[論文レビュー] An Improvement of RC4 Cipher Using Vigenere Cipher

Seifedine Kadry, Mohamad Smaili|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2011

Cryptographic Implementations and Security参考文献 9被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、RC4暗号化された暗号文にビジュネール暗号を適用することでRC4のセキュリティを向上させるハイブリッド暗号、VRC4を提案する。この手法は、RC4の鍵ストリーム生成とビジュネールの多表式置換を組み合わせることで、暗号解析に対する耐性を高めつつ、時間計算量を低く保っている。KisMacネットワーククラッキングツールを用いた検証により、その有効性が裏付けられている。

ABSTRACT

This paper develops a new algorithm to improve the security of RC4. Given that RC4 cipher is widely used in the wireless communication and has some weaknesses in the security of RC4 cipher, our idea is based on the combination of the RC4 and the poly alphabetic cipher Vigenère to give a new and more secure algorithm which we called VRC4. In this technique the plain text is encrypted using the classic RC4 cipher then re-encrypt the resulted cipher text using Vigenère cipher to be a more secure cipher text. For simplicity, we have implemented our new algorithm in Java Script taking into consideration two factors: improvement of the security and the time complexity. To show the performance of the new algorithm, we have used the well known network cracking software KisMac.

研究の動機と目的

• 無線通信環境における既知の脆弱性を是正すること。
• キーディスカッションの弱さや偏った鍵ストリーム出力といった、既知のRC4暗号解析攻撃に対するRC4の耐性を向上させること。
• 実用的導入に適した軽量で効率的な強化手法を設計し、時間計算量を低く保つこと。
• KisMacといった実世界のネットワーククラッキングツールを用いて、新規暗号のセキュリティを評価すること。
• RC4とビジュネール暗号を組み合わせることで、顕著なパフォーマンス劣化なしにより安全な暗号が得られることを示すこと。

提案手法

• 平文はまず標準的なRC4アルゴリズムを用いて暗号化され、初期の暗号文が生成される。
• 得られたRC4暗号文は、事前に定義されたキーワードを用いて再びビジュネール暗号で暗号化される。
• ビジュネール暗号は、タブーラ・レクタ（ビジュネール・スクエア）を用いて、RC4出力の各文字を繰り返し鍵で置換する。
• 実装はJavaScriptを用いることでポータビリティを確保し、時間計算量を評価する。
• セキュリティ評価は、代表的なネットワーク侵入テストツールKisMacを用いて実施され、実世界の攻撃に対する耐性が検証される。
• このアプローチはRC4のシンプルさを維持しつつ、多表式置換を導入することで、暗号文内の統計的パターンを攪乱する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RC4とビジュネール暗号を組み合わせることで、既知のRC4暗号解析手法に対する耐性が顕著に向上するか？
• RQ2 提案されたVRC4手法は、リアルタイム通信システムにおける実用的利用に耐える十分な時間計算量を維持しているか？
• RQ3 VRC4暗号は、KisMacのようなネットワークベースの暗号解析ツールに対してどのように動作するか？
• RQ4 ビジュネール層は、RC4の鍵ストリームに内在する統計的バイアスをどの程度隠蔽できるか？
• RQ5 ハイブリッドアプローチは後方互換性があるか、既存のRC4依存システムへの最小限の変更で利用可能か？

主な発見

• KisMacが暗号文を正常にクラックできなかったことから、VRC4は標準RC4よりも暗号解析に対する耐性が向上していることが示された。
• ビジュネール層の追加により、RC4の鍵ストリームに内在する統計的バイアスが攪乱され、予測可能性が低下した。
• JavaScriptにおける効率的な実装のおかげで、時間計算量は低く保たれ、リアルタイム暗号化が可能となった。
• ハイブリッドアプローチにより、RC4の脆弱な出力がより複雑で、予測が難しい鍵ストリームに変換された。
• 既存システムのアーキテクチャを大幅に変更することなく、RC4に実用的な強化を提供する。
• セキュリティ評価の結果、VRC4は標準的なネットワークベースのクラッキングツールに対して、RC4よりもより耐性があることが確認された。