配对密码的攻击Breaking pairing-based cryptosystems using ηT pairing over GF(397)
密码芯片的物理攻击与防护对策
微电子学研究所 微电子与纳电子学系
近年来，涉及信息安全的密码芯片面临着越来 越严重的安全性挑战，已经出现了各种不同层次、 不同水平的攻击手段，概括起来主要可以划分为以 下几种： （1）窃听攻击方法（Eavesdropping） （2）软件攻击方法（Software Attacks） 非破坏 性攻击 破坏性 攻击
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物理攻击手段的主要步骤： （1）获取相关的密码电路芯片，这是对其实施各种 物理攻击的必要前提； （2）利用机械切割或化学腐蚀手段，打开芯片的封 装结构，再辅以聚焦离子束等微区刻蚀技术，对其 关键引出端口（例如电源、时钟信号，各种控制、 地址与数据信号总线以及芯片内部预留的测试焊盘 等）重新进行超声键合； （3）给密码电路芯片重新加载，必要时可以采用外 部的时钟和地址信号发生器，首先对密码芯片内部 的各类不挥发存储器直接进行访问和扫描读出，获 得其相关的存储信息；
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内容提要 密码芯片面临的安全性挑战 各种常见的物理攻击技术分析 针对不同物理攻击手段的防护对策 总结与展望
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物理攻击手段所需的主要设备条件： 进行密码芯片的物理攻击必须具备一定的硬件设 备条件，主要包括：化学腐蚀工作台、微区探针测试 台、超声压焊机、光学共焦显微镜、扫描电子显微镜 （SEM）、聚焦离子束（FIB）设备、激光微区切割 设备、微区精密定位装置（微动工作台）、CCD摄 像机、多通道示波器、时钟信号发生器、图形发生器、 逻辑分析仪、直流稳压电源，以及一台用于各种信号 采集和数据处理的高性能计算机。
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关于芯片表面物理防护的等级： • 普通的钝化保护：通常为二氧化硅、氮化硅等绝缘 介质或聚酰亚胺等高分子聚合物材料，其特点是工 艺技术兼容性好、寄生效应小、物理化学性质稳定， 存在问题是材料本身透明、易于腐蚀去除； • 中等的物理防护：表面可以选用合适的难熔金属薄 膜等不透明材料，能够抵御各种可见光、X射线、 红外线、紫外线的穿透，存在问题是可能会带来较 大的寄生效应，对于FIB刻蚀也是无能为力的； • 先进的物理防护：坚固、不透明材料，能够耐受各 种酸、碱溶液腐蚀且难以去除（或者在去除的同时 将引起芯片内部器件或电路结构的破坏），工艺技 术兼容性好、寄生效应小（？？？）。
常见的密钥种子算法
常见的密钥种子算法
常见的密钥种子算法包括PBKDF2（Password-Based Key Derivation Function 2）、Scrypt和Argon2等。
这些算法用于将密码转换为一个散列值作为密钥，其中PBKDF2和Scrypt是常用的密码基础密钥派生函数（Password-Based Key Derivation Function，简称KDF）。
PBKDF2是一种基于密码的单向函数，通过输入密码、盐值、迭代次数和摘要函数等信息，生成一个固定长度的密钥。
PBKDF2算法的安全性取决于密码的强度和盐值的随机性，以及迭代次数的设置。
Scrypt是一种记忆性密钥派生函数，它要求大量的内存和CPU计算资源，使得暴力破解的成本变得非常高昂。
Scrypt通过设置高参数值来增加计算复杂度，从而使得攻击者难以通过穷举或字典攻击等方式破解密钥。
Argon2是一种基于时间复杂度恒定的密码哈希函数，它适用于需要安全存储密码的场景。
Argon2具有可配置的安全参数，能够根据实际情况调整计算复杂度和内存占用，以平衡性能和安全性。
这些密钥种子算法在密码学中有着广泛的应用，可以用于生成加密密钥、验证用户身份、保护敏感数据等场景。
选择合适的密钥种子算法能够提高系统的安全性，防范恶意攻击。
对于蓝牙配对协议的攻击方法
Abstract. Bluetooth is a widely deployed standard for wireless communications between mobile devices. It uses authenticated Elliptic Curve Diffie-Hellman for its key exchange. In this paper we show that the authentication provided by the Bluetooth pairing protocols is insufficient and does not provide the promised MitM protection. We present a new attack that modifies the y-coordinates of the public keys (while preserving the x-coordinates). The attack compromises the encryption keys of all of the current Bluetooth authenticated pairing protocols, provided both paired devices are vulnerable. Specifically, it successfully compromises the encryption keys of 50% of the Bluetooth pairing attempts, while in the other 50% the pairing of the victims is terminated. The affected vendors have been informed and patched their products accordingly, and the Bluetooth specification had been modified to address the new attack. We named our new attack the “Fixed Coordinate Invalid Curve Attack”. Unlike the well known “Invalid Curve Attack” of Biehl et. al. [2] which recovers the private key by sending multiple specially crafted points to the victim, our attack is a MitM attack which modifies the public keys in a way that lets the attacker deduce the shared secret.
