ITB kryptografický izolátor s formálnym dôkazom spoľahlivosti

Bol projekt ITB, ktorý rozvíja symetrický kryptografický izolátor určený na obalenie štandardných pseudonáhodných funkcií (PRF) a hash primitív (AES, BLAKE2/3, Areion a iné) do prepojených kombinatorických a topologických bariér. Na rozdiel od klasických blokových a prúdových šifrovacích režimov, architektúra ITB sa zameriava na štrukturálnu izoláciu vnútorného primitívu, čím zabraňuje šíreniu diferencovaných a lineárnych charakteristík, algebrickej linearizácii a priamym kódovaniu pre SAT/SMT a MILP solverov cez hranice bariéry. Kód je napísaný v jazyku Go s nízkoúrovňovými optimalizáciami v assembleri pre architektúry x86_64 a ARM64 (Aarch64) a je distribuovaný pod licenciou Apache 2.0.

Transformácia dát v ITB je rozdelená na dve prepojené úrovne (Interlocked Barrier), spravované ôsmymi izolovanými kľúčovými semenami (8-seed isolation) s lokálnou evolúciou kľúča prostredníctvom reťazca s priamym spojením (ChainHash). Na prvej úrovni vykonáva bariéra hodnotenia (Rank Barrier) kľúčovú kombinatorickú permutáciu každého 48-bitového bloku (alebo 168-bitového bloku pre 512-bitové primitívy), rozdeľujúc bity otvoreného textu do troch nezávislých regiónov na základe dvojkrokového hľadania kombinácie podľa jeho čísla (premiestnenie vyvážených rozdelení C(48, 16) * C(32, 16) je približne 2^70.20 a v 168-bitovom režime C(168, 56) * C(112, 56) je približne 2^258.60). Na druhej úrovni pixelová bariéra (Pixel Barrier) mapuje dáta na mriežku 8-bytových prvkov (8 kanálov s 7 bitmi dát a 1 bitom pseudonáhodného šumu v každom byte) s pixelovým kľúčovým 7-bitovým cyklickým posunom, maskovaním 7-bitových kanálov a výberom polohy šumového bitu.

Hlavné vlastnosti projektu:

• Experimentálna overenie izolujúcich vlastností na predpokladaných nekryptografických funkciách (stress-test so slabými primitívami). V rámci repozitára je zahrnutá laboratórna stanica, ktorá vkladá do bariéry bežnú hash funkciu FNV-1a. Vďaka nelineárnemu kombinatorickému rozranžovaniu, rozdeľovaniu bytov na hraniciach 7-bitových kanálov (HNS(7, 8) = 1) a injekcií šumových bitov do každého bytu je praktické spätné volanie alebo vytvorenie riešiteľnej SAT/SMT modelu podľa otvoreného a šifrovaného textu blokované už na fáze formulovania systému rovníc.
• Automatizovaná formálna verifikácia v jazyku Lean 4. Všetky 12 základných matematických, kombinatorických a bitových teórií konštrukcie (ako aj aplikačný schéma hybridného súhlasu kľúčov 3-to-8 z troch nezávislých KEM kanálov v APPS.md), opísané v dokumente PROOFS.md, sú úplne dokázané v Lean 4 bez použitia axióm a vynechania dôkazov.
• Zabudovaný nástroj na kryptoanalyzátorské testovanie, vrátane automatizovaných kontrol: štatistické batérie testov, hodnotenie algebre stupňa a nelinearity, overenie izolácie seedov pri filtrácii pozícií šumu cez CCA-orakel a vyhľadávanie zraniteľností pomocou externých riešiteľov.
• Dva režimy prevádzky: štandardný autentifikačný režim (AEAD podľa schémy MAC-Inside-Encrypt, kde sa imitačná vložka počíta a šifruje vnútri kontajnera) a režim pravdepodobného popretia (Plausible Deniability) na základe bezpodmienečného kódovania COBS, pri ktorom dešifrovanie ľubovoľným nesprávnym kľúčom vydáva syntakticky správne dáta bez indikátora chyby.
• V spojení s rýchlymi modernými PRF (AES, BLAKE2/3, Areion) je konštrukcia vhodná na zabezpečenú výmenu správ, ukladanie súborov a sieťové VPN-tunely (pri skupinovom paketovom poradení sú náklady na formát približne 15%). Na ochranu pred útokmi prostredníctvom stranových kanálov sa jadro vykonáva počas konštantného času (constant-time) s úplným núteným vyčistením zásobníkových rámcov a procesorových registrov (GPR, XMM/YMM/ZMM, NEON) po volaniach.
• Pre architektúru x86_64 sú implementované assemblerové jadrá s použitím inštrukcií BMI2 (PEXT/PDEP), AES-NI, VAES, AVX2 a AVX-512, a pre ARM64 (Aarch64) — na základe rozšírení NEON, Crypto Extensions a SVE2 (s prenosom späť na čistý Go). Napriek jednotnému C ABI (libitb3) sú pripravené obalové knižnice pre 33 programovacích jazykov.

Zdroj: opennet.ru