Hybrid Encryption in the Multi-User Setting

This paper presents an attack in the multi-user setting on various public-key encryption schemes standardized in IEEE 1363a, SECG SEC 1 and ISO 18033-2. The multi-user setting is a security model proposed by Bellare et al., which allows adversaries to simultaneously attack multiple ciphertexts created by one or more users. An attack is considered successful if the attacker learns information about any of the plaintexts. We show that many standardized public-key encryption schemes are vulnerable in this model, and give ways to prevent the attack. We also show that the key derivation function and pseudorandom generator used to implement a hybrid encryption scheme must be secure in the multi-user setting, in order for the overall primitive to be secure in the multi-user setting. As an illustration of the former, we show that using HKDF (as standardized in NIST SP 800-56C) as a key derivation function for certain standardized hybrid public-key encryption schemes is insecure in the multi-user setting

A framework for cryptography algorithms on mobile devices

Mobile communication devices have become a popular tool for gathering and disseminating information and data. With the evidence of the growth of wireless technology and a need for more flexible, customizable and better-optimised security schemes, it is evident that connection-based security such as HTTPS may not be sufficient. In order to provide sufficient security at the application layer, developers need access to a cryptography package. Such packages are available as third party mobile cryptographic toolkits or are supported natively on the mobile device. Typically mobile cryptographic packages have reduced their number of API methods to keep the package lightweight in size, but consequently making it quite complex to use. As a result developers could easily misuse a method which can weaken the entire security of a system without knowing it. Aside from the complexities in the API, mobile cryptography packages often do not apply sound cryptography within the implementation of the algorithms thus causing vulnerabilities in its utilization and initialization. Although FIPS 140-2 and CAPI suggest guidelines on how cryptographic algorithms should be implemented, they do not define the guidelines for implementing and using cryptography in a mobile environment. In our study, we do not define new cryptographic algorithms, instead, we investigate how sound cryptography can be applied practically in a mobile application environment and developed a framework called Linca (which stands for Logical Integration of Cryptographic Architectures) that can be used as a mobile cryptographic package to demonstrate our findings. The benefit that Linca has is that it hides the complexity of making incorrect cryptographic algorithm decisions, cryptographic algorithm initialization and utilization and key management, while maintaining a small size. Linca also applies sound cryptographic fundamentals internally within the framework, which radiates these benefits outwards at the API. Because Linca is a framework, certain architecture and design patterns are applied internally so that the cryptographic mechanisms and algorithms can be easily maintained. Linca showed better results when evaluated against two mobile cryptography API packages namely Bouncy Castle API and Secure and Trust Service API in terms of security and design. We demonstrate the applicability of Linca on using two realistic examples that cover securing network channels and on-device data.Dissertation (MSc (Computer Science))--University of Pretoria, 2007.Computer ScienceMScunrestricte

On the Security of the PKCS#1 v1.5 Signature Scheme

The RSA PKCS#1 v1.5 signature algorithm is the most widely used digital signature scheme in practice. Its two main strengths are its extreme simplicity, which makes it very easy to implement, and that verification of signatures is significantly faster than for DSA or ECDSA. Despite the huge practical importance of RSA PKCS#1 v1.5 signatures, providing formal evidence for their security based on plausible cryptographic hardness assumptions has turned out to be very difficult. Therefore the most recent version of PKCS#1 (RFC 8017) even recommends a replacement the more complex and less efficient scheme RSA-PSS, as it is provably secure and therefore considered more robust. The main obstacle is that RSA PKCS#1 v1.5 signatures use a deterministic padding scheme, which makes standard proof techniques not applicable. We introduce a new technique that enables the first security proof for RSA-PKCS#1 v1.5 signatures. We prove full existential unforgeability against adaptive chosen-message attacks (EUF-CMA) under the standard RSA assumption. Furthermore, we give a tight proof under the Phi-Hiding assumption. These proofs are in the random oracle model and the parameters deviate slightly from the standard use, because we require a larger output length of the hash function. However, we also show how RSA-PKCS#1 v1.5 signatures can be instantiated in practice such that our security proofs apply. In order to draw a more complete picture of the precise security of RSA PKCS#1 v1.5 signatures, we also give security proofs in the standard model, but with respect to weaker attacker models (key-only attacks) and based on known complexity assumptions. The main conclusion of our work is that from a provable security perspective RSA PKCS#1 v1.5 can be safely used, if the output length of the hash function is chosen appropriately