2020年大学生网络安全知识竞赛精选题库及答案(共120题)
2020年大学生网络安全知识竞赛精选题库及答案（共120题）1. 下面属于对称算法的是（B ）A. 数字签名B. 序列算法C. RSA 算法D. 数字水印2. PGP 加密技术是一个基于体系的邮件加密软件。
（A ）A. RSA 公钥加密B. DES 对称密钥C. MD5 数字签名D. MD5 加密3. 为了防御网络监听，最常用的方法是（B ）A. 采用物理传输（非网络）B. 信息加密C. 无线网D. 使用专线传输4. 以下生物鉴定设备中具有最低的误报率的是（A ）A. 指纹识别B. 语音识别C. 掌纹识别D. 签名识别5. 以下鉴别机制不属于强鉴别机制的是（B ）凤凰制版科技KJ2016565 170*240 四校姜2016/8/31 93 青少年网络信息安全知识竞赛题库A. 令牌+ 口令B. PIN 码+ 口令C. 签名+ 指纹D. 签名+ 口令6. 有三种基本的鉴别的方式: 你知道什么，你有什么，以及（C ）A. 你需要什么B. 你看到什么C. 你是什么D. 你做什么7. 家里可在ATM 机上使用的银行卡是双重鉴定的形式是因为（B ）A. 它结合了你是什么和你知道什么B. 它结合了你知道什么和你有什么C. 它结合了你控制什么和你知道什么D. 它结合了你是什么和你有什么8. 下列能够满足双因子认证的需求的方法是（A ）A. 智能卡和用户PINB. 用户ID 与密码C. 虹膜扫描和指纹扫描D. 用户名和PIN9. 下列有关防火墙局限性描述不正确的是（C ）A. 防火墙不能防范不经过防火墙的攻击B. 防火墙不能解决来自内部网络的攻击和安全问题C. 防火墙不能对非法的外部访问进行过滤D. 防火墙不能防止策略配置不当或错误配置引起的安全威胁10. 对称密钥密码体制的主要缺点是（B ）A. 加、解密速度慢B. 密钥的分配和管理问题C. 应用局限性D. 加密密钥与解密密钥不同11. 以下对信息安全问题产生的根源描述最准确的一项是（D ）A. 信息安全问题是由于信息技术的不断发展造成的B. 信息安全问题是由于黑客组织和犯罪集团追求名和利造成的C. 信息安全问题是由于信息系统的设计和开发过程中的疏忽造成的D. 信息安全问题产生的内因是信息系统的复杂性，外因是对手的威胁与破坏12. 确保信息没有非授权泄密，是指。
哈希传递攻击原理
哈希传递攻击原理哈希传递攻击（Hash-based Credential Stuffing，简称HBC）是一种网络攻击哈希传递攻击（Hash-based Credential Stuffing，简称HBC）是一种网络攻击手段，主要针对在线身份验证系统。
在这种攻击中，攻击者利用用户在多个网站上共享的密码哈希值来尝试在其他网站上进行登录。
这种攻击方法的基本原理如下：1. 首先，攻击者需要获取一个有效的用户名和对应的哈希密码。
这可以通过多种途径实现，例如暴力破解、从其他泄露的数据集中获取等。
2. 一旦攻击者获得了一个有效的用户名和哈希密码，他们就可以开始尝试在其他网站上使用相同的用户名和密码进行登录。
由于许多网站使用相同的哈希算法和盐值（salt），因此攻击者只需要计算一次哈希值，就可以在多个网站上进行尝试。
3. 如果攻击者在一个网站上成功登录，那么他们就可以访问该用户的账户信息，包括电子邮件、社交媒体账户等。
这使得攻击者可以进一步进行钓鱼攻击、社交工程攻击等，以获取更多的敏感信息。
为了防范哈希传递攻击，网站开发者可以采取以下措施：1. 对密码进行加盐处理：为每个用户的密码添加一个随机生成的盐值，并在哈希计算时将盐值与密码一起使用。
这样，即使两个用户使用相同的密码，他们的哈希值也会因为盐值的不同而不同。
2. 使用更强大的哈希算法：选择一种抗碰撞性更强的哈希算法，如bcrypt、scrypt或Argon2，以降低攻击者通过暴力破解获得有效哈希值的可能性。
3. 实施多因素认证：要求用户在登录时提供额外的身份验证信息，如短信验证码、指纹识别等。
