Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11495-3:2016 về Công nghệ thông tin - Phần 3

S[i]  octet thứ i của chuỗi S (các chỉ số bắt đầu từ 0)

CHÚ THÍCH  Đặc tả của UMAC trong Điều 6.2 sử dụng chỉ số bất đầu từ 1 thay cho 0.

S[i...j]  Chuỗi con của S bao gồm các octet từ i đến j.

taglen  Độ dài của thẻ, tính theo octet

uint2bitstr(x, n)  Chuỗi n-octet S sao cho bitstr2uint(S) = x.

uint2octetstr(x, n)  Chuỗi n-octet S sao cho x = octetstr2uint(S).

X|_s  Cắt ngắn về bên trái của khối bit X: nếu X có độ dài lớn hơn hoặc bằng s, thì X|_s là khối s-bit bao gồm s bit bên trái nhất của X.

X|^s  Cắt ngắn về bên phải của khối bit X: nếu X có độ dài lớn hơn hoặc bằng s, thì X|^s là khối s-bit bao gồm s bit bên phải nhất của X.

X >> 1  Dịch phải của khối bit X đi 1 vị trí: bit bên trái nhất của Y = X >> 1 luôn được đặt bằng 0.

...

...

...

zeropad(S, n)  Đối với số nguyên dương n, chuỗi S được đệm bằng các bit 0 thành bội dương gần nhất của n octet. Một cách hình thức, zeropad(S, n) = S II T, trong đó T là chuỗi ngắn nhất của các bit 0 (có thể rỗng) để mà S II T là không rỗng và n chia hết octetlength(S II T).

  Phép toán XOR theo từng bit trên các chuỗi bit. Nếu A, B là các chuỗi có cùng độ dài thì A  B là chuỗi bằng với XOR logic theo từng bit của A và B.

^  Phép toán AND logic theo từng bit trên các chuỗi bit. Nếu A, B là các chuỗi có cùng độ dài thì A ˄ B là chuỗi bằng với AND logic theo từng bit của A và B.

+₃₂  Phép cộng của 2 chuỗi 32-bit, mang lại một chuỗi 32-bit. Một cách hình thức hơn, S +₃₂ T = unit2bitstr(bitstr2unit(S) + bitstr2unit(T) mod 2³²,4).

+₆₄  Phép cộng của 2 chuỗi 64-bit, mang lại một chuỗi 64-bit. Một cách hình thức hơn, S +₆₄ T = unit2bitstr(bitstr2unit(S) + bitstr2unit(T) mod 2⁶⁴, 8).

*  Phép toán nhân trên các số nguyên.

*₆₄  Phép nhân của 2 chuỗi 64-bit, mang lại một chuỗi 64-bit. Một cách hình thức hơn, S *₆₄ T = unit2bitstr(bitstr2unit(S) * bitstr2unit(T) mod 2⁶⁴, 8).

CHÚ THÍCH  Các phép toán +₃₂, +₆₄ và *₆₄ thích hợp với các phép tính cộng và nhân mà được thực hiện một cách hiệu quả bởi các máy tính hiện đại.

II  Phép ghép của hai chuỗi bit. Nếu A và B là các chuỗi bit có độ dài a và b tương ứng, thì A II B là chuỗi bit có độ dài a + b, a bit bên trái nhất (đầu tiên) của nó là các bit của A, và b bit bên phải nhất (cuối cùng) của nó là các bit của B.

...

...

...

1ⁿ  Chuỗi bao gồm n bit 1.

{ }  Chuỗi bit với độ dài 0.

•  Phép nhân trong trường GF(2¹²⁸). Đa thức xác định mà định nghĩa phép biểu diễn của GF(2¹²⁸) là 1 + α + α² + α⁷ + α¹²⁸

CHÚ THÍCH  Giả sử U và V là các khối 128-bit. Khi đó khối 128-bit W = U • V có thể được tính như sau:

a) Đặt W = 0¹²⁸ và Z = U.

b) For i = 1,2, …., 128, thực hiện 2 bước sau:

1) Nếu bit(V, i) = 1 thì lấy W = W  Z;

2) Nếu bit(Z, 128) = 0 thì lấy Z = Z >> 1; ngược lại lấy Z = (Z >> 1)  (11100001 II 0¹²⁰).

Các biến là các chữ cái viết hoa thì ký hiệu các chuỗi; các biến là các chữ cái viết thường thì ký hiệu các số nguyên.

...

...

...

Các mã xác thực thông điệp dựa trên hàm băm phổ biến sử dụng một thuật toán mã hóa (mã khối hoặc mã dòng). Các mã xác thực thông điệp kiểu này có tính chất đặc biệt là độ an toàn của chúng có thể là chứng minh được dưới giả thiết rằng thuật toán mã hóa là an toàn.

Các thuật toán MAC dựa trên hàm băm phổ biến yêu cầu một khóa chủ K, thông điệp M và giá trị nonce N như đầu vào. MAC được tính bằng cách sử dụng dãy các bước sau:

1) Tiền xử lý khóa. Khóa chủ K được sử dụng để sinh ra khóa băm K_H và khóa mã hóa K_E.

2) Tiền xử lý thông điệp. Thông điệp đầu vào M được mã thành khuôn dạng đầu vào cần thiết cho hàm băm.

3) Băm thông điệp. Thông điệp đã được mã được băm dưới điều khiển của khóa băm K_H dùng một hàm băm phổ biến. Kết quả là một giá trị băm H có độ dài ngắn, cố định.

4) Hoàn tất. Giá trị băm H được mã hóa dưới điều khiển của khóa mã hóa K_E. Kết quả là mã xác thực thông điệp MAC.

Đối với tất cả các cơ chế đã được trình bày trong tiêu chuẩn này, độ dài của thông điệp đầu vào được mong đợi là một số nguyên dạng octet.

CHÚ THÍCH  Đối với tất cả các thuật toán MAC dựa trên băm phổ biến, cực kỳ quan trọng rằng một nonce khác sẽ được sử dụng cho mỗi thông điệp mới mà được xác thực dưới cùng một khóa. Nếu yêu cầu an toàn này không được thoả mãn, thì độ an toàn của thuật toán bị suy giảm nghiêm trọng.

6  Các cơ chế

...

...

...

