Ataque bumerangue

Em criptografia, o ataque bumerangue é um método para a criptoanálise de cifra de bloco com base em criptoanálise diferencial. O ataque foi publicado em 1999 por David Wagner, que o usou para quebrar a cifra COCONUT98.

O ataque bumerangue permitiu novos caminhos de ataque para muitas cifras, anteriormente consideradas, seguras de criptoanálise diferencial.

Refinamentos sobre o ataque bumerangue foram publicados: o ataque bumerangue amplificado e o ataque retângulo.

Devido à semelhança de uma construção Merkle – Damgård com uma cifra de bloco, este ataque também pode ser aplicável em certas funções hash (como MD5).^[1]

O ataque

O ataque bumerangue é baseado em criptoanálise diferencial. Na criptoanálise diferencial, um invasor explora como as diferenças na entrada de uma cifra (o texto simples) podem afetar a diferença resultante na saída (o texto cifrado). É necessário um "diferencial" de alta probabilidade (ou seja, uma diferença de entrada que produzirá uma diferença de saída provável) que cubra toda, ou quase toda, a cifra. O ataque de bumerangue permite o uso de diferenciais que cobrem apenas parte da cifra.

O ataque tenta gerar uma estrutura chamada de "quarteto" em um ponto no meio da cifra. Para este efeito, digamos que a ação de criptografia, E, da cifra pode ser dividida em duas etapas consecutivas, E₀ e E₁, de modo que E(M)=E₁(E₀(M)), onde M é alguma mensagem de texto simples.

Suponha que temos dois diferenciais para os dois estágios:

Δ \to Δ^{*}

para E₀, e

\nabla \to \nabla^{*}

para E₁⁻¹ (a ação de descriptografar E₁).

O ataque básico procede da seguinte forma:

Escolher um texto simples aleatório $P$ e calcular $P^{'} = P \oplus Δ$ ,

solicitar que sejam criptografados $P$ e $P^{'}$ para obter $C = E (P)$ e $C^{'} = E (P^{'})$ ,

calcular $D = C \oplus \nabla$ e $D^{'} = C^{'} \oplus \nabla$ ,

solicitar que $D$ e $D^{'}$ sejam descriptografados para obter $Q = E^{- 1} (D)$ e $Q^{'} = E^{- 1} (D^{'})$ e

comparar $Q$ e $Q^{'}$ . Quando os diferenciais se mantêm, $Q \oplus Q^{'} = Δ$ .

Aplicação em cifras específicas

Um ataque em KASUMI, uma cifra de bloco usada em 3GPP, é um ataque de chave relacionada retângular que quebra as oito rodadas completas da cifra mais rápido do que a pesquisa exaustiva (Biham, 2005). O ataque requer 2^54,6 textos simples escolhidos, cada um dos quais criptografado sob uma das quatro chaves relacionadas, e tem uma complexidade de tempo equivalente à 2^76,1 criptografias KASUMI.

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