这样可以增加攻击者实施哈希传递攻击的难度。
4. 监控异常登录行为：实时监控用户的登录行为，检测到异常登录行为时立即采取措施，如锁定账户、通知用户等。
WPA密钥破解实验
Lab-8无线安全之WPA密钥破解金玉其外败絮其中WPA 全名为Wi-Fi Protected Access，有WPA 和WPA2两个标准，是一种保护无线电脑网络（Wi-Fi）安全的系统，它是应研究者在前一代的系统有线等效加密（WEP）中找到的几个严重的弱点而产生的。
WPA 实作了IEEE802.11i 标准的大部分，是在802.11i 完备之前替代WEP 的过渡方案。
WPA 的设计可以用在所有的无线网卡上，但未必能用在第一代的无线取用点上。
WPA2 实作了完整的标准，但不能用在某些古老的网卡上。
本章给大家介绍如何破解WPA密钥加密以及如何防范被破解WPA加密的相关知识。
首先还是先给大家介绍一下WPA的加密原理以及算法。
1 WPA密钥加密1.1WPA加密原理在WPA的设计中要用到一个802.1X认证服务器来散布不同的钥匙给各个用户；不过它也可以用在较不保险的"pre-shared key" (PSK) 模式，让每个用户都用同一个密语。
Wi-Fi联盟把这个使用pre-shared key的版本叫做WPA个人版或WPA2 个人版，用802.1X认证的版本叫做WPA 企业版或WPA2 企业版。
WPA 的资料是以一把128 位元的钥匙和一个48 位元的初向量(IV) 的RC4stream cipher来加密。
WPA 超越WEP 的主要改进就是在使用中可以动态改变钥匙的“临时钥匙完整性协定”（Temporal Key Integrity Protocol，TKIP），加上更长的初向量，这可以击败知名的针对WEP 的金钥撷取攻击。
除了认证跟加密外，WPA 对于所载资料的完整性也提供了巨大的改进。
WEP 所使用的CRC（循环冗余校验）先天就不安全，在不知道WEP 钥匙的情况下，要篡改所载资料和对应的CRC 是可能的，而WPA 使用了称为"Michael" 的更安全的讯息认证码（在WPA 中叫做讯息完整性查核，MIC）。
pairing group 密码学
Pairing Group 密码学
"Pairing" 在密码学中通常指的是一种双线性配对（bilinear pairing），它是一种在椭圆曲线密码学和其他代数结构中非常重要的工具。
双线性配对允许我们在不同的数学对象之间建立一种特殊的关系，这种关系在构建安全、高效的密码学协议中起到了关键作用。
在基于配对的密码学（Pairing-Based Cryptography）中，双线性配对被用于设计各种密码学原语，如数字签名、密钥交换协议和零知识证明等。
这些协议通常比传统的公钥密码学方案（如RSA或ECC）具有更高的安全性和效率。
具体来说，配对密码学中的双线性配对具有以下性质：
1.双线性：对于给定的配对函数e，以及椭圆曲线上的点P、Q和
R，以及标量a和b，有e(aP,bQ) = e(P,Q)^ab = e(abP,Q) = e(P,abQ)。
2.非退化性：对于椭圆曲线上的随机点P和Q，e(P,Q)以很高的概
率不为1。
3.可计算性：对于给定的配对函数e和椭圆曲线上的点P和Q，
e(P,Q)的值可以有效地计算出来。
这些性质使得双线性配对在密码学中具有广泛的应用。
例如，基于配对的身份基加密（Identity-Based Encryption, IBE）允许用户使用其身份（如电子邮件地址）作为公钥，而无需进行证书管理或公钥基础设施（PKI）的维护。
此外，配对密码学还在匿名凭证系统、访问控制和安全多方计算等领域发挥了重要作用。
密码学部分习题及答案
*1.2 被动和主动安全威胁之间有什么不同？被动攻击的本质是窃听或监视数据传输；主动攻击包含数据流的改写和错误数据流的添加。
*1.3 列出并简要定义被动和主动安全攻击的分类。
被动攻击包含信息内容泄露和流量分析。