Điều này quy định bốn cơ chế sử dụng một hàm băm phổ biến.

6.2  UMAC

6.2.1  Mô tả của UMAC

UMAC là một họ có 4 thuật toán MAC được tối ưu hóa cho 4 độ dài bit đầu ra khác nhau, được ký hiệu bởi UMAC-32, UMAC-64, UMAC-96 và UMAC-128. UMAC có thể được sử dụng cùng với mã khối bất kỳ từ ISO/IEC 18033-3. Nếu mã khối được sử dụng có độ dài khóa |K| bit và độ dài khối |B| bit, thì UMAC sử dụng một khóa |K|-bit K, và độ dài của nonce N là ở giữa 8 và |B| bit. Phụ thuộc vào thành viên nào của họ UMAC được sử dụng, độ dài của MAC được tạo ra là 32, 64, 96 hoặc 128 bit. Nó được biểu diễn bởi tham số taglen, và có thể là 4, 8, 12 hay 16 octet, tương ứng. Độ dài của thông điệp đầu vào phải nhỏ hơn 267 octet. Thông điệp đầu vào cho hàm UMAC phải chứa một số trọn vẹn các octet, tức là, độ dài tính theo bit của nó sẽ là một bội của 8. Nếu độ dài tính theo bit không là bội của 8, cơ chế này không được sử dụng.

CHÚ THÍCH 1  Phiên bản của UMAC được chỉ ra ở đây cần không được lẫn với các phiên bản sớm hơn của thuật toán UMAC, ví dụ [2].

CHÚ THÍCH 2  Nếu đầu vào của hàm MAC chứa một số trọn vẹn các byte, thì hàm được chỉ ra ở đây là giống với hàm đã được mô tả trong RFC 4418 [6],

6.2.2  Các yêu cầu

Trước khi sử dụng UMAC, các tham số sau cần phải được thống nhất:

- Một mã khối đã được chuẩn hóa trong ISO/IEC 18033-3. Việc lựa chọn của mã khối xác định độ dài khóa |K| và độ dài khối |S|;

...

...

...

- Độ dài của nonce, nó cần phải nằm giữa 8 và |B| bit.

6.2.3  Chú giải và các hàm bổ trợ

6.2.3.1  Các phép toán trên các chuỗi

Ngược lại với phần còn lại của tiêu chuẩn này, đặc tả của UMAC sử dụng bắt đầu của chỉ số từ 1 khi đánh số các phần tử trong một dãy. Do vậy, đối với UMAC, S[i] ký hiệu octet thứ i của chuỗi S, trong đó i ≥ 1

6.2.3.2  Hàm bổ trợ KDF

Hàm dẫn xuất khóa này sinh ra các bit giả ngẫu nhiên. Nó trả về numoctets các octet đầu ra.

ĐẦU VÀO: Khóa chủ K, chuỗi (keylen)-octet

index, số nguyên không âm nhỏ hơn 2⁶⁴

numoctets, số nguyên không âm nhỏ hơn 2⁶⁴

...

...

...

a) n = ceil(numoctets I blocklen)

b) Đặt Y là chuỗi rỗng

c) For i = 1 to n do

1) T = uint2bitstr(index, blocklen - 8) II uint2bitstr(i, 8)

2) T = Enc(K, T)

3)  Y = Y || T

d) Y = Y[1...numoctets]

e) Output Y

CHÚ THÍCH  Hàm dẫn xuất khóa KDF sử dụng một mã khối ở chế độ con đếm như được định nghĩa trong ISO/IEC 10116 [8].

...

...

...

Hàm dẫn xuất đệm này nhận một khóa và một nonce, trả về một dãy đệm giả ngẫu nhiên để sử dụng trong việc sinh thẻ. Một chuỗi đệm có độ dài 4, 8, 12 hoặc 16 octet có thể được sinh ra.

ĐẦU VÀO: Khóa chủ K, chuỗi (keylen)-octet

Nonce N, chuỗi có độ dài từ 1 tới blocklen octet.

Độ dài thẻ taglen, số nguyên bằng 4, 8, 12 hoặc 16.

ĐẦU RA: Y, chuỗi (taglen)-octet

a) PDFnonce = N

b) if (taglen = 4 hoặc taglen = 8)

1) index = bitstr2uint(N) mod (blocklen I taglen)

2) PDFnonce = N  unit2bitstr(index, octetlength(N))

...

...

...

d) PDFnonce = PDFnonce II 0^padlen*8

e) K’ = KDF(K, 0, keylen)

f) T = Enc(K’, PDFnonce)

g) if (taglen = 4 hoặc taglen = 8)

1) Y = T[(index*taglen) + 1 ...(index*taglen) + taglen]

h) else

1) Y = T[1…taglen]

i) Output Y

CHÚ THÍCH  Các dãy đệm được sinh ra dùng các nonce mà chỉ khác nhau ở bit cuối cùng của chúng (khi sinh các chuỗi đệm 8-octet) hoặc hai bít cuối cùng (khi sinh các chuỗi đệm 4-octet) là được dẫn xuất từ cùng phép mã hóa của mã khối. Điều này cho phép lưu giữ và dùng chung một lần gọi mã khối duy nhất cho các nonce liên tiếp.

...

...

...

NH (“Hàm băm phi tuyến - Non-linear Hash-function”) là một hàm băm phổ biến.

CHÚ THÍCH  Hàm băm phổ biến NH đã được giới thiệu bởi Black và các cộng sự [2].

ĐẦU VÀO: Key, một chuỗi 1024-octet

Msg, chuỗi các octet, độ dài octet của nó là bội nguyên của 32 và nhỏ hơn hay bằng 1024.

ĐẦU RA: Y, chuỗi 8-octet

Ngắt Msg và Key thành các khối 4-octet:

a) t = octetlength(Msg) / 4

b) Chia Msg thành các chuỗi 4-octet M₁, M₂,.... M_t, để có Msg = M₁ II M₂ II... II M_t.

c) Giả sử K₁, K₂, …., K_t là các chuỗi 4-octet để có K₁ II K₂ II...II K_t là một tiền tố của Key (4t octet trái nhất của Key)

...

...

