Процедура оценки NESSIE

Как писалось выше, процесс оценки NESSIE принимает во внимание следующие элементы: безопасность, производительность и статус интеллектуальной собственности. Примерно на полпути в проект был принят новый этап. На данном этапе было выбрано подмножество материалов для более детальной оценки во 2-ом этапе. Ниже мы обсудим оценку безопасности и эффективности и инструменты данной оценки.

Оценка безопасности

Первый шаг оценки состоит из основных проверок, таких как соответствие условиям конкурса, работа с программным обеспечением, наличие очевидных слабостей и т. д. Цель этой первоначальной проверки состоит в обеспечении того, чтобы материалы были указанных в последовательной и убедительной форме в срок на ноябрь 2000 года, что является жизненно важным для правильной оценки безопасности и означает, что алгоритмы имеют полное описание. Этот процесс требовал обеспечения взаимодействия с отправителями.

Следующий внутренний этап (ноябрь 2000) заключался в оценке каждого предложения в деталях. Важным принципом, которым придерживались в ходе оценки, являлся тот, что если один из проверяющих принимал участие в разработке примитива, то он не должен был участвовать в оценке, при этом все оценки дважды проверяются вторым проверяющим проекта. Если существенные недостатки были обнаружены и подтверждены, в целях оптимизации ресурсов проекта, оценка предложения останавливалась.

Далее, открытый семинар был организован в Egham (Великобритания) 12-13 сентября 2001 года для обсуждения безопасности и производительности анализа представленных материалов. На семинаре присутствовали представители проекта NESSIE, участники конкурса, представители NESSIE PIB и члены криптографического сообщества.

После окончания семинара был опубликован полный доклад об оценке безопасности (D13 [19]). Данный документ давал общее представление о характерных атаках на различные типы алгоритмов. Кроме того, для каждого симметричного алгоритма он представлял краткое описание, требования безопасности разработчиков, описание уязвимостей и известных атак. Часть, посвященная асимметричным алгоритмам, содержала обсуждение предположений безопасности, модели безопасности, а также методологии оценки безопасности. Для каждого алгоритма, краткое описание сопровождалось обсуждением доказуемой безопасности (свойства безопасности доказаны в соответствии с условиями и предположениями), а также конкретные проблемы безопасности.

По окончанию семинара было отобрано определенное количество алгоритмов (для более подробной информации см. п. 4.2.). Начиная со второй половины проекта, отобранные алгоритмы оценивались более детально (см., например, [23, 24]). Результаты второго этапа были представлены на открытом семинаре 6-7 ноября 2002 года в Мюнхене (Германия).

Оценка эффективности

Оценка эффективности является неотъемлемой частью оценки криптографических алгоритмов. Кандидаты тестируются на нескольких платформах (ПК, смарт-карты, специальные аппаратные средства) и в различных приложениях. Некоторые приложения имеют жесткие временные ограничения (например, программы оплаты, сотовые телефоны), для других приложений, важна высокая пропускная способность (например, высокая скорость сети, шифрования жестких дисков).

Первая платформа принималась для сравнения производительности алгоритмов на справедливой и равной основе. Она был использована для оценки всех представленных кандидатов. Прежде всего, был создан теоретический подход. Каждый алгоритм разбивался на три части: установки (не зависящие от ключа и данных), предварительные вычисления (зависят от данных, например ключей) и сам алгоритм (который должен вводиться повторно при каждом использовании). Следующим был определен набор из четырех тестовых платформ, на которых мог быть проверен каждый кандидат. К этим платформам относились: смарт-карты, 32-разрядные ПК, 64-битных процессоры и программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС).

Далее были определены правила описывающие, как именно должна измеряться производительность на этих платформах. Параметры выполнения зависят от платформы и могут включать в себя: память, быстродействие, размер кода, площадь кристалла и потребление энергии. В части смарт-карт, приняты во внимание будут только следующие параметры, в порядке убывания важности: использование памяти, скорость, размер кода. На ПК, ОЗУ имеет очень незначительное влияние, по этому, главное внимание уделяется скорости. На ПЛИС, рассматривалась пропускная способность, задержка, площадь кристалла и энергопотребление. К сожалению, ограниченные ресурсы проекта не позволили оценить проблемно – ориентированные интегральные микросхемы (ASIC), но вполне возможно, что команды не участвующие в проекте могли бы предложить свою помощь в оценке некоторых алгоритмов.

Проект также рассмотрит сопротивление реализации к физическим атакам, таким как расчет времени атаки [13], анализ ошибок [3, 5], и анализ мощности [14]. Для не постоянных по времени алгоритмов (зависимость по данным или ключевая зависимость, асимметрия между шифрованием и дешифрованием) зависимость по данным или ключевая зависимость будут проанализированы, в другие элементы, которые будут приняты во внимание, входят разница между шифрованием и дешифрованием, а также между подписью и операцией проверки. Для симметричных алгоритмов, скорость ключа также будет рассмотрена.

Этот подход позволил определить, как тест и сценарий повторного ввода ключа зависит от платформы испытаний. Дешевые смарт-карты будут использованы только для блочных шифров, MAC, хэш-функций, потоковых шифров, поколения псевдослучайных чисел, а также схем идентификации.

Для того чтобы в рамках проекта NESSIE представить информацию об эффективности на постоянной основе, был разработан "Шаблон" производительности. Цель этого шаблона является сбор информации о производительности представленных кандидатов. Первая часть описывает параметры, такие как размер слова, требования к памяти, размер ключа и размер кода. Следующими основными анализируемыми операциями являются такие как сдвиг / поворот, поиск по таблице, перестановки, умножения, дополнения, модульные сокращения, возведение в степень, инверсии. Далее описываются характер и скорость предварительных вычислений (установка, список ключей и т.д.). Элементы, зависящие от ключей, определяют на входе, является ли код постоянно временным или нет. Когда это возможно, исследуются альтернативные представления алгоритмов.

Так же было разработано специальное программное обеспечение для автоматизированного тестирования производительности ПК и рабочих станций. Статус оценки эффективности представлен в [25].

Инструменты

Совершенно очевидно, что в сфере криптоанализа, современные компьютеры и сложные программные средства не могут заменить человека. Тем не менее, программные средства могут играть важную роль в современном криптоанализе. В большинстве случаев обнаруженные криптоаналитиками атаки требуют большого числа вычислений, следовательно, фактическое вычисление атак выполняется именно на компьютере. Однако программное обеспечение и специальные программные инструменты могут быть неотъемлемой частью успешного поиска способа атаки симметричного криптографического алгоритма; примером можно считать дифференциальный и линейный криптоанализ, зависимость тестов и статистических тестов.

В проекте NESSIE, мы выделяем два класса инструментов. Общие инструменты анализа не являются специфичными для алгоритмов. Специальные инструменты, являющиеся специфическими для анализа одного алгоритма, используются, когда в ходе криптоанализа данного алгоритма, возникает необходимость такого инструмента.

Для оценки симметричных алгоритмов, в проекте имеется полный набор общих инструментов. Эти средства частично основаны на улучшенных версиях инструментов, разработанных для проекта RIPE (RACE Integrity Primitives Evaluation) [26]. Испытания включают более 20 статистических тестов.

Проект NESSIE также разрабатывает новый универсальный инструмент для анализа блочных шифров с дифференциальным [2] и линейным криптоанализом [17]. Этот инструмент основан на общем языке описания для блочных шифров.

Данное программное обеспечение не будет доступно за пределами проекта, но все результаты, полученные с помощью этих инструментов, будут обнародовано во всех деталях.