Kryptoanalýza šifry PRESENT pomocí rekonfigurovatelného hardware COPACOBANA

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Kryptoanalýza šifry PRESENT pomocí rekonfigurovatelného hardware COPACOBANA"

Radka Lišková
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Kryptoanalýza šifry PRESENT pomocí rekonfigurovatelného hardware COPACOBANA Jan Pospíšil, Martin Novotný, Katedra číslicového návrhu Fakulta informačních technologíı České vysoké učení technické v Praze 24. listopadu 2011 Moderní elektronické součástky, Brno

2 COPACOBANA Cost-Optimized Parallel COde Breaker výpočetní server - paralelní pole HW: Christian-Albrechts University Kiel, Německo SW: Ruhr-University Bochum, Německo další vývoj a prodej: SciEngines GmbH, Německo (nyní RIVYERA s 256 Spartan 6)

3 Schéma Fig. 1. Architecture of COPACOBANA Host PC Module 1 Module LAN Controller Card 2 2 Slot Select Chip Select Address Read/Write Address Decoder Data Address Decoder

4 Co umí prolomit šifry DES, Hitag-2, GSM komunikaci DES: cca 65 mld. kĺıčů / sekundu všech 2 56 kĺıčů za 13 dnů pomoci při prolomení KeeLoq zvládat dobře paralelizovatelný problém zvládat problém bez náročné komunikace používat hrubou (výpočetní) sílu

5 Naše verze paralelní pole 120 (Spartan ) 64 bitová datová sběrnice ethernet rozhraní PC komunikační knihovna v Javě

6 Lightweight šifry malá spotřeba malá plocha čipu využití např. pro RFID, dálkové ovladače např. KeeLoq, Hitag, Mifare, PRESENT většina dnes komerčně používaných má známé slabiny!

7 Šifra PRESENT symetrická bloková, 64 bitů data, 80 (128) bitů kĺıč 31 rund, SPN generateroundkeys() (substitution-permutation for i = 1 to 31 do network) addroundkey(state,k i) sboxlayer(state) player(state) akademická end foršifra, CHES 2007 addroundkey(state,k (Německo, Dánsko, Francie) 32) HW optimální implementace plaintext sboxlayer player. sboxlayer player ciphertext addroundkey addroundkey Fig. 1. A top-level algorithmic description of present. key register update. update

8 Útoky hrubou silou známe otevřený a šifrový text a hledáme kĺıč využívají velkou výpočetní sílu není nutné pochopení a analýza principu šifry primárně nehledají chyby ani slabá místa základní typy brute-force - vše vypočítáme lookup table - vše známe kompromis: TMTO - time-memory trade-off

9 P 0 64 TMTO 2 fáze - pamět čas offline - předpočítání dat (nutno uložit) online - samotný útok (nutno spočítat) řetězce základní metoda, Hellman 1980 stejná modifikační funkce Rainbow Tables různá modifikační funkce v každém kroku složitější online fáze, ale méně přístupů do paměti K DES C i-1 modification K DES i encrypting encrypting C i modification K i-1 i+1 function function 56 unit unit 64 56

10 Provedené práce měření parametrů COPACOBANy simulační model implementace 3 designů ve VHDL brute-force Rainbow Tables offline fáze Rainbow Tables online fáze napsání ovládacího programu v Javě

11 Architektura COPACOBANA PC Java program LAN řadič VHDL návrh VHDL návrh VHDL návrh VHDL návrh v každém stejný návrh - podprostory řešení komunikaci inicializuje PC řízení celého útoku v PC - distribuce práce

12 PRESENT jádro v 31 rund + buffer pipeline 32 maximální frekvence: 227 MHz 2 jednotky v 29 Gbit/s Xilinx ISE pro syntézu i PAR testbench ve VHDL, verifikace v ModelSim

13 Brute-force návrh 2 jádra PRESENT v přidělen podprostor řešení OT kĺıče generovány čítačem čítač klíč PRESENT výsledek porovnán se známým šifrovým textem šifrový text =? pipeline zpoždění (šifra, komparátor)

14 Rainbow Tables návrh Offline začátek PRESENT modifikační funkce FIFO OT krok 2 jádra PRESENT v přidělen podprostor řešení - začátky řetezců výsledky střádány ve FIFO a vyčítány PC (tvorba tabulky)

15 Rainbow Tables návrh Online OT PRESENT modifikační funkce FIFO první krok ŠT krok jen 1 PRESENT jádro v přidělen podprostor řešení - počáteční kroky výsledky střádány ve FIFO a vyčítány PC (hledání v tabulce)

16 Implementační výsledky Brute-force využití : 87% maximální frekvence: 105 MHz pracovní frekvence: 100 MHz rychlost na celé COPACOBANě: 24 mld. kĺıčů / sekundu doba výpočtu všech kĺıčů: 1,6 mil. let

17 Implementační výsledky Rainbow Tables - offline (délka řetězce 2 27 kroků) využití : 86% maximální frekvence: 105 MHz pracovní frekvence: 100 MHz rychlost na celé COPACOBANě: 179 řetězců / sekundu doba výpočtu všech řetězců: 1,6 mil. let objem vygenerovaných dat: 128 PB

18 Implementační výsledky Rainbow Tables - online (délka řetězce 2 27 kroků) využití : 51% maximální frekvence: 105 MHz pracovní frekvence: 100 MHz doba nalezení kĺıče: 9 dnů počet přístupů do tabulky (vyhledávání): 134 mil.

19 Výsledky - Rainbow Tables Objem dat a doba online fáze v závislosti na logaritmu délky řetězce 1e CLW ideal 1e Time log [years] normal mode e-005 burst mode e e+010 1e+015 Memory log [GB]

20 Závěr Zanalyzovali jsme stroj COPACOBANA a změřili charakteristiky jeho komunikačních kanálů. Implementovali jsme útok hrubou silou brute-force a úspěšně jej odzkoušeli na HW. Implementovali jsme TMTO útok Rainbow Tables a úspěšně jej odzkoušeli na HW. Zhodnotili jsme možnosti implementovaných útoků a vyvodili z nich, že šifru PRESENT lze považovat za bezpečnou vzhledem k těmto útokům.

Podobné dokumenty

Řadiče periferií pro vývojovou desku Spartan3E Starter Kit Jaroslav Stejskal, Jiří Svozil, Leoš Kafka, Jiří Kadlec. leos.kafka@utia.cas.

Technická zpráva Řadiče periferií pro vývojovou desku Spartan3E Starter Kit Jaroslav Stejskal, Jiří Svozil, Leoš Kafka, Jiří Kadlec leos.kafka@utia.cas.cz Obsah 1. Úvod... 2 2. Popis modulů... 2 2.1 LCD...