第二十七个知识点：什么是对称密码加密的AEAD安全定义？

Posted 2021-03-13 zhuowangy2k

第二十七个知识点：什么是对称密码加密的AEAD安全定义？

AEAD

在之前的博客里，Luke描述了一种被广泛使用的操作模式（ECB，CBC和CTR）对块密码。我们也可能会想我们加密方案的完整性，完整性意味着接收到的消息就是发送的消息，在信道中没有意外修改或者恶意修改，真实性意味着接收者确实是收到了发送者的消息。为了使用这些特性，我们通常使用消息认证码（MAC），那些基于hash的消息认证码叫做HMAC。把这两个密码原语放在一起不是平凡的：为了获得IND-CCA安全方案，我们需要遵循加密然后MAC的范式，使用安全的加密方案和一个强不可伪造的MAC，这意味着在密文上进行MAC。（这里和这里给出了更多的信息关于“加密和MAC”，“MAC后加密”，关注为了我们要避免它们。“AD”指的是可变长度的相关数据（Associated Data），如包头，我们通常期望真实性和完整性，但不希望这个可选组件具有保密性。更多的阅读和例子，看Adam Langley‘s 博客关于这个话题的。

实际上传统的EtM，MtE，MaE都是有一些问题的，设计时要用真正的AEAD算法。

• AES-128-GCM
• AES-192-GCM
• AES-256-GCM
• ChaCha20-IETF-Poly1305
• XChaCha20-IETF-Poly1305

在具备 AES 加速的 CPU（桌面，服务器）上，建议使用 AES-XXX-GCM 系列，移动设备建议使用 ChaCha20-IETF-Poly1305 系列。

IND-CCA

下周的博客将会深入研究IND-CCA2安全在一个公钥加密的上下文。在真随机数下的IND-CCA2（和IND-CCA1）安全定义是给攻击者一个加密oracle的权利，加密oracle的密钥是固定的。输入消息m，返回一个加密过的(E_k(m))或者返回一个(E_k($^{|x|}))，同时也给一个解密oracle给出密文(c)，然后返回(D_k(c))。然后攻击者进行区分。在2004年，Shrimpton展示了一种新的被称为IND-CCA3的概念，解密oracle对一个无法解密的oracle会返回一个不合法的符号，与之前考虑过的AE概念相同，其中隐私和真实性/完整性的概念分别进行研究。这一观察结果被纳入罗格威和希姆普顿的论文中，研究密钥包装问题和确定性认证加密。有关关联数据影响的更多信息，请参见此处和此处。

CCM和GCM

实际上，大量组织使用CCM模式和GCM模式。CCM模式是一种计数模式和CBC-MAC使用MAC-then-Encrypt方法构造的。GCM是块密码的计数模式和基于多项式的哈希函数GHASH使用Encrypt-then-MAC构造的。CCM相对没有效率，每次需要两个块密码的调用，同时CCM也不是在线的（每次在处理消息之前需要知道消息的长度）。GCM在这篇文章里也有一些缺点：http://eprint.iacr.org/2011/202

CAESAR competition

凯撒密码竞赛目前正在进行中，目的是在经过彻底的学术公众审查的基础上，选择一组经过认证的密码进行推荐。主要目标之一是让更多的研究人员思考这样一个重要的主题，而第一轮提交的大量论文(性质各异)表明，这一目标已经实现。第二轮的候选名单预计将于下周公布，提交的名单可以在AE Zoo(https://aezoo.compute.dtu.dk/doku.php)找到，由DTU的一些研究人员管理。

竞赛已经结束。(2020年)