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プリミティブとインターフェース

次に、（非公式に、より正式に）2 つの重要な Tink、Primitive、Interface で使用されている言語

基本ロール

プリミティブは、すべてのアルゴリズムに対応する数学的オブジェクト安全に実行できます。たとえば、AEAD プリミティブはすべての Tink が要求するセキュリティ特性を満たす暗号化アルゴリズム Aead の 1 つです。

プリミティブは、プログラミング言語や特定のソフトウェアにあります。プリミティブとは単に使用できます。たとえば、AEAD を考慮すると、基本的には暗号化を実行する関数と、暗号化を実行する関数、復号を実行します。

インターフェース

インターフェースとは、ユーザーがプリミティブにアクセスできるようにするための方法です。たとえば、Tink は将来的に Mac インターフェースを提供する予定です。さらに StreamingMac インターフェースも存在し、このインターフェースではメモリに直接読み込まれていないデータです

ここではインターフェースとプリミティブを明示的に区別しています。これにより、この 2 つのインターフェースが与える数学的オブジェクトがアクセス権は同じです。

正式な定義

ほとんどの読者は、上記の直感的な説明で十分でしょう。それでも、ときには正式な学びました。

暗号関数

暗号関数の概念は、暗号技術の概念ほど重要ではないただし、プリミティブを正式に定義するには導入する必要があります。

暗号関数

暗号関数は

\[ f: {\bf K} \times {\bf R} \times {\bf I} \to {\bf O}\]

集合 \({\bf K}\) （キースペース）、集合 \({\bf R} = \{0,1\}^{\infty}\) （ランダム性、つまり無限のビット文字列の集合と想定） set \({\bf I}\) （入力空間）を set \({\bf O}\) （出力空間）に設定します。

特定のランダム性パラメータを追加した理由は、後で明らかになります。

例として、これらのコンセプトをマッピングする方法の 1 つを示します。 AES-GCM有効なキーサイズ \(s_k\)、ノンスサイズ \(s_n\)、タグサイズごとに、 \(s_t\): AES-GCM は、2 つの暗号関数で構成されています。 1 つは暗号化用でもう 1 つは復号用ですどちらも同じキースペース \({\bf K} = \{0,1\}^{s_k}\)を持ちます。

暗号化関数 \(\mathrm{Enc}\)の場合、最初の \(s_n\) ビットはノンスの選択にランダム性が使用されます。

\({\bf B} = \{0,1\}^8\) はバイトを表します。暗号化関数の入力空間は、任意の長さのバイト文字列のペア \({\bf I} = {\bf B}^{*} \times {\bf B}^{*}\) です。ペアの最初の要素はメッセージであり、2 つ目の要素はメッセージです。関連付けられていますAES-GCM 標準では、長さに上限があります。任意の長さを許容し、代わりに特別な長さのエラー記号 \(\bot\) を出力スペースに追加します。出力空間は \({\bf O} = {\bf B}^* \cup \{\bot\}\)になります。ここで、成功した計算の数（標準、出力で指定される連結）と \((\mathrm{IV} \| \mathrm{ciphertext} \| \mathrm{tag})\) \(\bot\): 一部の入力が長すぎる場合。したがって、固定キーの場合、暗号化関数が \(\mathrm{Enc}_k : {\bf R} \times {\bf B}^* \times {\bf B}^* \rightarrow {\bf B}^* \cup \{\bot\}\)型になります。

復号関数では \(\mathrm{Dec}\) キースペースは同じです。「入力空間が偶発的に同じ: \({\bf I} ={\bf B}^* \times {\bf B}^*\)、最初の要素は暗号化関数の出力になります 2 つ目は関連データです

出力空間も偶然に \({\bf O} = {\bf B}^* \cup \{\bot\}\) なります。解釈は若干異なりますが、 as \(\bot\) は通常、認証エラーを示します（（一部の入力が長すぎる場合に備えて出力など）です。

