ITB-Kryptographischer Isolator mit formellem Nachweis der Zuverlässigkeit

Das ITB-Projekt wurde vorgestellt, das einen symmetrischen kryptographischen Isolator entwickelt, der dafür ausgelegt ist, standardmäßige pseudo-zufällige Funktionen (PRF) und Hash-Primitiven (AES, BLAKE2/3, Areion und andere) in eine gekoppelte kombinatorische und topologische Barriere zu hüllen. Im Gegensatz zu klassischen Block- und Stream-Verschlüsselungsmodi zielt die ITB-Architektur auf die strukturelle Isolation des internen Primitivs ab und verhindert die Ausbreitung von differentiellen und linearen Eigenschaften, algebraischer Linearisation sowie direkter Kodierungen für SAT/SMT- und MILP-Löser durch die Barrieregrenzen. Der Code ist in Go geschrieben und enthält niedrigstufige Optimierungen in Assembler für die Architekturen x86_64 und ARM64 (Aarch64) und wird unter der Apache 2.0-Lizenz verteilt.

Die Datenumwandlung in ITB ist in zwei gekoppelte Ebenen (Interlocked Barrier) unterteilt, die von acht isolierten Schlüssel-Saats (8-seed isolation) mit lokaler Schlüsselerweiterung über eine Kaskade mit direkter Verbindung (ChainHash) gesteuert werden. Auf der ersten Ebene führt die Rangbarriere (Rank Barrier) eine kombinatorische Schlüsselauswechslung für jedes 48-Bit-Block (oder 168-Bit-Block für 512-Bit-Primitiven) durch, indem sie die Bits des Klartexts in drei unabhängige Bereiche verteilt, basierend auf einer zweistufigen Kombinationsermittlung anhand seiner Nummer (der Raum der balancierten Partitionen C(48, 16) * C(32, 16) beträgt etwa 2^70.20, und im 168-Bit-Modus C(168, 56) * C(112, 56) - etwa 2^258.60). Auf der zweiten Ebene zeigt die Pixelbarriere (Pixel Barrier) die Daten auf einem Raster von 8-Byte-Elementen (8 Kanäle mit jeweils 7 Bits Daten und 1 Bit pseudo-zufälligem Rauschen in jedem Byte) mit einer pixelweisen 7-Bit-Key-Zyklischen Verschiebung, Maskierung der 7-Bit-Kanäle und Auswahl der Position des Rauschbits.

Die Hauptmerkmale des Projekts:

• Experimentelle Überprüfung der Isoliereigenschaften an eindeutig nicht-kryptographischen Funktionen (Stresstest mit schwachen Primitiven). Das Repository enthält einen Laborstand, der eine gewöhnliche Hash-Funktion FNV-1a innerhalb der Barriere einführt. Aufgrund der nichtlinearen kombinatorischen Rangordnung, der Aufteilung von Bytes an den Grenzen der 7-Bit-Kanäle (ggT(7, 8) = 1) und der Einspeisung von Rauschbits in jedes Byte wird der praktische Zugriff oder die Erstellung eines lösbaren SAT/SMT-Modells für den Klartext und den verschlüsselten Text bereits in der Phase der Formulierung des Gleichungssystems blockiert.
• Maschinenüberprüfte formale Verifikation in der Sprache Lean 4. Alle 12 grundlegenden mathematischen, kombinatorischen und bitvektor-Theoreme der Konstruktion (sowie das angewandte Hybrid-Schema zum Schlüsselübereinstimmung 3-to-8 aus drei unabhängigen KEM-Kanälen in APPS.md), die im Dokument PROOFS.md beschrieben sind, wurden vollständig in Lean 4 ohne Verwendung von Axiomen und Beweisübertragungen bewiesen.
• Eingebautes Werkzeug zur kryptanalytischen Testung, einschließlich automatisierter Prüfungen: statistische Testbatterien, Bewertung der algebraischen Gradzahl und Nichtlinearität, Überprüfung der Isolation von Seeds durch Rauschspositionsselektion über den CCA-Orakel und Auffindung von Schwachstellen durch externe Solver.
• Zwei Betriebsmodi: Standard-Authentifizierungsmodus (AEAD nach dem MAC-Inside-Encrypt-Schema, wo der Tag innerhalb des Containers berechnet und verschlüsselt wird) und der Modus der plausiblen Abstreitbarkeit (Plausible Deniability) basierend auf bedingungsloser Kodierung COBS, bei dem die Entschlüsselung mit einem beliebigen falschen Schlüssel syntaktisch korrekte Daten ohne Fehlerindikator ausgibt.
• In Kombination mit modernen schnellen PRFs (AES, BLAKE2/3, Areion) ist die Konstruktion geeignet für sicheren Nachrichtenaustausch, Dateispeicherung und Netzwerktunnel (bei gruppierter Paketwarteschlange betragen die Formatkosten etwa 15%). Zum Schutz vor Angriffen durch Seitenkanäle werden die Kerne in konstanter Zeit (constant-time) mit vollständiger erzwungener Bereinigung der Stack-Frames und Prozessorregister (GPR, XMM/YMM/ZMM, NEON) nach Aufrufen durchgeführt. VPNFür die x86_64-Architektur wurden assemblerkernbasierte Implementierungen mit BMI2-Instruktionen (PEXT/PDEP), AES-NI, VAES, AVX2 und AVX-512 realisiert, während für ARM64 (Aarch64) auf Basis der NEON-, Crypto Extensions- und SVE2-Erweiterungen (mit tragbarem Rollback auf purem Go) gearbeitet wird. Über eine einheitliche C ABI (libitb3) wurden Bindings für 33 Programmiersprachen vorbereitet.
• Das ITB-Projekt entwickelt einen symmetrischen kryptographischen Isolator, der für das Wrapping standardmäßiger Pseudozufallsfunktionen (PRF) und Hash-Primitiven (AES, BLAKE2/3, Areion und andere) in verketteter Form vorgesehen ist.

Quelle: opennet.ru