...

e) i = 1

f) while(i < t) do

1) Y = Y +₆₄ ((M_i+0 +₃₂  K_i+0) *₆₄ (M_i+4 +₃₂ K_i+4))

2) Y = Y +₆₄ ((M_i+1 +₃₂ K_i+1) *₆₄ (M_i+5 +₃₂ K_i+5))

3) Y = Y +₆₄ ((M_i+2+₃₂ K_i+2) *₆₄ (M_i+6 +₃₂ K_i+6))

4) Y = Y +₆₄ ((M_i+3 +₃₂ K_i+3) *₆₄ (M_i+7 +₃₂ K_i+7))

5) i = i + 8

g) Return Y

CHÚ THÍCH  Thủ tục này được áp dụng trực tiếp vào mỗi bit của dữ liệu đầu vào, vì thế cài đặt tối ưu của nó dẫn tới lợi ích lớn. Nó có thể được thực hiện trên các khối 4-octet, phân cặp các từ cho phép nhân mà được tách thành 4 để thích nghi song song hóa vectơ.

...

...

...

Hàm ENDIAN-SWAP chuyển đổi một chuỗi của các từ 4-octet từ little-endian thành big-endian, hoặc ngược lại.

ĐẦU VÀO: S, chuỗi có độ dài chia hết cho 4 octet

ĐẦU RA: T, chuỗi S cùng với mỗi từ 4-octet có endian đảo ngược lại.

a) n = octetlength(S) / 4

b) Giả sử S₁, S₂, .... S_n là các chuỗi có độ dài 4 ocet để S₁ II S₂ II…II S_n = S

c) Đặt T là chuỗi rỗng

d) For i = 1 to n do

1) Giả sử W₁, W₂, W₃, W₄ là các octet để W₁ II W₂ II W₃ II W₄ = S_i

2) S_Reversed = W₄ || W₃ || W₂ || W₁

...

...

...

e) Output T

6.2.3.6  Hàm bổ trợ POLY

Hàm POLY là một hàm băm đa thức được sử dụng trong hàm băm tầng thứ hai L2-HASH, xem Điều 6.2.7.2.

ĐẦU VÀO: wordbits, số nguyên 64 hoặc 128

maxwordrange, số nguyên dương nhỏ hơn 2^wordbits

key, số nguyên trong dải 0...prime(wordbits) - 1

Msg, chuỗi cùng độ dài chia hết cho (wordbits /8) octet

ĐẦU RA: y, số nguyên trong dải 0...prime(wordbits) -1

a) wordoctets = wordbits / 8

...

...

...

c) offset = 2^wordbits - p

d) marker = p -1

e) n = octetlength(Msg) / wordoctets

f) Giả sử M₁, M₂,.... M_n là các chuỗi có độ dài wordoctets octet để Msg = M₁ II M₂ II... II M_n

g) y = 1

h) for i = 1 to n do

1) m = bitstr2uint(M_i)

2) if (m ≥ maxwordrange) then

i) y = (key * y+ marker) mod p

...

...

...

3) else

i) y = (key * y + m) mod p

i) Output y

6.2.4  Tiền xử lý khóa

UMAC sử dụng mã khối Enc. Mã khối cần được chọn sao cho blocklen ít nhất là 16 và lũy thừa của hai.

CHÚ THÍCH 1  Khuyến cáo sử dụng AES-128 cho UMAC. Trong trường hợp này, chúng ta có blocklen = 16 và keylen = 16.

CHÚ THÍCH 2  Nếu một số thông điệp phải được xác thực, có ý nghĩa để lưu trong bộ đệm khóa băm K_H, vì nó có thể được sử dụng lại. Chỉ có khóa mã hóa K_E phải được tính lại cho mỗi thông điệp mới.

ĐẦU VÀO: Khóa chủ K, chuỗi (keylen)-octet

Nonce N, chuỗi có độ dài từ 1 đến blocklen octet

...

...

...

ĐẦU RA: Khóa băm K_H = (L1Key, L2Key, L3Key1, L3Key2), chuỗi có độ dài thay đổi

Khóa mã hóa K_E, chuỗi (taglen)-octet

a) iters = taglen / 4

b) L1Key = KDF(K, 1, 1024 + (iters - 1) * 16)

c) L2Key = KDF(K, 2, iters * 24)

d) L3Key1 = KDF(K, 3, iters * 64)

e) L3Key2 = KDF(K, 4, iters * 4)

f) K_E = PDF(K, N, taglen)

g) Output K_H = (L1Key, L2Key, L3Key1, L3Key2), K_E

...

...

...

Các thông điệp được băm được xem như các chuỗi bit mà được đệm bởi các bit 0 vào bên trái để có độ dài octet thích hợp. Một khi thông điệp đã được đệm, tất cả các chuỗi được xem như các chuỗi octet.

CHÚ THÍCH  Dữ liệu thông điệp được đọc theo kiểu little-endian để tăng tốc việc sinh thẻ trên các máy tính little- endian.

6.2.6  Băm thông điệp

ĐẦU VÀO: Khóa băm K_H = (L1Key, L2Key, L3Key1, L3Key2), chuỗi có độ dài thay đổi

Khóa mã hóa K_E, chuỗi (taglen)-octet

Thông điệp M, chuỗi có độ dài nhỏ hơn 2⁶⁷ octet

taglen, số nguyên bằng 4, 8, 12 hay 16

ĐẦU RA: Thẻ H, chuỗi (taglen)-octet

a) Đặt H bằng chuỗi rỗng

...

...

...

1) L1Key_i = L1Key[(i -1) * 16 + 1 ...(i -1)* 16 + 1024]

2) L2Key_i = L2Key[(i - 1) * 24 + 1 ... i * 24]

3) L3Key1_i = L3Key1[(i -1) * 64 + 1 ... i * 64]

4) L3Key2_i = L3Key2[(i - 1) * 4 ... i * 4]

5) A = L1-HASH(L1Key_i, M)

6) if (bitlength(M) ≤ bitlength(L1Key_i) then

 i) B = 0⁶⁴ II A

7) Else

i) B = L2-HASH(L2Key_i, A)

...

...

...

9) H = H II C

c) Output H

6.2.7  Các hàm băm phân tầng

6.2.7.1  Hàm băm tầng thứ nhất L1-HASH

Hàm băm tầng thứ nhất ngắt thông điệp thành các khối 1024-octet (đệm khối cuối cùng nếu cần thiết) và sau đó điều chỉnh thứ tự endian và băm mỗi khối bằng hàm NH. Ghép nối các kết quả tạo thành một chuỗi, ngắn hơn 128 lần so với chuỗi ban đầu.