The Cryptographic Protocol for Management and Approval of Document Versions

Tato práce se zabývá návrhem a implementací systému pro spravování a verzování elek- tronických dokumentů. V první části jsou popsány aplikace se stejným nebo podobným zaměřením. Druhá část obsahuje popis bezpečnosti informace a představuje bezpečnostní model nad kterým je aplikace vybudována. Třetí část popisuje navržený systém a jeho typické použití formou sekvenčního diagramu. Ve čtvrté části je představen kryptografický protokol použitý v této práci, postavený na kryptografii veřejných klíčů. Dále následuje popis implementace a analýza bezpečnosti navrženého systému. Výstupem práce je kryptografický protokol pro správu a verzování dokumentů a aplikace typu klient-server implementující tento protokol.This work deals with design and implementation of the system for document management and versioning. The first part contains description of related work. In the second part, information security concepts and security model, upon which application is build, is discussed. Third part contains description of designed system and its typical use in a form of sequence diagram. Fourth part introduces cryptographic protocol used in this work. Next follows the description of implementation and security analysis of developed system. The output of this work is cryptographic protocol for document management and versioning, and client-server application implementing this protocol.

Entwurf und prototypische Realisierung einer Architektur zur flexiblen Verschlüsselung von XML-Daten

Im Rahmen dieser Arbeit ist auf Basis einer sorgfältigen Prüfung existierender Literatur zu kryptografischen Verfahren und sowohl einer Analyse bestehender Ansätze zur Verschlüsselung von XML-Dokumenten, als auch unter Nutzung bestehender Standards für XML-Technologien, eine Architektur zur flexiblen Verschlüsselung von XML-Daten erstellt worden. Ausgehend von Einsatz-Szenarien wurden dazu Anforderungen an das gewünschte System definiert. Anhand dieser Anforderungen wurde systematisch eine vollständige Spezifikation zur Verschlüsselung von XML-Daten hergeleitet. Weiterhin ist eine erweiterbare und generische Architektur zur Verarbeitung von XML-Daten spezifiziert worden. Auf dieser aufbauend, wurde eine Architektur für die flexible Ver- und Entschlüsselung von XML-Daten erstellt. Diese Architekturen und ihre Komponenten sind generisch, wobei für die prototypische Realisierung exemplarisch eine konkrete Auswahl dieser Komponenten implementiert wurde. Für die Verschlüsselung wurde dazu auf die zuvor erstellte Spezifikation zurückgegriffen und deren relevante Teile implementiert. Anschliessend wurden Experimente durchgeführt, die einen Eindruck von der Leistungsfähigkeit der Architektur gegeben haben. Insgesamt haben sich die Erwartungen an die Architektur mehr als erfüllt. Stehen Transformationen als verwendbare Klassen bereit, die auf dem DOM operieren, so ist es leicht möglich, diese in das DPF einzubetten, wie z.B. beim Verschlüsselungs-Prozessor geschehen. Damit ist eine sehr gute Erweiterbarkeit gegeben. Da die Arbeitsweise eines Transformations-Prozessors sowohl direkt durch übergebene Argumente aus dem DPS als auch durch die Verwendung von Annotationen gesteuert werden kann, kann die Verarbeitung von Dokumenten sehr flexibel und auch feingranular erfolgen. Die Möglichkeit, Annotationen aus mehreren DAS-Dokumenten zu aggregieren, erlaubt eine verteilte Pflege dieser Dokumente. Mit der Möglichkeit, mehrere Prozessoren direkt nacheinander eine Eingabe bearbeiten zu lassen, wird die Flexibilität nochmals gesteigert. Denn wenn die Prozessoren als Komponenten zur Verfügung stehen, können diese stets aufs Neue kombiniert werden. Vor allem der