[논문 리뷰] Adversary Model: Adaptive Chosen Ciphertext Attack with Timing Attack

Mohd Anuar Mat Isa, Habibah Hashim|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 01.

Cryptographic Implementations and Security참고 문헌 7인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 표준 CCA2 모델에 시간 측정 사이드 채널 정보를 통합함으로써 확장된 새로운 적대자 모델인 적응형 선택 암호문 공격에 시간 공격을 통합한 CCA2-TA를 제안한다. 암호화 및 복호화 연산이 유효 및 무효 입력에 대해 일정한 시간 내에 수행될 경우, 적대자가 시간 정보에 접근하더라도 여전히 열악한 이득을 얻을 수 없음을 보여준다.

ABSTRACT

We have introduced a novel adversary model in Chosen-Ciphertext Attack with Timing Attack (CCA2-TA) and it was a practical model because the model incorporates the timing attack. This paper is an extended paper for 'A Secure TFTP Protocol with Security Proofs'. Keywords - Timing Attack, Random Oracle Model, Indistinguishabilit, Chosen Plaintext Attack, CPA, Chosen Ciphertext Attack, IND-CCA1, Adaptive Chosen Ciphertext Attack, IND-CCA2, Trivial File Transfer Protocol, TFTP, Security, Trust, Privacy, Trusted Computing, UBOOT, AES, IOT, Lightweight, Asymmetric, Symmetric, Raspberry Pi, ARM.

연구 동기 및 목표

• 적응형 선택 암호문 공격과 시간 측정 사이드 채널 유출을 통합한 실용적인 적대자 모델을 개발하기 위해.
• 임베디드 시스템과 IoT 기기에서 사용되는 경량 프rotocol(예: TFTP)의 보안을 향상시키기 위해.
• 암호화 구현에서 발생하는 실제 세계의 시간 측정 사이드 채널 취약점을 고려한 보안 모델을 체계화하기 위해.
• 암호화 및 복호화 기능의 고정 시간 실행이 랜덤 오라클 모델 하에서 CCA2-TA에 대해 보안을 제공함을 증명하기 위해.

제안 방법

• 암호화 연산의 실행 시간 정보에 접근할 수 있도록 IND-CCA2 모델을 확장한다.
• 암호화 및 복호화 기능의 실행 시간(네트워크 지연 포함)을 알고 있는 CCA2-TA 적대자 모델을 도입한다.
• 고정 시간 실행을 전제로 한 랜덤 오라클 모델 하에서 구분 불가능성 기반 보안을 정의한다.
• 유효 및 무효 입력 모두가 고정 시간 내에 처리되어야 하며, 이는 시간 측정 사이드 채널 유출을 방지하기 위함이다.
• 적대자가 두 평문 중 하나를 추측해야 하는 도전 기반의 구분 불가능성 실험을 사용한다.
• 정리 1.0을 통해 보안을 증명하며, 암호화 및 복호화가 고정 시간으로 실행될 경우 적대자의 이득이 무시 가능하다는 것을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시간 측정 사이드 채널 정보를 표준 CCA2 적대자 모델에 통합하여 실제 세계의 공격을 반영할 수 있는가?
• RQ2 CCA2-TA 하에서 보안을 유지하기 위해 암호화 시스템이 충족해야 할 조건은 무엇인가?
• RQ3 암호화 및 복호화 기능의 고정 시간 실행이 CCA2-TA에서 시간 기반 이점 방지에 기여하는가?
• RQ4 네트워크 전송 지연이 CCA2-TA 보안 모델에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ5 랜덤 오라클 모델은 CCA2-TA 하에서 보안을 증명하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 제안된 CCA2-TA 모델은 시간 측정 사이드 채널 유출을 반영한 실용적인 CCA2의 확장이다.
• 암호화 및 복호화가 모든 입력에 대해 고정 시간으로 실행될 경우, 암호화 시스템은 CCA2-TA 하에서 보안을 확보한다.
• 고정 시간 실행이 시행될 경우, 도전 암호문을 구분하는 데 있어 적대자의 이득은 무시 가능하다.
• 무효 입력조차도 고정 시간 내에 처리되어야 시간 기반 유출을 방지할 수 있다.
• 최악의 경우 시간을 고정 시간으로 사용하면 보안은 확보되지만 성능 저하가 발생할 수 있다.
• 모델은 랜덤 오라클 모델에서 공식적인 보안 증명을 지원하며, Cramer-Shoup와 같은 프로토콜이 이 확장된 위협 모델 하에서 보안을 확보함을 검증한다.