[論文レビュー] A One-Time Pad based Cipher for Data Protection in Distributed Environments

Igor Sobrado|ArXiv.org|May 24, 2000

Distributed systems and fault tolerance参考文献 24被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、共有鍵に依存せずに、データの機密性と整合性を確保するためのワンタイムパッドベースの暗号方式を、分散環境におけるモバイルコードのセキュリティに適用する手法を提案する。ランダムなコード語とメッセージダイジェストを組み合わせ、非インタラクティブで対称的類似の暗号化を用いることで、ブルートフォース攻撃に強く、悪意あるホストによるデータ改ざんや隠蔽を防ぎ、改ざんや検証が可能なのは承認済みの参加者に限定される。

ABSTRACT

A one-time pad (OTP) based cipher to insure both data protection and integrity when mobile code arrives to a remote host is presented. Data protection is required when a mobile agent could retrieve confidential information that would be encrypted in untrusted nodes of the network; in this case, information management could not rely on carrying an encryption key. Data integrity is a prerequisite because mobile code must be protected against malicious hosts that, by counterfeiting or removing collected data, could cover information to the server that has sent the agent. The algorithm described in this article seems to be simple enough, so as to be easily implemented. This scheme is based on a non-interactive protocol and allows a remote host to change its own data on-the-fly and, at the same time, protecting information against handling by other hosts.

研究の動機と目的

• 信頼できない分散環境において、ホストが収集したデータを改ざんまたは隠蔽する可能性があるモバイルエージェントのセキュリティ脆弱性を解消すること。
• モバイルコードの文脈では現実的でない共有鍵や送信鍵に依存しないようにすること。
• 暗号解析やブルートフォース攻撃に強く、計算コストが低く効率的な暗号的ソリューションを提供すること。
• データ整合性を確保し、唯一、サーバーおよびデータ提供ホストが情報の改ざんまたは認証を可能とすること。
• 安全なチャネルを再確立したり鍵交換を必要とせずに、リモートホストでデータをリアルタイムに改ざん可能とすること。

提案手法

• 128ビットのランダムコード語とメッセージダイジェスト（MFD）を組み合わせて128ビットの署名を形成し、一意性と偽造困難性を保証する。
• コード語とメッセージの組み合わせから導出される鍵を用いてワンタイムパッドに類似した暗号化を実施し、パターンの漏洩を防ぐ。
• ビット単位のXORおよびローテーション演算（例：$f \ll n$, $f \gg n$）を適用して、データ構造や統計的パターンを隠蔽する。
• 非インタラクティブなプロトコルにより、リモートホストがリアルタイムでデータを更新可能であり、署名がデータの出所および作成時刻と紐付ける。
• コード語の使用により、メッセージが改ざんされても、正しいコード語が分かっていない限り署名は検証に通らない。
• 128ビットの鍵を用いてデジタル署名を生成し、鍵は信頼できないチャネルを介して送信可能だが、暗号化鍵は安全なチャネルで保護される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信頼できないリモートホスト上で実行されるモバイルエージェントが、収集された情報を改ざんされる可能性がある状況で、どのようにしてデータ整合性を保証できるか？
• RQ2 ワンタイムパッドベースのシステムは、分散型モバイルコード環境において鍵交換を要せず、強力な機密性と整合性を提供できるか？
• RQ3 悪意あるホストがモバイルエージェントが収集したデータを削除または偽装するのを防ぐにはどのようなメカニズムが必要か？
• RQ4 暗号鍵を暴露することなく、リモートホスト上でデータを安全に更新するにはどうすればよいか？
• RQ5 モバイルコードシステムにおいてブルートフォース攻撃や統計的暗号解析を防ぐために必要な暗号的性質は何か？

主な発見

• 提案された暗号方式はブルートフォース攻撃に対して強く、128ビットのコード語と署名空間のおかげで、正しい鍵を当てるには1回の試行で$2^{64}$分の1の確率にまで低下し、実用的に不可能である。
• 各メッセージがランダムコード語を含む一意な署名と紐づけられるため、改ざん防止が実現され、偽造は計算的に不可能である。
• アルゴリズムは効率的で、公開鍵暗号方式の高コストを回避しながらも、強固なセキュリティ保証を維持できるため、モバイルコード実行に適している。
• ビット単位の演算とランダム化により、データ内の予測可能なパターンを破壊することで、統計的解析を困難にする。
• 改ざんや認証が可能なのは、モバイルエージェントを発行したサーバーおよびデータ提供ホストに限定され、アクセス制御と責任追跡が保証される。
• 再び安全なチャネルを確立したり鍵交換を必要とせずに、リモートホスト上で動的データ更新が可能であり、信頼できない環境でもリアルタイムのデータ処理が可能である。