ĐẦU VÀO: L1Key, chuỗi 1024-octet

L1Msg, chuỗi có độ dài nhỏ hơn 2⁶⁷ octet

ĐẦU RA: H₁ chuỗi có độ dài (8 * ceil(bitlength(L1Msg) / 8192)) octet

a) t = max(ceil(bitength(L1Msg) / 8192), 1)

...

...

...

c) Len = uint2bitstr(1024 * 8, 8)

d) H1 = ˂empty string˃

e) For i = 1 to t-1 do

1) ENDIAN-SWAP(M_i)

2) H1 = H1 II (NH(L1Key, M_i) +₆₄ Len)

f) Len = unit2bitstr(bitlength(M_t), 8)

g) M_t = zeropad(M_t, 32)

h) ENDIAN-SWAP(M_t)

i) H1 =  H1 II (NH(L1Key, M_t) +₆₄ Len)

...

...

...

6.2.7.2  Hàm băm tầng thứ hai L2-HASH

Hàm băm tầng thứ hai băm lại đầu ra của L1-HASH sử dụng hàm băm đa thức được gọi là POLY. Nếu đầu ra của L1-HASH là dài, thì POLY được gọi 1 lần trên tiền tố của đầu ra L1-HASH và được gọi khi dùng các thiết lập khác nhau trên phần còn lại. Việc băm 2 bước này của đầu ra của L1-HASH chỉ cần đến nếu độ dài thông điệp là lớn hơn 16 megaoctet.

CHÚ THÍCH  Một cài đặt cẩn thận của POLY là cần thiết để tránh tấn công đo thời gian có thể (xem [1] để biết thêm thông tin).

ĐẦU VÀO: L2Key, chuỗi 24-octet

L2Msg, chuỗi có độ dài nhỏ hơn 264 octet

ĐẦU RA : H2, chuỗi 16-octet

a) Mask64 = uint2bitstr(0x, 01FFFFF 01FFFFFF, 8).

b) Mask128 = unit2bitstr(0x 01FFFFFF 01FFFFFF 01FFFFFFF 01FFFFFF, 16)

c) k64 = bitstr2unit(L2Key[1 ...8] ˄ Mask64)

...

...

...

e) if (octetlength(L2Msg) ≤ 2¹⁷) then

1) y = POLY (64, 2⁶⁴ - 2³², k64, L2Msg)

f) else

1) M₁ = L2Msg[1...2¹⁷]

2) M₂ = L2Msg[2¹⁷ + 1 ... octetlength(L2Msg)]

3) M₂ = zeropad(M₂ II unit2bitstr(0x80, 1), 16)

4) y = POLY(64, 2⁶⁴ - 2³², k64, M₁)

5) y = POLY(128, 2¹²⁸ - 2⁹⁶, k128, uint2bitstr(y, 16) II M₂)

g) H2 = uint2bitstr(y, 16)

...

...

...

6.2.7.3  Hàm băm tầng thứ ba L3-HASH

Đầu ra từ L2-HASH gồm 16 octet. Hàm băm kết thúc này băm chuỗi 16-octet thành chuỗi có độ dài cố định 4 octet.

ĐẦU VÀO : K1, chuỗi 64-octet

K2, chuỗi 4-octet

Msg, chuỗi 16-octet

ĐẦU RA : H3, chuỗi 4-octet

a) y = 0

b) Ngắt Msg và K1 thành 8 khối và chuyển thành các số nguyên:

1) For i = 1 to 8 do

...

...

...

ii) K_i = K1[(i- 1) * 8 + 1 ... i * 8]

iii) m_i = bitstr2uint(M_i)

iv) k_i = bitstr2uint(K_i) mod prime(36)

c) Băm tích trong, trích ra 32 bit cuối và dịch chuyển affine:

1) y = (m₁ * k₁ +... + m₈ * k₈) mod prime(36)

2) y = y mod 2³²

3) H3 = uint2bitstr(y, 4)

4) H3 = H3  K2

d) Output H3

...

...

...

ĐẦU VÀO: Khóa mã hóa K_E, chuỗi có taglen octet

Giá trị băm H, chuỗi có taglen octet

ĐẦU RA: MAC có độ dài taglen octet

a) MAC = K_E  H

b) Output MAC

6.3  Badger

6.3.1  Mô tả của Badger

Badger là một thuật toán MAC mà sử dụng khóa 128-bit K và nonce 64-bit N. Nó xử lý một thông điệp có độ dài cho tới 2⁶¹ - 1 octet thành một thẻ xác thực có độ dài taglen, giá trị này có thể là 4, 8, 12, 16 hay 20 octet. Thông điệp đầu vào bao gồm một số trọn vẹn các octet (tức là, độ dài bit của thông điệp sẽ là một bội của 8). Badger sử dụng một mã dòng (xem TCVN 11367-4 (ISO/IEC 18033-4)) hoặc bộ tạo số giả ngẫu nhiên PRG (xem ISO/IEC 18031).

CHÚ THÍCH  Badger được đề xuất trong [3] và dựa trên kiến trúc cây băm kinh điển bởi Wegman và Carter [10].

...

...

...

Trước khi sử dụng Badger, các tham số sau cần phải được thống nhất:

- Một mã dòng từ TCVN 11367-4 (ISO/IEC 18033-4) hoặc bộ tạo giả ngẫu nhiên mà tuân theo ISO/IEC 18031.

- Độ dài thẻ, taglen, là 4, 8, 12, 16 hay 20 octet.

6.3.3  Chú giải và các hàm bổ trợ

6.3.3.1  Hàm bổ trợ ENH

ENH (Hàm băm phi tuyến nâng cao - Enhanced Non-linear Hash-function) là một hàm băm phổ biến.

CHÚ THÍCH  Hàm băm phổ biến ENH đã được giới thiệu bởi Boesgaard và các cộng sự [3]. Nó dựa trên hàm NH của Black và các cộng sự [2] mà đã được sử dụng trong UMAC.

ĐẦU VÀO : Khóa LKey, chuỗi 8-octet

Thông điệp Left, chuỗi 8-octet

...

