Meet-in-the-middle en una clave privada NTRU

Question

Me preguntaba si alguien me podría decir cómo representar la enumeración de los vectores de clave privite f en un Meet-in-the-middle en una clave privada NTRU. No puedo entender el ejemplo, se da aquí http://securityinnovation.com/cryptolab/pdf/NTRUTech004v2 .pdf Estaré muy agradecido si alguien podría mostrar un ejemplo en detalle.

Answer 1

(La revelación completa: Yo trabajo para la Innovación de seguridad y trabajó para NTRU hasta que SI nos adquirida)

Advertencia: ¡larga respuesta

mirada de Let en un ejemplo de juguete: N = 11, q = 29. La toma de Let df = 3, por lo que f consta de 3 coeficientes igual a 1 y 8 coeficientes igual a 0. Take dg = 5. Y asumen que h = g * f ^ {- 1} mod p, en lugar de utilizar las optimizaciones que tienen f = 1 + pF. Entonces podríamos tener

f = [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
finv = [16, 12, 4, 18, 17, 14, 9, 28, 8, 26, 3]
g = [1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0]
h = [15, 20, 1, 21, 4, 26, 14, 17, 25, 11, 12]

Se puede comprobar que f * h = g aquí.

El atacante quiere encontrar f, para que puedan hacer la búsqueda de fuerza bruta para df = 3. Se puede acelerar este proceso, tomando ventaja del hecho de que habrá algo de rotación de f que tiene un 1 en la primera posición , por lo que sólo tienen que consultar los (10) Seleccionar 2 posibles ubicaciones para los otros dos coeficientes distintos de cero de f. La búsqueda completa que realizan es la siguiente:

           f*h (=g)                                       f
[9, 18, 7, 13, 26, 22, 15, 28, 27, 24, 19]; [1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[23, 17, 4, 8, 16, 2, 3, 6, 10, 21, 11]; [1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[15, 2, 3, 5, 11, 21, 12, 23, 17, 4, 8]; [1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[12, 23, 17, 4, 8, 16, 2, 3, 5, 11, 20]; [1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
[24, 20, 9, 18, 7, 13, 26, 22, 14, 28, 27]; [1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
[2, 3, 6, 10, 21, 12, 23, 17, 4, 8, 15]; [1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[19, 10, 18, 7, 13, 26, 22, 14, 28, 27, 24]; [1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[28, 27, 25, 19, 10, 18, 7, 13, 25, 22, 14]; [1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0]
[18, 7, 13, 26, 22, 15, 28, 27, 24, 19, 9]; [1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[22, 14, 28, 27, 25, 19, 10, 18, 7, 13, 25]; [1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[14, 28, 27, 24, 20, 9, 19, 6, 14, 25, 22]; [1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[11, 20, 12, 23, 17, 4, 9, 15, 2, 3, 5]; [1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
[23, 17, 4, 8, 16, 1, 4, 5, 11, 20, 12]; [1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
[1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0]; [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[18, 7, 13, 26, 22, 14, 0, 26, 25, 19, 9]; [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[27, 24, 20, 9, 19, 6, 14, 25, 22, 14, 28]; [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0]
[17, 4, 8, 16, 2, 3, 6, 10, 21, 11, 23]; [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[28, 27, 24, 19, 10, 18, 7, 13, 26, 22, 14]; [1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[25, 19, 9, 18, 7, 13, 26, 22, 14, 0, 26]; [1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
[8, 16, 1, 3, 6, 10, 21, 12, 23, 17, 4]; [1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
[15, 28, 27, 24, 20, 9, 18, 7, 13, 26, 21]; [1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[3, 6, 10, 21, 12, 23, 17, 4, 8, 16, 1]; [1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[12, 23, 17, 4, 9, 15, 2, 3, 5, 11, 20]; [1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0]
[2, 3, 5, 11, 21, 12, 23, 17, 4, 8, 15]; [1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[17, 4, 8, 15, 2, 3, 6, 10, 21, 12, 23]; [1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
[0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1]; [1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
[7, 13, 26, 21, 15, 28, 27, 24, 20, 9, 18]; [1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[24, 20, 9, 18, 7, 13, 26, 21, 15, 28, 27]; [1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[4, 8, 16, 1, 4, 5, 11, 20, 12, 23, 17]; [1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0]
[23, 17, 4, 8, 16, 2, 3, 5, 11, 20, 12]; [1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[26, 22, 14, 28, 27, 24, 20, 9, 18, 7, 13]; [1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0]
[4, 5, 11, 20, 12, 23, 17, 4, 8, 16, 1]; [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0]
[21, 12, 23, 17, 4, 8, 16, 1, 3, 6, 10]; [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0]
[1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0]; [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0]
[20, 9, 18, 7, 13, 26, 22, 14, 28, 27, 24]; [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1]
[16, 2, 3, 5, 11, 20, 12, 23, 17, 4, 8]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0]
[4, 9, 15, 2, 3, 5, 11, 20, 12, 23, 17]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0]
[13, 26, 22, 14, 0, 26, 25, 19, 9, 18, 7]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0]
[3, 6, 10, 21, 12, 23, 17, 4, 8, 15, 2]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1]
[11, 21, 12, 23, 17, 4, 8, 15, 2, 3, 5]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0]
[20, 9, 19, 6, 14, 25, 22, 14, 28, 27, 24]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0]
[10, 18, 7, 13, 26, 22, 14, 28, 27, 24, 19]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1]
[8, 16, 2, 3, 6, 10, 21, 11, 23, 17, 4]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0]
[27, 25, 19, 10, 18, 7, 13, 25, 22, 14, 28]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1]
[7, 13, 26, 22, 15, 28, 27, 24, 19, 9, 18]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1]

Scan allí abajo, y se puede ver que aparece g en la fila 14, 26 y 34 de las 45 filas. (G aparece tres veces porque hay tres 1 de en F, por lo que hay tres rotaciones de f que tienen un 1 en la posición principal).