上記の形式化が唯一の選択肢ではないことを強調しておきます。あります。たとえば、ノンスを入力の一部とみなすことができますが、（まったく異なるプリミティブが生成されます）。または、出力をノンスを含むトリプルとして定義することもできます。（連結ではなく）暗号テキスト、タグで構成されます。またはキースペースを（任意に）制限して、 \({\bf K} = \{0,1\}^{128} \cup \{0,1\}^{256}\)。

暗号アルゴリズム:

（対称）暗号アルゴリズムはタプル

\[(f_1, ... f_k)\]

すべての関数が同じ鍵空間を持つ暗号関数の集合です。「暗号アルゴリズムの型はタプル \((({\bf I}_1, {\bf O}_1), \ldots, ({\bf I}_k, {\bf O}_k))\)です。

たとえば、キー、ノンス、タグの \((s_k, s_n, s_t)\) 有効なトリプルごとに、 AES-GCM\({}_{s_k, s_n, s_t}\) という暗号化アルゴリズムで 2 つの関数 \(\mathrm{Enc}\) と \(\mathrm{Dec}\) 前述のとおりです。

プリミティブとインターフェース

次に、暗号プリミティブを定義します。

基本ロール: プリミティブとは、すべてのアルゴリズムが \((({\bf I}_1, {\bf O}_1), \ldots, ({\bf I}_k, {\bf O}_k))\)型が同じで、アルゴリズムのキースペースがペア単位で互いに素である。

例として、Tink の \(\mathrm{AEAD}\) プリミティブについて考えてみましょう。複数のその中には、鍵サイズが 128 ビットと 256 ビットの AES-GCM の 96 ビット AES-EAX（一部の鍵サイズ）、XChaCha20Poly1305 があります。持っている互いに素であるものの、どれも同じ暗号機能を提供する \(\mathrm{Enc}\) および \(\mathrm{Dec}\)。（どういうわけか目的がこの正式な議論では、AES-GCM の異なる鍵サイズをまとめていますが、できます）。

プリミティブの定義

プリミティブの通常の考え方としては、最初にそのプリミティブをすべての暗号関数とみなして、保護します。

たとえば、AEAD の場合、 \(\mathrm{Dec}_k(\mathrm{Enc}_k(m, a), a) = m\) は「always」とします。（ただし、たとえば平文が \(m\) 非常に。さらに、Google にはセキュリティ特性があります。たとえば暗号化は意味的に安全です。

AEAD プリミティブは、簡単に言えば、暗号アルゴリズムの集合体であり、次の条件を満たす必要があります。言い換えると、実際には、特定のサービスアカウントをプロパティに基づいて定義します。リストには、定義できます。

インターフェース

Tink のインターフェースは、次の意味でプリミティブへのアクセスを提供します。を使用して、入力空間から出力空間の要素を計算します。たとえば Java の AEAD インターフェースについて考えてみましょう。

public interface Aead {
  byte[] encrypt(byte[] plaintext, byte[] associated_data) throws GeneralSecurityException;
  byte[] decrypt(byte[] ciphertext, byte[] associated_data) throws GeneralSecurityException;
}

ランダム性にはアクセスできません。代わりにユーザーは入力空間の要素を提供します。ランダム性へのアクセスを禁止するには、コースを意図的に提供しています¹。

Tink は、1 つのプリミティブに複数のインターフェースを提供することがあります。要件が異なることがあるため、これは非常に便利です。それでも、代償が伴う: 一般に、提供するインターフェースが多ければ多いほど、相互運用性を確保できますたとえばユーザーが Tink に基づいてライブラリを記述し、 Aead オブジェクト（内部で暗号化するため）。Tink で提供される特典の数が多すぎる場合、インターフェースが異なるため、 \(\mathrm{AEAD}\) ユーザーがユーザーが選択したキーで機能するインスタンスの準備が整っていません。同時に使用できます。そのため、インターフェースを増やすことはトレードオフとなります。

AEAD 暗号には安全という特性がある特定の暗号テキスト攻撃に対して対抗できます。ノンスを再利用します。Tink の Aead インターフェースは、ノンスの再利用を防止します。ユーザーは、暗号化のための入力としてノンスを指定できません。暗号化オペレーションのたびに、新しいノンスがランダムに生成されます。 ↩