...

...

ĐẦU RA : Giá trị băm LHash, chuỗi 8-octet

a) k_L = octetstr2uint(LKey[0...3], k_u = octetstr2uint(LKey[4...7])

b) m1_L = octetstr2uint(Right[0...3], m1_u = octetstr2uint(Right[4...7])

c) m2 = octetst2uint(Left[0...7])

d) h_L = (m1_L + k_L) mod 2³²

e) h_u = (m1_u + k_u) mod 2³²

f) Let h' = ((h_u * h_L) + m2) mod 2⁶⁴

g) LHash = unit2octetstr (h’, 8)

h) Output LHash

...

...

...

Độ dài khóa của Badger là 16 octet, và độ dài của nonce là 8 octet. Nếu bộ tạo yêu cầu các khóa và các nonce dài hơn, thì các octet còn lại có thể được đệm bằng các bit 0. Giá trị nonce cần phải khác với véctơ toàn 1. PRG được giả thiết có các giao diện sau:

- PRG_Init(K, N) khởi tạo trạng thái bên trong của PRG cùng với khóa K và nonce N.

- PRG_Next(n) tạo ra n bit đầu ra tiếp theo từ PRG.

Khi dùng các hàm này, các khóa băm và mã hóa được tính như sau.

CHÚ THÍCH  Nếu một số thông điệp phải được xác thực, thì có ý nghĩa việc lưu trong bộ đệm khóa băm K_H, vì nó có thể được dùng lại. Chỉ có khóa mã hóa K_E phải được tính lại cho mỗi thông điệp mới.

ĐẦU VÀO: khóa chủ K, chuỗi 16-octet

Nonce N, chuỗi 8-octet

Độ dài theo bit maxlen của thông điệp đầu vào có thể dài nhất, bội số nguyên của 8 với 0 ≤ maxlen ≤ 2⁶⁴ - 8

Độ dài thẻ taglen, số nguyên (một trong số 4, 8, 12, 16, 20)

...

...

...

Khóa mã hóa K_E, chuỗi (taglen)-octet

a) PRG_Init(K, 1⁶⁴)

b) words_used =0

c) u = taglen / 4

d) v = max{1, cell(log₂(maxlen)) - 6}

e) for j = 1 to 6 do

1) for i = 1 to u do

i) kf_j,i = octetstr2uint(PRG_Next(32))

ii) words_used = words_used +1

...

...

...

1) for i = 1 to u do

i) while(kfj_,i ≥ prime(32))

I) kf_j,i = octetstr2uint(PRG_Next(32))

II) words_used = words_used + 1

g) while(words_used mod 4 ≠ 0)

1) Loại bỏ PRG_Next(32)

2) words_used = words_used + 1

h) for j = 1 to v do

1) for i = 1 to u do

...

...

...

i) PRG_Init(K,N)

J) K_E = PRG_Next(32 * u)

k) Output K_H = (KL, kf), K_E

6.3.5  Tiền xử lý thông điệp

Tiền xử lý thông điệp là không cần thiết đối với Badger.

6.3.6  Băm thông điệp

Thông điệp được băm bằng cách tính biểu thức đa thức sau:

ĐẦU VÀO: khóa băm K_H = (KL, kf), chuỗi có độ dài thay đổi

Thông điệp M, chuỗi có độ dài nhiều nhất 2⁶¹ - 1 octet

...

...

...

ĐẦU RA: giá trị băm H, chuỗi (taglen)-octet

a) len = bitlength(M) như số nguyên 64-bit

b) if len = 0

1) M₁ = ... = M_u = 0⁶⁴

c) else:

1) if len mod 64 ≠ 0:

i) Thêm các bit 0 vào các bit có nghĩa lớn nhất cho đến khi độ dài len của M là bội của 64

2) for i = 1 to u

i) M_i = M

...

...

...

iii) for j = 1 to v’

I) t = octetlength(M_i).

II) Chia M_i thành các khối 8-octet B₁,... B_t sao cho M_i = B_t ||... || B₁ 

III) nếu t là chẵn

a) M_i = ENH(KL_j,i, B_t, B_t-1) II ... II ENH(KL_j,i, B₂, B₁)

IV) ngược lại

a) M_i = B_t, II ENH(KL_j,i, B_t-1, B_t-2) II ...|| ENH(KL_j,i, B₂, B₁)

d) for i = 1 to u:

1) Q_i = 0⁷ II len II M_i

...

...

...

3) Đệm mỗi khối B₁,... , B₅ bằng các bit 0 ở các bit có nghĩa lớn nhất sao cho có độ dài 4 octet.

4) For j = 1 to 5:

I) b_j = octetstr2uint(B_j)

5) S_i = ((b₁ * kf_1,i) + ... + (b₅ * kf_5,i) + kf_6,i) mod prime(32)

6) S_i = uint2octetstr(s_i, 4)

e) H = S_u II … II S₁

f) Output H

6.3.7  Hoàn tất

ĐẦU VÀO : Khóa mã hóa K_E, chuỗi (taglen)-octet

...

...

...

ĐẦU RA: Mã xác thực thông điệp MAC, chuỗi (taglen)-octet

a) MAC = K_E  H

b) Output MAC

6.4  Poly1305-AES

6.4.1  Mô tả của Poly1305-AES

Poly1305 là một thuật toán MAC sử dụng khóa 256-bit K (với 22 bit được đặt bằng 0) và nonce 128-bit N. Nó chấp nhận các thông điệp có độ dài tính theo octet tùy ý l₀ và tạo ra MAC 128-bit. Thông điệp đầu vào gồm một số trọn vẹn các octet, tức là độ dài tính theo bit của thông điệp phải là một bội của 8.

CHÚ THÍCH  Poly1305 đã được đề xuất trong [1] và dựa trên hàm băm đa thức. So sánh với một cài đặt thô, hiệu năng của Poly1305-AES có thể được cải tiến đáng kể bằng cách theo chỉ dẫn cài đặt được đưa ra trong [1].

6.4.2  Các yêu cầu

Việc sử dụng Poly1305-AES không yêu cầu các tham số bổ sung phải được thống nhất.

...

...

...

