[論文レビュー] Public Key Cryptography Standards: PKCS

Yongge Wang|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2012

Cryptography and Data Security参考文献 13被引用数 93

ひとこと要約

この論文は、RSAラボラトリーズが開発した公開鍵暗号規格（PKCS）の包括的な概要を提供しており、公開鍵暗号暗号における相互運用性とセキュリティを実現する基盤となる規格群である。PKCS #1から#15にわたり、RSA暗号化、デジタル署名、パスワードベースの暗号化、暗号化メッセージ構文、暗号化トークンインタフェースをカバーし、S/MIME や TLS などの規格への重要な貢献を記述している。

ABSTRACT

Cryptographic standards serve two important goals: making different implementations interoperable and avoiding various known pitfalls in commonly used schemes. This chapter discusses Public-Key Cryptography Standards (PKCS) which have significant impact on the use of public key cryptography in practice. PKCS standards are a set of standards, called PKCS #1 through #15. These standards cover RSA encryption, RSA signature, password-based encryption, cryptographic message syntax, private-key information syntax, selected object classes and attribute types, certification request syntax, cryptographic token interface, personal information exchange syntax, and cryptographic token information syntax. The PKCS standards are published by RSA Laboratories. Though RSA Laboratories solicits public opinions and advice for PKCS standards, RSA Laboratories retain sole decision-making authority on all aspects of PKCS standards. PKCS has been the basis for many other standards such as S/MIME.

研究の動機と目的

• 公開鍵暗号暗号の安全で相互運用可能な展開を可能にするPKCS規格スイートを文書化し、説明すること。
• 標準化された明確なプロトコルを提供することで、暗号技術の相互運用性と実装の落とし穴を解決すること。
• S/MIME、SSL/TLS、スマートカードシステムなど広く使われているプロトコルの基盤を成すPKCS規格の参考資料を開発者や研究者に提供すること。
• IETF、ANSI、NIST などの他の規格団体と連携するPKCS規格の役割、および実世界の安全な認証と鍵管理を実現する方法を明らかにすること。

提案手法

• 論文は、PKCS #1から#15までの各規格を体系的に概説し、技術的仕様、用途、相互関係を説明している。
• データ構造の定義にASN.1、エンコードにBERを用いることで、標準化されたデータ交換の基盤を形成している。
• RSA暗号化（OAEPパディングを用いる）（PKCS #1）、パスワードベースの鍵導出（PKCS #5）、メッセージダイジェストを用いたデジタル署名生成といった暗号メカニズムを詳細に記述している。
• CMS（PKCS #7）や個人情報交換用のPKCS #12など、上位プロトコルへのPKCS規格の統合を説明している。
• PKCS #11が暗号化トークン用の標準API（Cryptoki）を提供し、スマートカードやハードウェアセキュリティモジュールへのプラットフォームに依存しないアクセスを可能にしていることを記述している。
• スマートカードと証明書発行を含む実世界の認証シナリオにおいて、PKCS規格がどのように統合的に使用されるかを示すエンドツーエンドの例を提示している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PKCS規格は、異種システム間で公開鍵暗号を安全かつ相互運用可能に展開するために、どのように機能するか？
• RQ2 S/MIME や TLS といった広く使われているプロトコルの設計および実装において、PKCS規格が果たす役割は何か？
• RQ3 鍵管理、暗号化、デジタル署名における一般的な暗号の落とし穴に対し、PKCS規格はどのように対処しているか？
• RQ4 IETF、ANSI、NIST、IEEE などの他の暗号規格から得られる規格と、PKCS規格はどのように相互運用するか？
• RQ5 ユーザー認証のライフサイクルは、証明書要求からスマートカードへのデプロイメントまで、PKCS規格によってどのように管理されるか？

主な発見

• PKCS規格は、S/MIME や TLS といった重要なプロトコルの基盤となり、セキュアな通信の基盤を形成している。
• PKCS #1規格は、OAEPパディングを用いたRSA暗号化および署名方式を規定しており、 chosen-ciphertext 攻撃に対して強いセキュリティ保証を提供している。
• PKCS #5は、安全なパスワードベースの鍵導出関数（PBKDF1 および PBKDF2）を定義し、パスワード保護された暗号鍵のセキュリティを強化している。
• PKCS #11は、アプリケーションが暗号化トークンとやり取りできる標準API（Cryptoki）を提供し、プラットフォームに依存しないポータビリティと相互運用性を確保している。
• PKCS #12は、個人情報（プライベートキーおよび証明書など）をポータブルな形式で、システムやデバイス間で安全に交換可能にする。
• スマートカードシステムへのPKCS規格の統合により、PIN保護されたプライベートキーとデジタル署名検証を用いた強力なユーザー認証が可能になっている。