Speck

Continuando no assunto de criptografia hoje o assunto é o Speck. Gosto muito dela… para qualquer que não precisa de segurança.

O Speck é uma cifra de bloco, ou seja, é uma função que toma uma chave e uma entrada e ela retorna uma versão criptografada desta entrada. Esse processo também pode ser invertido. O resultado é tal que, mantendo a chave, uma pequena diferença na entrada resulta em uma grande diferença no bloco, em oposição uma cifra de stream onde isso não ocorre.

Em geral os dois tipos de cifras usam vetores de inicialização para evitar problemas relativos a descobrir a entrada com base em comparações das saídas, porém em situações onde as entradas são menores que o tamanho dos blocos e a entradas nunca se repetem, as cifras de bloco permitem dispensar o uso desses vetores, o que permite uma redução na quantidade de dados transmitida.

Ele não é só uma cifra, mas uma família. Se for implementada corretamente ela suporta blocos de 32, 48, 64, 96 e 128 bit, com chaves variando entre 64 bits e 256 bits. Além disso é simples de implementar: a minha implementação dele tem apenas 81 linhas (incluindo linhas em branco, comentários e funções auxiliares) e suporta todas as variações dessa família de cifras. Uma implementação mais simplificada, implementando apenas uma cifra da família, pode ser implementada em 24 linhas de JavaScript.

Agora, qual é o problema do Speck? Por que eu não uso ele em situações que precisam de segurança? São vários problemas! O primeiro problema é desde que ela foi criada pela NSA e publicada em 2013, ainda que ninguém tenha publicado um ataque completo à cifra, a reputação da cifra é péssima! Ela não conseguiu ser padronizada pela ISO, foi removida do kernel do Linux e foi alvo de várias críticas.

O outro problema é fácil de ser notado: o tamanho dos blocos é pequeno demais. Isso facilita vários tipos de ataques. Um bloco de 32 bits, por exemplo, só permite 4.2 bilhões de entradas diferentes, o que parece muito, mas não é. Um bloco de 128 bit, que é tão comum que estou usando ele exatamente agora para acessar o meu editor, é 10^28 vezes mais seguro.

Mesmo assim eu gosto do Speck! A forma que ele trabalha permite que os blocos sejam de qualquer tamanho múltiplo de 2 bits, então posso usar um bloco de 12 bits se eu quiser. Além disso o tamanho da chave é limitado apenas pelo número de ciclos da operação, então posso usar chaves de 512 bits se eu quiser. Duvido que seja seguro, mas é uma melhoria enorme.

Se não estão entendendo, eis um exemplo prático:

  • A lista de erros da Crunchyroll tem milhares de imagens cadastradas, cada uma é representada internamente por um número;
  • Alguns erros não são publicados seja porque não era realmente um erro ou porque cadastrei antes do episódio estar disponível para não-assinantes1;
  • Se eu publicasse o número interno das imagens seria possível descobrir facilmente quantos erros eu já cadastrei no total, incluindo os que não foram publicados;
  • Usando o Speck posso manter estes erros ocultos transformando o número da imagem - algo como “123” - em um código como “RD5JM2”;
  • Esse código é o número representado como um bloco de 30 bits, processado pelo Speck e codificado em Base32. Como cada caractere nesse formato representa 5 bits o código usa 6 caracteres. Como o tamanho máximo do bloco é 30 bits, posso cadastrar até um pouco mais de um bilhão de erros.

Imagino que não seja muito difícil inverter a operação e descobrir os números originais das imagens: tentar as 10^18 chaves possíveis, considerando que o Speck é absurdamente rápido, não deve demorar muito. Se fizermos um benchmark simples a minha implementação processa 7 milhões de chaves por segundo, uma mais otimizada deve processar cem vezes isso, alguém atacando a chave provavelmente usaria umas cinquenta máquinas em paralelo, assim a chave poderá ser quebrada em menos de um ano.

É isso o que tenho para hoje, até semana que vem!

  1. É um exercício adicional para o leitor entender o motivo real deste problema. 

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