Ansatz, dass alle zur Verarbeitung und Steuerung relevanten Daten in Form deklarativer Beschreibungen erfolgen, die den Bedürfnissen jedes Prozessors angepasst sind, macht das System zu einem mächtigen Instrument. Zudem werden dadurch keine tiefergehenden Programmierkenntnisse benötigt. So entfällt auch die Notwendigkeit, Änderungen des gewünschten Transformations-Ergebnisses durch Änderungen im Quelltext des erzeugenden Programms vorzunehmen. Dadurch sind insgesamt den Möglichkeiten zur Verarbeitung von XML-Dokumenten kaum Grenzen gesetzt. Notwendige Anpassungen bleiben zumeist auf eine oder wenige Komponenten beschränkt, was Änderungen leichter ermöglicht. Dabei hat sich wieder einmal der flexible und trotzdem mächtige Ansatz der Kette von Werkzeugen (Chain of Tools) bewährt. Auch die Spezifikation zur Verschlüsselung von XML-Daten konnte alle Erwartungen erfüllen. Alle eingangs gestellten Anforderungen sind damit ausnahmslos darstellbar. Insbesondere betrifft dies die partielle und feingranulare Verschlüsselung von XML-Daten, sowie die hierarchische und damit einhergehende Super-Verschlüsselung. Rückblickend kann gesagt werden, dass das wissenschaftliche Fundament in Form von kryptografischen Grundlagen zwar sehr gut ist, aber die darauf aufbauenden höherwertigen Dienste und Architekturen aus wissenschaftlicher Sicht bisher kaum Beachtung gefunden haben. So wird zwar die Verschlüsselung von ganzen Daten-Objekten zwischen zwei Empfängern gut beherrscht, aber eine feingranulare Verschlüsselung, bei der Daten an grosse dynamische Empfängergruppen in offenen Systemen vertraulich übermittelt werden, hat bisher keine Beachtung gefunden. In der vorliegenden Arbeit werden diese Probleme adressiert, wobei aber nicht für alle eine abschliessende Lösung präsentiert werden konnte, da dies den Rahmen der Arbeit gesprengt hätte. Vielleicht ist es gerade die fehlende wissenschaftliche Durchdringung, die es so schwierig macht, geeignete Standards für die Verschlüsselung von XML-Dokumenten zu etablieren. Denn wenn man betrachtet, wie lange schon beim W3C über die Verschlüsselung diskutiert und daran gearbeitet wird, so kann es einen nur verwundern, dass nicht greifbarere Ergebnisse vorliegen. Ende Juli, also kurz vor Abschluss der vorliegenden Arbeit, ist bei Recherchen noch ein wissenschaftlich fundierteres Papier aufgetaucht, das auf einer Konferenz im Juni dieses Jahres vorgestellt wurde. Es beschreibt eine Document Security Language (DSL), die auf XSLT beruht und eine Architektur zur Verschlüsselung von XML-Dokumenten [85]. Da die Nähe zu dieser Arbeit gross ist, soll sie hier noch kurz vergleichend betrachtet werden. Die dort beschriebene Architektur und die Sprache bietet auch die Verschlüsselung auf feingranularer Ebene. Aber sie ist nicht erweiterbar und kennt auch kein generisches Meta-Daten-Konzept, so dass sie hinter den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit deutlich zurückfällt. Zudem beruht sie auf der vorne schon im Zusammenhang mit der Verwendung von XSLT kritisierten Arbeit in [48]. Sie trägt dazu im Bereich der Verschlüsselung nicht viel Neues bei. Allerdings weist sie einige interessante Ansätze im Bereich der Infrastrukturen auf [85, Abschnitt 3.2]. Um diese könnte die hier vorgestellte Architektur der Verschlüsselungs-Prozessoren ergänzt werden, denn dieses Gebiet wurde in der Arbeit ausgespart

Law and Policy for the Quantum Age

Law and Policy for the Quantum Age is for readers interested in the political and business strategies underlying quantum sensing, computing, and communication. This work explains how these quantum technologies work, future national defense and legal landscapes for nations interested in strategic advantage, and paths to profit for companies