Ahora vamos a ver el ataque por encuentro a la media. El atacante utiliza la fórmula

(f1+f2) * h = g

so

f1*h = g - f2*h

El uso del correo [i] para decir el coeficiente de orden i de correo, esto significa que el atacante sabe que

(f1*h)[i] = - (f2*h)[i] + 0 or 1

Así que el atacante calcula todos los valores posibles de f1 * h. Llame a la lista resultante {G1}. A continuación, calcular f2 * h y para cada resultado g2, que ven si g2 es lo mismo que un G1 existente o si g2 difiere de cualquier G1 por no más de 1 de cada coeficiente . En otras palabras,

[3, 10, 12, 7]

coincidiría

[4, 10, 12, 8]

Hacerlo de esta manera, el atacante sólo necesita trabajo a través de los siguientes:

• Los 10 f1s con un 1 en la posición de liderazgo y un 1 en otro lugar
• Todos los 10 f2s con un solo 1 en cualquier posición que no sea el que lleva

Esto da la siguiente. He ordenan los listados de hacer los partidos más fáciles de detectar.

          f1*h = g1                                           f1
[00, 08, 26, 03, 16, 12, 05, 18, 17, 15, 09]     [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
[03, 16, 12, 04, 19, 17, 15, 09, 00, 08, 26]     [1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[06, 21, 22, 25, 01, 11, 02, 13, 07, 23, 27]     [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[07, 24, 27, 06, 21, 22, 25, 00, 11, 02, 13]     [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[11, 02, 13, 07, 24, 27, 06, 21, 22, 25, 00]     [1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[12, 05, 18, 17, 15, 09, 00, 08, 26, 03, 16]     [1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
[16, 12, 05, 18, 18, 14, 10, 28, 08, 26, 03]     [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0]
[19, 17, 15, 09, 00, 08, 26, 03, 16, 12, 04]     [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[26, 03, 16, 12, 05, 18, 18, 14, 10, 28, 08]     [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[27, 06, 21, 22, 25, 01, 11, 02, 13, 07, 23]     [1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

         -f2*h = g2                                          f2
[03, 15, 12, 04, 18, 17, 14, 09, 28, 08, 25]     [0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
[04, 18, 17, 14, 09, 28, 08, 25, 03, 15, 12]     [0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[08, 25, 03, 15, 12, 04, 18, 17, 14, 09, 28]     [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[09, 28, 08, 25, 03, 15, 12, 04, 18, 17, 14]     [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[12, 04, 18, 17, 14, 09, 28, 08, 25, 03, 15]     [0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[15, 12, 04, 18, 17, 14, 09, 28, 08, 25, 03]     [0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
[17, 14, 09, 28, 08, 25, 03, 15, 12, 04, 18]     [0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[18, 17, 14, 09, 28, 08, 25, 03, 15, 12, 04]     [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[25, 03, 15, 12, 04, 18, 17, 14, 09, 28, 08]     [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[28, 08, 25, 03, 15, 12, 04, 18, 17, 14, 09]     [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0]

Se puede ver que:

• línea 1 de partidos g1 con la línea 10 de g2, dando [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0]
• línea 2 de partidos g1 con la línea 1 de g2, dando [1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
• línea 6 de partidos g1 con la línea 5 de g2, dando [1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
• línea 7 de partidos g1 con la línea 6 de g2, dando [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0]
• línea 8 de cerillas g1 con la línea 8 de g2, dando [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
• línea 9 de partidos g1 con la línea 9 de g2, dando [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]

Hay 6 colisiones aquí porque hay 3 rotaciones con un 1 en la posición principal y para cada rotación hay dos maneras para elegir los otros dos coeficientes.

Así que un atacante tendría que hacer al respecto 45/3 = 15 trabajo para encontrar la llave con una búsqueda de fuerza bruta y alrededor del 10 trabajo para encontrar la llave con un meet-in-the-middle (un poco menos del 10 por a las rotaciones, pero no tengo una fórmula limpia a mano).

Hay varias optimizaciones, pero esto debe ser suficiente para darle la idea.

Una cosa que no he tratado hasta ahora es cómo mantener el tiempo de inactividad de búsqueda. Una forma sencilla de hacerlo es simplemente para ordenar los resultados como vas a lo largo. El tiempo de inserción o buscar una colisión con una entrada es de aproximadamente log_2 (tamaño del espacio de búsqueda). Por otra parte, en el costo de utilizar más memoria, es posible llevar este tiempo de búsqueda a una constante mediante la reserva de un bloque para cada valor posible de los primeros coeficientes de G1.

Espero que esto ayude. Déjeme saber si usted tiene alguna pregunta más.