Khóa chủ 32-octet K có một khuôn dạng đặc biệt, trong đó một số bit phải bằng 0. Các bit đó là:

- 4 bit có nghĩa lớn nhất của K[3], K[7], K[11], K[15]

- 2 bit có nghĩa nhỏ nhất của K[4], K[8], K[12].

Khóa chủ khi đó được chia đơn giản thành khóa băm và khóa mã hóa, như sau:

ĐẦU VÀO : khóa chủ K, chuỗi 32-octet

ĐẦU RA : khóa băm K_H, chuỗi 16-octet

khóa mã hóa K_E, chuỗi 16-octet

a) K_H = K[0...15]

b) K_E = K[16...31]

...

...

...

6.4.4  Tiền xử lý thông điệp

Thông điệp được tiền xử lý như sau:

ĐẦU VÀO: Thông điệp M, chuỗi l₀-octet

ĐẦU RA: số các khối của thông điệp s, số nguyên

thông điệp đã được tiền xử lý c₁, ..., c_s, dãy của các số nguyên 17-octet.

a) Let l₀ = octetlength(M)

b) Let s = ceil(l₀/16)

c) Let t = floor(l₀/16)

d) For i =0,…, t - 1:

...

...

...

e) If s > t:

1) r = l₀ mod 16

2) c_s = octetstr2uint(M[16t…l₀ - 1]) + 2^8r

f) Output s; c₁,…c_s

6.4.5  Băm thông điệp

Thông điệp được băm bằng cách tính biểu thức đa thức sau:

ĐẦU VÀO: khóa băm K_H, chuỗi 16-octet

số các khối của thông điệp s, số nguyên

thông điệp đã được tiền xử lý, c₁,…, c_s, dãy của các số nguyên 17-octet

...

...

...

a) r = octetstr2uint(K_H)

b) H’= (c₁ * r^s + c₂ * r^s-1 + ... + c_s * r₁) mod prime(130)

c) H = H’ mod 2¹²⁸

d) Output H

6.4.6  Hoàn tất

Cuối cùng, thông điệp được mã hóa dùng mã khối AES-128, đã được mô tả trong ISO/IEC 18033-3.

ĐẦU VÀO: giá trị băm H, chuỗi 16-octet

khóa mã hóa K_E, chuỗi 16-octet

nonce N, chuỗi 16-octet

...

...

...

a) Let S = AES-128(K_E, N)

b) s = octetstr2uint(S)

c) Let mac = (H + s) mod 2¹²⁸

d) MAC = uint2octetstr(mac, 16)

e) Output MAC

6.5  GMAC

6.5.1  Mô tả của GMAC

GMAC có thể được sử dụng cùng với mã khối bất kỳ từ TCVN 11367-3 (ISO/IEC 18033-3) mà có độ dài khối bằng 128 bit. MAC kết quả có độ dài t bit, trong đó t là bội của 8 và thỏa mãn 64 ≤ t ≤ 128. Độ dài của thông điệp đầu vào cần phải nhỏ hơn hay bằng 2⁶⁴ khối.

CHÚ THÍCH  Cơ chế này là một trường hợp đặc biệt của GCM (Galois/Counter Mode) được quy định trong ISO/IEC 19772, trong đó không có dữ liệu được mã hóa. GCM là thuộc về McGrew và Viega [9].

...

...

...

Trước khi sử dụng GCM, các tham số sau cần phải thống nhất:

- Một mã khối từ TCVN 11367-3 (ISO/IEC 18033-3) cùng với độ dài khối bằng 128 bit. Lựa chọn của mã khối xác định độ dài khóa |K|;

- Độ dài thẻ t tính theo bit, trong đó 64 ≤ t ≤ 128;

- Độ dài của nonce.

6.5.3  Chú giải và các hàm bổ trợ

6.5.3.1  Hàm bổ trợ GHASH

Hàm GHASH nhận như đầu vào là một khối 128-bit H và hai chuỗi bit có độ dài tùy ý W và Z, cho đầu ra là một khối 128-bit.

ĐẦU VÀO: khối 128-bit H

Các chuỗi bit độ dài tùy ý W và Z

...

...

...

a) Lấy k và u là các số nguyên duy nhất sao cho bitlength(W) = 128(k - 1) + u và 0 < u ≤ 128. Giả sử W₁, W₂, …, W_k là dãy các khối 128-bit (với ngoại trừ có thể của W_k, nó chứa u bit cuối cùng của W) đã nhận được bằng cách phân chia W.

b) Lấy l và u là các số nguyên duy nhất sao cho bitlength(Z) = 128(l-1) + v và 0 < v ≤ 128. Giả sử Z₁, Z₂,.... Z_/ là dãy các khối 128-bit (với ngoại trừ có thể của Z_l, nó chứa v bit cuối cùng của Z) đã nhận được bằng cách phân chia Z.

c) Tính giá trị 128-bit X_k+l+1 dùng đệ quy sau:

1) X₀ = 0¹²⁸

2) X_i = (X_i+1  W_i) • H, 1 ≤ i ≤ k -1 (bỏ qua bước này nếu k ≤ 1)

3) X_k = (X_k-1  (W_k II 0^128-u)) • H (bỏ qua bước này nếu k = 0)

4) X_i = (X_i-1  Z_i-k) • H, k+1 ≤ i ≤ k+l -1 (bỏ qua bước này nếu l ≤ 1)

5) X_k+l = (X_k+l-1  (Z_l II 0^128-v)) • H (bỏ qua bước này nếu l = 0)

6) X_k+l+1 = (X_k+l  unit2bitstr(bitlength(W), 8) II unit2bitstr(bitlength(Z), 8) • H

...

...

...

6.5.4  Tiền xử lý khóa

Khóa chủ K được sử dụng để dẫn xuất ra khóa băm K_H và khóa mã hóa K_E như sau.

ĐẦU VÀO: khóa chủ K

ĐẦU RA : khóa băm K_H

khóa mã hóa K_E

a) K_H = Enc(K, 0¹²⁸)

b) K_E = K

c) Output K_H, K_E

6.5.5  Tiền xử lý thông điệp

...

...

...

6.5.6  Băm thông điệp

ĐẦU VÀO: thông điệp M

khóa băm K_H

ĐẦU RA: giá trị băm H

a) H = GHASH(K_H, M, {})

b) Output H

6.5.7  Hoàn tất

Một nonce độ dài thay đổi N cần phải được chọn. Giá trị này cần phải khác nhau cho mỗi thông điệp được bảo vệ, và được sẵn sàng đối với người nhận thông điệp. Tuy nhiên, giá trị này không cần thiết phải không dự đoán được hoặc bí mật.

