Ataque de chave relacionada

Em criptografia, um ataque de chave relacionada é qualquer forma de criptoanálise onde o atacante pode observar a operação de uma cifra sob várias chaves diferentes cujos valores são inicialmente desconhecidos, mas onde algum relacionamento matemático conectando as chaves é conhecido pelo atacante. Por exemplo, o invasor pode saber que os últimos 80 bits das chaves são sempre os mesmos, embora eles não saibam, a princípio, quais são os bits. Isto parece, à primeira vista, ser um modelo irrealista; Certamente, seria improvável que um invasor conseguisse persuadir um criptógrafo humano a criptografar textos simples sob várias chaves secretas relacionadas de alguma forma.

KASUMI

KASUMI é uma cifra de oito blocos de 64 bits com uma chave de 128 bits. É baseado em MISTY1[1] e foi projetado para formar a base dos algoritmos de integridade e confidencialidade 3G.

Mark Blunden e Adrian Escott descreveram os principais ataques diferenciais relacionados em cinco e seis rodadas de KASUMI. Ataques diferenciais foram introduzidos por Biham e Shamir. Ataques de chaves relacionadas foram introduzidos pela primeira vez por Biham.[2] Ataques de chave relacionadas diferenciais são discutidos em Kelsey et al.[3]

WEP

Um exemplo importante de um protocolo criptográfico que falhou devido a um ataque de chave relacionada é o WEP usado em redes sem fio Wi-Fi. Cada adaptador de rede Wi-Fi do cliente e ponto de acesso sem fio em uma rede protegida por WEP compartilha a mesma chave WEP. A criptografia usa o algoritmo RC4, uma cifra de fluxo. É essencial que a mesma chave nunca seja usada duas vezes com uma cifra de fluxo. Para evitar que isso aconteça, o WEP inclui um vetor de inicialização (IV) de 24 bits em cada pacote de mensagens. A chave RC4 para esse pacote é o IV agregado com a chave WEP. As chaves WEP precisam ser alteradas manualmente e isso geralmente acontece com pouca frequência. Um invasor, portanto, pode assumir que todas as chaves usadas para criptografar pacotes compartilham uma única chave WEP. Este fato abriu o WEP a uma série de ataques que se revelaram devastadores. O mais simples de entender usa o fato de que o IV de 24 bits só permite um pouco menos de 17 milhões de possibilidades. Por causa do paradoxo do aniversário, é provável que para cada 4096 pacotes, dois compartilharão o mesmo IV e, portanto, a mesma chave RC4, permitindo que os pacotes sejam atacados. Ataques mais devastadores aproveitam certas chaves fracas no RC4 e eventualmente permitem que a chave WEP seja recuperada. Em 2005, agentes do departamento de investigação federal dos EUA (FBI) demonstraram publicamente a capacidade de fazer isso com ferramentas de software amplamente disponíveis em cerca de três minutos.

Prevenção de ataques de chaves relacionadas

Uma abordagem para prevenir ataques de chaves relacionadas é projetar protocolos e aplicativos de forma que as chaves de criptografia nunca tenham uma relação simples umas com as outras. Por exemplo, cada chave de criptografia pode ser gerada a partir do material da chave subjacente usando uma função de derivação de chave.

Por exemplo, o WPA (uma substituição para WEP) usa três níveis de chaves: a chave mestra, a chave de trabalho e a chave RC4. A chave mestre WPA é compartilhada com cada cliente e ponto de acesso e é usada em um protocolo chamado TKIP para criar novas chaves de trabalho com freqüência suficiente para impedir métodos de ataque conhecidos. As chaves de trabalho são então combinadas com um IV de 48 bits mais longo para formar a chave RC4 para cada pacote. Este projeto imita a abordagem WEP o suficiente para permitir que o WPA seja usado com placas de rede Wi-Fi de primeira geração (algumas das quais implementam partes do WEP no hardware). No entanto, nem todos os pontos de acesso de primeira geração podem executar o WPA. Outra abordagem mais conservadora é empregar uma cifra projetada para evitar ataques de chaves relacionadas, geralmente incorporando um forte cronograma de chaves. Uma versão mais recente do WPA, o WPA2, usa a cifra de bloco AES em vez da RC4, em parte por esse motivo. Existem ataques de chaves relacionadas contra AES, mas ao contrário daqueles contra RC4, eles estão longe de serem práticos de implementar e as funções de geração de chaves do WPA2 podem fornecer alguma segurança contra eles. Muitas placas de rede mais antigas não podem executar WPA2.

Referências

  1. Matsui, M., "New block encryption algorithm MISTY", 1997
  2. Biham, Eli. "New types of cryptanalytic attacks using related keys." Journal of Cryptology 7.4 (1994): 229-246.
  3. Kelsey, John, Bruce Schneier, and David Wagner. "Key-schedule cryptanalysis of idea, g-des, gost, safer, and triple-des." Advances in Cryptology"CRYPTO’96. Springer Berlin/Heidelberg, 1996.
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