criptare rapidă cu o singură cheie și decriptare rapidă cu mai multe chei secvenţial

Există un astfel de mecanism de criptare și decriptare: Având în vedere o criptare C = E(K1, M), unde K1 este cheia de criptare și M este text simplu, trebuie să aplice decriptarea cu două chei K2 și K3 secvenţial pentru a recupera M, că este D(K3, D(K2, C)) = M. Având în vedere un K1, este ideal să se genereze un număr nelimitat de perechi K2 și K3 pentru a asigura încredere distribuită. Criptarea și decriptarea nu trebuie să fie prea lentă pentru cantități mai mari de date, deci se preferă cifrarea simetrică.

Alternativ, există o modalitate de a genera trei secvențe de numere aleatoare R1(K1), R2(K2), R3(K3) din trei chei/semințe K1, K2, K3, astfel încât R1(K1) = R2(K2) XOR R3 ( K3)? Daca da, problema de mai sus poate fi si rezolvata.

Sunt conștient de Threshold ElGamal sau de altă criptografie cu cheie publică pentru criptografia cu mai multe părți, dar sunt prea lente, în comparație cu cibernetica simetrică, cum ar fi RC4.

Permiteți-mi să descriu povestea într-un alt mod: Alice își încarcă datele într-un nod Bob, mai târziu Carol îl întreabă pe Bob și descarcă datele lui Alice. Mai multe considerente de proiectare:

1. Datele lui Alice vor fi criptate în timp ce sunt încărcate pe Bob sau sunt preluate de Carol;
2. Nici Carol, fie Bob nu vor putea niciodată să decripteze singuri datele lui Alice;
3. Datele pot fi foarte mari, prin urmare sunt necesare criptarea și decriptarea rapidă;
4. Este posibil ca Alice să nu fie întotdeauna online;
5. Este acceptabil să presupunem că Bob și Carol nu se vor înțelege, dar ar fi mai bine dacă un mecanism de audit (cum ar fi Blockchain) poate fi proiectat pentru a se asigura că Bob și Carol nu vor coopera fără autorizația Alicei.

Alternativ, există o modalitate de a genera trei secvențe de numere aleatoare R1, R2, R3 din trei chei K1, K2, K3, astfel încât R1 XOR R2 XOR R3 = 0?

Partea aceea este ușoară; putem defini doar:

$$R1 = \text{SHAKE}(K1) \oplus \text{SHAKE}(K2)$$ $$R2 = \text{SHAKE}(K3) \oplus \text{SHAKE}(K1)$$ $$R3 = \text{SHAKE}(K2) \oplus \text{SHAKE}(K3)$$

(Unde $\text{SHAKE}$ poate fi, de exemplu, funcția de ieșire extensibilă; adică o funcție care convertește o preimagine într-un șir de biți de lungime arbitrară).

Individual (și perechi), $R1, R2, R3$ toate par aleatorii (presupunând că cheile nu pot fi ghicite), totuși ele xor reciproc la 0 așa cum ați cerut.

Propunere care vizează 1/2/3/4 din ultima secțiune a întrebării: criptare hibridă înlănțuită.

Vom folosi

• O schemă de criptare autentificată simetrică rapidă, cum ar fi AES-GCM sau ChaCha20-Poly1305 cu cheie secretă de 256 de biți, criptare cu cheie $K$ remarcat $C=E_K(M)$ și decriptare $M=D_K(C)$.
• O schemă de criptare asimetrică capabilă să cripteze mesaje pe 256 de biți, cu criptarea notă $C=\mathcal E_P(M)$ și decriptare $M=\mathcal D_S(C)$, Unde $(P,S)$ este o pereche de chei (publică, privată/secretă). RSAES-OAEP sau ECIES se va face.

Presupunem că Bob și Carol au generat perechi de chei $(P_B,S_B)$ și $(P_C,S_C)$, și chei publice transmise $P_B$ și $P_C$ lui Alice într-un mod care să asigure integritatea și dovada originii (poate, prin intermediul certificatelor digitale).

Pentru a cripta către Carol prin proxy a lui Bob, Alice

• trage două chei aleatoare de 256 de biți $K_B$ și $K_C$
• calculează $C_B=\mathcal E_{P_B}(K_B)$
• calculează $C_C=\mathcal E_{P_C}(K_C)$
• calculează $C_0=E_{K_B}(C_C)$
• calculează $C_1=E_{K_C}(M)$
• îi trimite lui Bob mesajul $C=C_B\mathbin\|C_0\mathbin\|C_1$.

Bob primește și depozitează $C$. Când Carol solicită mesajul criptat, Bob

• extracte $C_B$, $C_0$ și $C_1$ din $C$
• calculează $K_B=\mathcal D_{S_B}(C_B)$
• calculează $C_C=D_{K_B}(C_0)$
• formează și trimite lui Carol $C'=C_C\mathbin\|C_1$.

Carol primește $C'$ și

• extracte $C_C$ și $C_1$ din $C'$
• calculează $K_C=\mathcal D_{S_C}(C_C)$
• calculează $M=D_{K_C}(C_1)$

Ori de câte ori o decriptare eșuează, Bob sau Carol abandonează.

Observați că mesajul în bloc $M$ este criptat o singură dată, îndeplinind cerințele de performanță.

Putem înlocui schema de criptare asimetrică cu una simetrică, $(P_B,S_B)$ cu intrebarea $K_2$ și $(P_C,S_C)$ cu întrebările $K_3$ (și apoi, ca o parte, sistemul poate fi simplificat pentru a scăpa de el $K_B$). Dar, devenind simetric, pierdem beneficiul criptografiei asimetrice: că Alice nu trebuie să păstreze nimic secret și nu poate folosi un astfel de secret pentru a încerca să descifreze alte comunicări trimise lui Bob sau Carol.