CHÚ THÍCH  Giá trị N có thể, ví dụ, được sinh ra bằng cách dùng một con đếm được duy trì bởi người khởi tạo, và được gửi đi ở dạng văn bản rõ cùng với thông điệp được bảo vệ.

...

...

...

khóa mã hóa K_E

nonce N

ĐẦU RA: mã xác thực thông điệp MAC, chuỗi t-bit

a) Nếu bitlength(N) = 96 thì Y₀ = N II 0³¹ II 1. Ngược lại thì Y₀ = GHASH(K_H, {}, N).

b) MAC = (H  Enc(K_E, Y₀))|_t

c) Output MAC.

Phụ lục A

(quy định)

...

...

...

Phụ lục này liệt kê các định danh đối tượng được gán cho các thuật toán được quy định trong tiêu chuẩn này.

Phụ lục B

(tham khảo)

Các véctơ kiểm tra

B.1  UMAC

Điều này chứa một số véctơ kiểm tra của UMAC, dùng AES-128 như mã khối. Bảng B.1 liệt kê các thẻ được sinh bởi UMAC khi dùng khóa 16-byte K và none 8-byte N.

...

...

...

- N = “bcdefghi”

Bảng B.1 - Các vectơ kiểm tra cho UMAC

B.2  Badger

Điều này chứa một số véctơ kiểm tra của Badger, dùng Rabbit như mã dòng. Bảng B.2 liệt kê các thẻ được sinh bởi Badger khi dùng khóa K và IV sau.

- K = 00  01  02  03  04  05  06  07  08  09  0a  0b  0c  0d  0e  0f

- IV = 00  01  02  03  04  05  06  07

Bảng B.2 - Các véctơ kiểm tra cho Badger

Thông điệp

...

...

...

<empty>

54

6D

3A

85

F8

CB

FA

D9

...

...

...

58

50

58

2C

AC

3D

E4

00

5F

...

...

...

AB

85

AC

BE

04

48

1D

D6

34

...

...

...

FA

D9

FA

FA

01

47

EA

18

A1

...

...

...

AE

07

31

7C

A5

AC

C9

37

2F

...

...

...

85

00  01  02  03  04  05  06  07  08

F7

02

3D

65

CF

66

69

...

...

...

47

A0

8B

5F

93

55

84

27

B.3  Poly1305-AES

...

...

...

Bảng B.3 - Các véctơ kiểm tra cho Poly1305-AES

Véctơ kiểm tra #1

Thông điệp

<empty>

Khóa mã hóa K_E

75

de

aa

25

...

...

...

9f

20

8e

1d

c4

ce

6b

5c

ad

...

...

...

bf

Khóa băm K_H

a0

f3

08

00

00

f4

64

...

...

...

d0

c7

e9

07

6c

83

44

03

Nonce N

...

...

...

ee

09

21

8d

29

b0

aa

ed

7e

...

...

...

4a

2c

55

09

cc

Thẻ Poly1305-AES

dd

3f

ab

...

...

...

51

f1

1a

c7

59

f0

88

71

29

...

...

...

2e

e7

Véctơ kiểm tra #2

Thông điệp

f3

f6

...

...

...

...

...

...

Khóa mã hóa K_E

ec

07

4c

83

55

80

74

17

...

...

...

42

5b

62

32

35

ad

d6

Khóa băm K_H

85

...

...

...

c4

0c

34

67

ac

0b

e0

5c

c2

...

...

...

04

f3

f7

00

Nonce N

fb

44

73

50

...

...

...

e8

68

c5

2a

c3

27

5c

f9

d4

...

...

...

7e

Thẻ Poly1305-AES

f4

c6

33

c3

04

4f

c1

...

...

...

f8

4f

33

5c

b8

19

53

de

Véctơ

...

...

...

Thông điệp

66

3c

ea

19

0f

fb

83

d8

...

...

...

93

f3

f4

76

b6

bc

24

d7

e6

...

...

...

10

7e

a2

6a

db

8c

af

66

52

...

...

...

65

61

36

Khóa mã hóa K_E

6a

cb

5f

61

a7

...

...

...

6d

d3

20

c5

c1

eb

2e

dc

dc

...

...

...

Khóa băm K_H

48

44

3d

0b

b0

d2

11

09

...

...

...

9a

10

0b

5c

e2

c2

08

Nonce N

ae

...

...

...

2a

55

39

97

29

59

5d

ea

45

...

...

...

c6

21

ff

0e

Thẻ Poly1305-AES

0e

e1

c1

6b

...

...

...

3f

0f

4f

d1

98

81

75

3c

01

...

...

...

be

Véctơ

kiểm tra #4

Thông điệp

ab

08

12

72

4a

...

...

...

1e

34

27

42

cb

ed

37

4d

94

...

...

...

36

c6

b8

79

5d

45

b3

81

98

...

...

...

f2

c0

44

91

fa

f0

99

0c

62

...

...

...

8b

80

18

b2

c3

e4

a0

fa

31

...

...

...

cb

67

fa

83

e1

58

c9

94

d9

...

...

...

c4

cb

21

09

5c

1b

f9

Khóa mã hóa K_E

...

...

...

a5

66

8a

4d

5b

66

a5

f6

8c

...

...

...

42

4e

d5

98

2d

Khóa băm K_H

12

97

6a

...

...

...

c4

42

6d

0c

e8

a8

24

07

c4

...

...

...

82

07

Nonce N

9a

e8

21

e7

43

97

...

...

...

3a

23

52

7c

71

28

14

9e

3a

...

...

...

51

54

ad

0d

2c

b2

6e

01

27

...

...

...

c5

11

48

49

1f

1b

B.4  GMAC

Điều này chứa một số vectơ kiểm tra cho GMAC khi dùng AES-128 như mã khối trong Bảng B.4.

Bảng B.4 - Các véctơ kiểm tra cho GMAC

...

...

...

Thông điệp

<empty>

Khóa K

00

00

00

00

00

00

...

...

...

00

00

00

00

00

00

00

00

00

...

...

