ITB kriptogrāfiskais isolators ar oficiālu uzticamības apliecinājumu

Ir izstrādāts ITB projekts, kas attīsta simetrisku kriptogrāfisko izolatoru, kas paredzēts standarta pseidojaunpārvaldēm (PRF) un hash primitīvām (AES, BLAKE2/3, Areion un citām) iekapsulēšanai kombinētajā un topoloģiskajā barjerā. Atšķirībā no klasiskajiem blokiem un straumēm, ITB arhitektūra koncentrējas uz iekšējā primitiva strukturālo izolāciju, novēršot diferenciālo un lineāro raksturlielumu izplatīšanos, algebrisko lineārzēšanu un tiešas kodēšanas izmantošanu SAT/SMT un MILP risinātājiem caur barjeras robežām. Kods ir uzrakstīts Go valodā ar zemāku līmeņu optimizācijām asamblejas valodā x86_64 un ARM64 (Aarch64) arhitektūrām un tas tiek izplatīts saskaņā ar Apache 2.0 licenci.

Datu pārveidošana ITB ir sadalīta divos saistītos līmeņos (Interlocked Barrier), ko pārvalda astoņi izolēti sēklu atslēgas (8-seed isolation) ar lokālo atslēgas evolūciju, izmantojot ķēdes hash (ChainHash). Pirmajā līmenī rangēšanas barjera (Rank Barrier) veic katra 48 bitu bloka (vai 168 bitu bloka 512 bitu primitīviem) atslēgas kombinatorisko permutāciju, izplatot atkšņu bitus trīs neatkarīgos reģionos, pamatojoties uz divu posmu kombināciju atrašanu pēc tā numura (sabalanizētā sadalījuma telpa C(48, 16) * C(32, 16) ir apmēram 2^70.20, un 168 bitu režīmā C(168, 56) * C(112, 56) — apmēram 2^258.60). Otrajā līmenī pikseļu barjera (Pixel Barrier) attēlo datus 8-bitu elementu režģī (8 kanāli ar 7 bitu datiem un 1 bitu pseidojaunpārvaldītu trošu katrā baitā) ar katra pikseļa atslēgas 7 bitu ciklisku pārvietošanu, 7 bitu kanālu maskēšanu un trošu pozīcijas atlasīšanu.

Galvenās projekta iezīmes:

• Eksperimentālā pārbaude izolācijas īpašībām ar apzināti nekriptogrāfiskiem primtīviem (stress-tests ar vājiem primitīviem). Repozitorijā ir iekļauts laboratorijas stends, kas iekšējai barjerai ievieto parasto hash funkciju FNV-1a. Pateicoties nelineārai kombinatoriskai reģistrācijai, baitu sadalījumam 7 bitu kanālu robežās (d/g(7, 8) = 1) un trokšņu bitu injekcijai katrā baitā, praktiskā atgriešanās vai risināmās SAT/SMT modeļa izveide ar atklātu un šifrētu tekstu tiek bloķēta jau sistēmas vienādojumu formulēšanas posmā.
• Mašīnu pārbaudīta formālā verifikācija valodā Lean 4. Visas 12 pamata matemātiskās, kombinatoriskās un bitu vektoru teorēmas konstrukcijā (kā arī pielietojuma shēma hibrīdā atslēgu 3-to-8 saskaņošanai no trim neatkarīgiem KEM kanāliem dokumentā APPS.md), kas aprakstītas dokumentā PROOFS.md, ir pilnībā pierādītas Lean 4, neizmantojot aksiomas un pierādījumu trūkumus.
• Iebūvēts kriptoanalītisko testēšanas rīku komplekts, kas ietver automatizētās pārbaudes: statistikas testu baterijas, algebriskās pakāpes un nelinearitātes novērtējums, sēklu izolācijas pārbaude, filtrējot trokšņu pozīcijas caur CCA orakulu un ievainojamību meklēšana ar ārējiem risinātājiem.
• Divi darbības režīmi: standarta autentificētais režīms (AEAD pēc MAC-Inside-Encrypt shēmas, kur imitas ievietojums tiek aprēķināts un šifrēts iekš konteineru) un plausibilās noliegšanas režīms, balstīts uz beznosacījumu kodēšanu COBS, kurā atšifrēšana ar nepareizu atslēgu sniedz sintaktiski pareigus datus bez kļūdas indikatora.
• Kopā ar ātrām modernos PRF (AES, BLAKE2/3, Areion) konstrukcija ir piemērota drošai ziņojumu apmaiņai, failu glabāšanai un tīkla VPN-tunelēšanai (pie grupveida paketu rindas papildus izmaksas formāts sastāda apmēram 15%). Lai pasargātu no uzbrukumiem caur ārējiem kanāliem, kodola izpilde notiek konstanta laika režīmā ar pilnīgu steka ietvarpunktu un procesora reģistru (GPR, XMM/YMM/ZMM, NEON) piespiedu notīrīšanu pēc izsaukumiem.
• x86_64 arhitektūrai ir realizēti assemblera kodoli, izmantojot BMI2 (PEXT/PDEP), AES-NI, VAES, AVX2 un AVX-512 norādījumus, bet ARM64 (Aarch64) — uz NEON, Crypto Extensions un SVE2 paplašinājumu pamata (ar pāreju uz tīru Go). Virs vienota C ABI (libitb3) ir sagatavotas saišu bibliotēkas 33 programmēšanas valodām.

Avots: opennet.lv