.037
12. Wang Y., Kumar A., Ha Y. FPGA-based high throughput XTS-AES encryption/decryption for storage area network. In: 2014 International Conference on Field-Programmable Technology (FPT). Shanghai, China: IEEE Computer Society; 2014. p. 268-271. doi: https://doi.org/10.1109/FPT.2014.7082791
13. Rackoff C., Simon D.R. Non-Interactive Zero-Knowledge Proof of Knowledge and Chosen Ciphertext Attack. In: Feigenbaum J. (ed.) Advances in Cryptology ‒ CRYPTO ’91. CRYPTO 1991. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 576. Berlin, Heidelberg: Springer; 1992. p. 433-444. doi: https://doi.org/10.1007/3-540-46766-1_35
14. Dent A.W. Fundamental Problems in Provable Security and Cryptography. Philosophical Transactions: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2006;364(1849):3215-3230. doi: https://doi.org/10.1098/rsta.2006.1895
15. Isobe T., Minematsu K. Plaintext Recovery Attacks Against XTS Beyond Collisions. In: Paterson K., Stebila D. (eds.) Selected Areas in Cryptography – SAC 2019. SAC 2019. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 11959. Cham; Springer; 2020. p. 103-123. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-38471-5_5
16. Liskov M., Rivest R.L., Wagner D. Tweakable Block Ciphers. In: Yung M. (ed.) Advances in Cryptology ‒ CRYPTO 2002. CRYPTO 2002. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 2442. Berlin, Heidelberg: Springer; 2022. p. 31-46. doi: https://doi.org/10.1007/3-540-45708-9_3
17. Halevi S. Invertible Universal Hashing and the TET Encryption Mode. In: Menezes A. (ed.) Advances in Cryptology – CRYPTO 2007. CRYPTO 2007. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 4622. Berlin, Heidelberg: Springer; 2007. p. 412-429. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-74143-5_23
18. Gagné M., Lafourcade P., Lakhnech Y., Safavi-Naini R. Automated Security Proof for Symmetric Encryption Modes. In: Datta A. (ed.) Advances in Computer Science ‒ ASIAN 2009. Information Security and Privacy. ASIAN 2009. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 5913. Berlin, Heidelberg: Springer; 2009. p. 39-53. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-10622-4_4
19. Naor M., Reingold O. On the Construction of Pseudorandom Permutations: Luby-Rackoff Revisited. Journal of Cryptology. 1999;12(1):29-66. doi: https://doi.org/10.1007/PL00003817
20. Dementiev R., Sanders P., Schultes D., Sibeyn J. Engineering an External Memory Minimum Spanning Tree Algorithm. In: Levy J.J., Mayr E.W., Mitchell. J.C. (eds.) Exploring New Frontiers of Theoretical Informatics. IFIP International Federation for Information Processing. Vol. 155. Boston, MA: Springer; 2004. p. 195-208. doi: https://doi.org/10.1007/1-4020-8141-3_17
21. Sarkar P. Efficient Tweakable Enciphering Schemes From (Block-Wise) Universal Hash Functions. IEEE Transactions on Information Theory. 2009;55(10):4749-4760. doi: https://doi.org/10.1109/TIT.2009.2027487
22. Halevi S., Rogaway P. A Tweakable Enciphering Mode. In: Boneh D. (ed.) Advances in Cryptology – CRYPTO 2003. CRYPTO 2003. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 2729. Berlin, Heidelberg: Springer; 2003. p. 482-499. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-45146-4_28
23. Bellare M ., Rogaway P. On the Construction of Variable-Input-Length Ciphers. In: Knudsen L. (ed.) Fast Software Encryption. FSE 1999. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 1636. Berlin, Heidelberg: Springer; 1999. p. 231-244. doi: https://doi.org/10.1007/3-540-48519-8_17
24. Dolev D., Dwork C., Naor M. Non-malleable cryptography. SIAM Journal on Computing. 2000;30(2):391-437. doi: https://doi.org/10.1137/S0097539795291562
25. Sagheer A.M. Counter Mode Development for Block Cipher Operations. AL-Rafidain Journal of Computer Sciences and Mathematics. 2009;6(1):133-144. doi: https://doi.org/10.33899/csmj.2009.163772
Опубликована
2022-10-24
Как цитировать
FIRSOV, Georgii Valentinovich; KORENEVA, Alisa Mikhailovna. Об одном режиме работы блочных шифров, используемом для защиты информации на носителях с блочно-ориентированной структурой. Современные информационные технологии и ИТ-образование, [S.l.], v. 18, n. 3, p. 691-701, oct. 2022. ISSN 2411-1473. Доступно на: <http://sitito.cs.msu.ru/index.php/SITITO/article/view/921>. Дата доступа: 03 may 2024 doi: https://doi.org/10.25559/SITITO.18.202203.691-701.
Форматы библиографических ссылок
Выпуск
Том 18 № 3 (2022): Современные информационные технологии и ИТ-образование
Раздел
Теоретические и прикладные аспекты кибербезопасности
Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Редакционная политика журнала основывается на традиционных этических принципах российской научной периодики и строится с учетом этических норм работы редакторов и издателей, закрепленных в Кодексе поведения и руководящих принципах наилучшей практики для редактора журнала (Code of Conduct and Best Practice Guidelines for Journal Editors) и Кодексе поведения для издателя журнала (Code of Conduct for Journal Publishers), разработанных Комитетом по публикационной этике - Committee on Publication Ethics (COPE). В процессе издательской деятельности редколлегия журнала руководствуется международными правилами охраны авторского права, нормами действующего законодательства РФ, международными издательскими стандартами и обязательной ссылке на первоисточник.
Журнал позволяет авторам сохранять авторское право без ограничений. Журнал позволяет авторам сохранить права на публикацию без ограничений.
Издательская политика в области авторского права и архивирования определяются «зеленым цветом» в базе данных SHERPA/RoMEO.
Все статьи распространяются на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная, которая позволяет другим использовать, распространять, дополнять эту работу с обязательной ссылкой на оригинальную работу и публикацию в этом журналe.