...

00

00

00

00

00

00

00

00

00

...

...

...

00

00

Thẻ GMAC

58

e2

...

...

...

ce

fa

7e

30

61

36

7f

1d

57

...

...

...

e7

45

5a

Véctơ kiểm tra #2

Thông điệp

fe

ed

fa

ce

...

...

...

ad

be

ef

fe

ed

fa

ce

de

ad

...

...

...

ef

Khóa K

6a

cb

5f

61

a7

17

6d

...

...

...

20

c5

c1

eb

2e

dc

dc

74

Nonce N

...

...

...

21

2a

55

39

97

29

59

5d

ea

...

...

...

8b

c6

21

ff

0e

Thẻ GMAC

54

df

47

...

...

...

4e

71

a9

ef

8a

09

bf

30

da

...

...

...

1a

92

Véctơ kiểm tra #3

Thông điệp

fe

ed

fa

ce

...

...

...

ad

be

ef

fe

ed

fa

ce

de

ad

...

...

...

ef

ab

ad

da

d2

42

83

1e

c2

...

...

...

77

74

24

4b

72

21

b7

Khóa K

fe

...

...

...

e9

92

86

65

73

1c

6d

6a

8f

...

...

...

67

30

83

08

Nonce N

ca

fe

ba

be

...

...

...

ce

db

ad

de

ca

f8

88

...

...

...

Thẻ GMAC

1c

be

39

36

e5

53

b0

...

...

...

25

c0

8d

7b

8d

c3

9f

db

...

...

...

(tham khảo)

Thông tin an toàn

Một số tấn công chống lại các thuật toán MAC dựa trên hàm băm phổ biến đã được mô tả trong [5].

Ngược lại với các kiểu thuật toán MAC khác, một số nhỏ các giả mạo có thể dẫn tới việc khôi phục khóa đối với các hàm MAC dựa trên hàm băm phổ biến, và do vậy dẫn tới sụp đổ hoàn toàn về độ an toàn.

Để bảo vệ chống lại các tấn công này, khuyến cáo mạnh cài đặt một hoặc nhiều biện pháp phòng chống sau:

a) Tăng mức an toàn (ví dụ, taglen) để giả mạo thứ nhất là không thể thực hành được.

b) Thường xuyên làm mới khóa đầy đủ được sử dụng cho thuật toán MAC. Nếu có thể, thậm chí người ta làm mới khóa cho mỗi thông điệp. Chú ý rằng không chỉ số các thông báo được xử lý dưới một khóa đơn lẻ cần phải bị hạn chế, mà tổng số các khối thông điệp được xử lý dưới cùng một khóa cũng bị hạn chế.

c) Cả người gửi và người nhận cần đảm bảo/kiểm tra tính duy nhất của các nonce được sử dụng với cùng một khóa MAC. Khi nonce được sử dụng lại, độ an toàn của thuật toán bị suy giảm nghiêm trọng.

d) Những người nhận cần phát hiện một số lớn các lần xác minh MAC bị thất bại như một nỗ lực tấn công, và xử lý với tình huống này một cách thích hợp..

...

...

...

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bernstein, D. J., The Poly1305-AES message-authentication code. Proceedings of Fast Software Encryption 2005, LNCS 3557, pp. 32-49, Springer-Verlag, 2005.

[2] Black, J., Halevi, s., Krawczyk, H., Krovetz, T. and Rogaway, P. UMAC: Fast and provably secure message authentication, Advances in Cryptology - CRYPTO '99, LNCS vol. 1666, pp. 216-233, Springer-Verlag, 1999.

[3] Boesgaard, M., Christensen, T. and Zenner, E. Badger. A fast and provably secure MAC, Proceedings of Applied Cryptography and Network Security, LNCS vol. 3531, pp. 176-191, Springer-Verlag, 2005.

[4] Carter, L. and Wegman, M. Universal classes of hash functions, Journal of Computer and System Sciences, 18 (1979), pp. 143-154.

[5] Handschuh, H. and Preneel, B. Key-Recovery Attacks on Universal Hash Function based MAC Algorithms. Advances in Cryptology- CRYPTO'08, LNCS vol. 5157, pp. 144-161 Springer-Verlag, 2008.

[6] IETF RFC 4418, UMAC: Message Authentication Code using Universal Hashing, March 2006.

[7] ISO/IEC10181-6, Information technology - Open Systems Interconnection - Security frameworks for open systems: Integrity framework.

[8] ISO/IEC 10116, Information technology - Security techniques - Modes of operation for an n-bit block cipher.

...

...

...

[10] Wegman, M. and Carter, L. New hash functions and their use in authentication and set equality, Journal of Computer and System Sciences, 22 (1981), pp. 265-279.

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Lời giới thiệu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Ký hiệu và thuật ngữ viết tắt

...

...

...

6  Các cơ chế

6.1  Giới thiệu

6.2  UMAC

6.2.1  Mô tả của UMAC

6.2.2  Các yêu cầu

6.2.3  Ký hiệu và các hàm bổ trợ

6.2.4  Tiền xử lý khóa

6.2.5  Tiền xử lý thông điệp

6.2.6  Băm thông điệp

...

...

...

6.2.8  Hoàn tất

6.3  Badger

6.3.1  Mô tả của Badger

6.3.2  Các yêu cầu

6.3.3  Ký hiệu và các hàm bổ trợ

6.3.4  Tiền xử lý khóa

6.3.5  Tiền xử lý thông điệp

6.3.6  Băm thông điệp

6.3.7  Hoàn tất

...

...

...

6.4.1  Mô tả của Poly1305-AES

6.4.2  Các yêu cầu

6.4.3  Tiền xử lý khóa

6.4.4  Tiền xử lý thông điệp

6.4.5  Băm thông điệp

6.4.6  Hoàn tất

6.5  GMAC

6.5.1  Mô tả của GMAC

6.5.2  Các yêu cầu

...

...

...

6.5.4  Tiền xử lý khóa

6.5.5  Tiền xử lý thông điệp

6.5.6  Băm thông điệp

6.5.7  Hoàn tất

Phụ lục A (quy định) Các định danh đối tượng

Phụ lục B (tham khảo) Các ví dụ

Phụ lục C (tham khảo) Thông tin an toàn

Thư mục tài liệu tham khảo