q q 情報セキュリティ 第４回：２００５年５月１２日（金） q q
本日学ぶこと 使い捨てパッド ＤＥＳ (Data Encryption Standard) ＡＥＳ (Advanced Encryption Standard) ブロック暗号のモード
本日の授業で学ぶ語句 符号化，XOR，使い捨てパッド，鍵管理，ストリーム暗号 DES，ブロック暗号，ファイステル構造，ラウンド，サブ鍵，ラウンド関数，トリプルDES AES，Rijndael，SPN構造 ブロック暗号，ブロック，ブロック長，ストリーム暗号，ECBモード，CBCモード，CTRモード 使い捨てパッドは無条件に安全だが，非実用的 ファイステル構造は，暗号化と復号が同じ構造（サブ鍵の順序が反対） AESは，コンペ方式による標準化で選定された 対称暗号を使いたいなら，AES
（復習）暗号系を図にすると 平文 平文 暗号化 暗号 化鍵 復号 鍵 復号 盗聴可能な 通信路 暗号文 暗号文
平文 平文 暗号文 暗号文 （復習）単一換字暗号は 暗号化 復号 暗号 化鍵 復号 鍵 abc... WYH... WYH...
平文 平文 暗号文 暗号文 使い捨てパッドは 暗号化 復号 暗号 化鍵 復号 鍵 11100 11100 10101 10101 01001
排他的論理和の性質 x y = y x x x = 0 x y y = x x = y ⇒ x z = y z z = x y ⇒ x = z y, y = x z xを平文，yを鍵とみなすと， この式は，使い捨てパッドにおける 暗号化と復号の関係を表す．
使い捨てパッドは解読可能？ 既知平文攻撃や選択平文攻撃を用いれば，暗号化に使用したビット列を求めることができる． c = k m ⇒ k = c m しかしこれで求めた k は，(平文,暗号文)=(m,c)という暗号化の鍵としてしか使えない． k を知っても，それ以外の秘密通信の復号・解読には役に立たない
暗号化鍵 復号鍵 ビット列をどのようにして共有する？ 事前にビット列を共有しておき，暗号化・復号のたびに，使用したビット列に線を引いて消す． 暗号化する側がビット列を生成し，暗号文と別のルートで秘密に送る． 10110101 11110010 01101011 10110101 11110010 01101011 暗号化鍵 復号鍵
ファイステル構造の数式表現（暗号化１） Li-1 ki Ri-1 f Li Ri Li = Ri-1 Ri = Li-1 f (ki , Ri-1)
ファイステル構造の数式表現（暗号化２） Li-1 ki Ri-1 f Li Ri Li = Li-1 f (ki , Ri-1) 最終ラウンド Li = Li-1 f (ki , Ri-1) Ri = Ri-1
Li-1 = Ri f (ki , Li ) = Ri f (ki , Ri-1) ファイステル構造の数式表現（復号１） Li Ri ki f Li-1 Ri-1 i 番目のラウンド（最終ラウンドでないとき） Ri-1 = Li Li-1 = Ri f (ki , Li ) = Ri f (ki , Ri-1) 最終ラウンドのときは各自考えること
ＡＥＳ（Advanced Encryption Standard） Rijndaelともいう ファイステル構造ではなくSPN構造を採用 NISTが公募して２０００年に選定 安全性を評価したのは情報セキュリティの専門家 鍵長は128，192，256ビットから選べる ブロック長（平文・暗号文の長さ）は128ビット固定 特許などの制限がなく無料で利用可能 DESは「兵器」であり，かつて輸出規制があった
ＤＥＳとＡＥＳに関わる組織と考案者 NSA NBS NIST Lucifer DES Rijndael AES IBM Daemen & 改組 米国 当局 修正 選定 選定 Lucifer DES Rijndael AES 暗号 方式 応募 応募 IBM （Feistel他） Daemen & Rijmen 考案者 http://h2np.net/bit/aes2/ http://www.jiten.com/dicmi/docs/d/2900s.htm http://www.itmedia.co.jp/anchordesk/articles/0409/28/news057.html ＮＳＡ：米国安全保障局，National Security Agency ＮＢＳ：米国商務省標準局，National Bureau of Standards ＮＩＳＴ：米国国立標準技術研究所（綴りは教科書参照）
暗号アルゴリズム設計者の苦悩 暗号化や復号が高速にできると，解読も高速にできてしまうかもしれない． 処理速度が，暗号化＜復号というアルゴリズムは？ 圧縮ソフトウェアでは圧縮＜伸張のことが多い． 暗号化＜復号のアルゴリズムを考案すると，構造が複雑になり，思わぬところから欠陥が見つかるかもしれない．