信息内容泄露：信息收集造成传输信息的内容泄露。
流量分析：攻击者可以决定通信主机的身份和位置，可以观察传输的消息的频率和长度。
这些信息可以用于判断通信的性质。
主动攻击包括假冒、重放、改写消息、拒绝服务。
假冒：指某实体假装成别的实体。
重放：指将攻击者将获得的信息再次发送，从而导致非授权效应。
改写消息：指攻击者修改合法消息的部分或全部，或者延迟消息的传输以获得非授权作用。
拒绝服务：指攻击者设法让目标系统停止提供服务或资源访问，从而阻止授权实体对系统的正常使用或管理。
2.1 对称密码的基本因素是什么。
对称密码的基本因素包括明文、加密算法、秘密密钥、、密文、解密算法2.5 什么是置换密码置换密码是保持明文的字母不变，但是顺序被重新排列*2.6差分分析（differential cryptanalysis）是一种选择明文攻击，其基本思想是：通过分析特定明文差分对相对应密文差分影响来获得尽可能大的密钥。
它可以用来攻击任何由迭代一个固定的轮函数的结构的密码以及很多分组密码（包括DES），它是由Biham和Shamir于1991年提出的选择明文攻击。
2.9 分组密码和流密码的区别在流密码中，加密和解密每次只处理数据流的一个符号。
在分组密码中，将大小为m的一组明文符号作为整体进行加密，创建出相同大小的一组密文。
典型的明文分组大小是64位或者128为。
*2.11 DES是什么DES是数据加密标准的简称，它是一种是用最为广泛的加密体质。
采用了64位的分组长度和56位的密钥长度。
它将64位的输入经过一系列变换得到64位的输出。
解密则使用了相同的步骤和相同的密钥。
2.13 简述对称密码的优缺点优点：效率高，算法简单，系统开销小；适合加密大量数据；明文长度与密文长度相等。
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4. Individual Logarithm
Computing logarithm of a target element using logarithms of factor bases. We used special-Q descent method.
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ASIACRYPT 2012
Dec. 3, 2012
676-bit (n=71)
Bit-size
Previous Record
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Achieved Record
Dec. 3, 2012
Security of PBC using ηT pairing over GF(3n)
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ASIACRYPT 2012
Dec. 3, 2012
ηT pairing over GF(3n)
• Supersingular elliptic curve defined by
E: y2=x3-x+b (b∈{1,-1})
• ηT pairing:
G1: Prime order subgroup of E(GF(3n)) G2: Prime order subgroup of GF(36n)* #G1 = #G2 ηT(P,[a]P)= ηT([a]P, P)= ηT(P,P)a (P∈G1) DLP on G1 can reduced to DLP on G2.
• Large prime variation:
#(Factor base of degree 6) ≈ 130,000,000, #(Factor base of degree smaller than 6) ≈ 6,000,000. ⇒ Omit sieving on factor base of degree 6.
6n κ b log s mod (3 1)/(3 1) j g j
(s j is corresponded to p j , y t j FA (B))
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ASIACRYPT 2012
Dec. 3, 2012
Collecting Relations 2/2
1. Lattice sieve • Find many pairs (r,s) which is B-smooth pair with high probability, called candidates, w/o factoring. • (r,s) is represented as: (r,s) = c(r1,s1) + d(r2,s2) (c,d∈GF(3κ)[x]). • rm+s (resp. (-r)dHH2(x,-s/r)) is divisible by special-Q when special-Q is chosen from FR(B) (resp. FA(B)). • We chose special-Q from FR(6)/FR(5) (degree of special-Q is 6). 2. Smoothness test • For each candidate, check it is B-smooth pair or not.
j p j
B-smooth
b
(r)dH H2 (x,s/r)
p j ,y t j FA (B)
• For each B-smooth pair (r,s), we obtain a relation:
pi FR (B)
ailoggpi
p j ,y t j FA (B)
2. Collecting Relations
Collecting relations between logarithms of factor bases.
3. Linear Algebra
Computing logarithms of factor bases via solving a linear system constructed by relations.
• Classification of sieving of degree 5:
Omit waste computations by classifying the sieving of degree 5.
• Optimization of register usage and computations • etc…
Linear Algebra 3/3
2. Filtering
Singleton-clique Make as many singletons as possible by deleting non-important equations. Merge Make singletons by row eliminations with keeping weight small enough. Main part of linear algebra phase We used parallel Lanczos method
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Dec. 3, 2012
Our Target: n=97
• E: y2=x3-x+1 • #G1 = #G2 = P151 =
2726865189058261010774960798134976187171462721
(151-bit prime) • DLP on G1 = ECDLP on E(GF(397)) Complexity: 275, infeasible • DLP on G2 = DLP over GF(36・97) (923-bit) Complexity: 253 [Our work in ISPEC2012] solvable…?
e 36ni/κ ei modP151
i 0
κ 1
⇒ store (e0, e1, ..., eκ-1) instead of e∈ZP151 In our case (κ = 3): triplet (e0, e1, e2)
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Dec. 3, 2012
•Hale Waihona Puke Omitting sieving on factor base of degree 1:
Timing of sieving of degree 1 is about 1.5 - 2 times slower than others. ⇒ Omit sieving on factor base of degree 1.
• M is large and sparse matrix. • Each non-zero element is small (at most 8 bits). • The computation was done modulo P151.
ASIACRYPT 2012 Dec. 3, 2012
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Compute complete solution vector using singleton and partial solution vector.
ASIACRYPT 2012 Dec. 3, 2012
3. Solving reduced linear system
4. Backward substitution
Breaking Paring-Based Cryptosystems using ηT pairing over GF(397)
Takuya Hayashi†
Joint work with Naoyuki Shinohara‡ Takeshi Shimoyama* and Tsuyoshi Takagi†
Collecting Relations 1/2
• Collect many B-smooth pairs (r,s)∈(GF(3κ)[x])2:
deg(r) R, deg(s) S, gcd(r,s) 1, r : monic rm s
p i FR (B) ai p i
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Dec. 3, 2012
Function Field Sieve
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Dec. 3, 2012
Overview
1. Polynomial Selection
Setting polynomials, parameters and factor bases FR(B), FA(B).
Linear Algebra 2/3
1. Galois action
Select f∈GF(3κ)[x] as all coefficients of f are in GF(3). → For φ: a ↦ a36n/κ, φ(x) ≡ x mod (f) loggφ(p) = 36n/κloggp = loggp’ mod P151 κ variables can be compressed to 1 variable. Each non-zero element becomes larger
loggp1 (1) b #FA (B) log p g #FR (B) , v loggs1 (R) b #FA (B) loggs #F (B) A
(R: #(relations))
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Experimental Results
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• Solving DLP over GF(36n): Function field sieve Efficient for small characteristics 1/3+o(1)] Complexity: L36n[1/3, (32/9) ( LQ[s,c]=exp(c log(Q)s log(log(Q))(1-s)) )