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El Paraíso de las Matemáticas - Criptotaller ~ Cifrado Skipjack (I)
.: Criptotaller :.
Cifrado Skipjack (I)

    Este artículo intenta explicar las verdaderas razones de la desclasificación del algoritmo Skipjack por el gobierno de EE.UU. algunos detalles sobre el algoritmo en sí y sus aplicaciones en la práctica a los chips Clipper y Capstone.

    Skipjack fue desarrollado por la NSA inicialmente para los chips Clipper y Capstone. Su diseño comenzó en 1985 y se completó su evaluación en 1990. Digamos algo más sobre los chips antes de comenzar con la descripción del algoritmo.

El chip Clipper

    Este chip, también conocido como MYK-78T , de diseño anti - manipulaciones (tamper- proof) del tipo VLSI, fue pensado para encriptar mensajes de voz. Lo manufactura VLSI Technologies y Mykotronx, Inc lo programa.

    El aspecto más controvertido del chip es, por supuesto, el protocolo de depósito de claves. Cada chip tiene una clave especial que no se usa para los mensajes, sino para encriptar una copia de la clave que el usuario utiliza para sus mensajes. Como parte del proceso de sincronización, el Clipper emisor genera y envía un “Law Enforcement Access Field (LEAF)” al Clipper receptor. El LEAF contiene una copia de la clave de sesión actual encriptada con una clave especial llamada unit key. Esto permite a un ‘cotilla’ del gobierno de EE.UU. recuperar la clave de la sesión y en consecuencia toda la conversación.

    Supuestamente el chip resistiría un intento de ingeniería inversa por un adversario sofisticado y con bastante dinero; pero se rumorea que en los Laboratorios Nacionales Sandia ya se ha hecho. Incluso aunque no fuera así, es de suponer que los mayores fabricantes de chips podrían realizar la ingeniería inversa de Clipper. Es sólo cuestion de tiempo que aparezca alguien con la combinación adecuada de recursos y (falta de) ética.

El chip Capstone

    Capstone, también conocido como MYK-80, es también un chip VLSI que implementa el EES (Escrowed Encryption System) e incorpora las siguientes funciones:

  • Uso del algoritmo Skipjack
  • Un algoritmo de intercambio de claves públicas (KEA)
  • Un algoritmo de firma digital (DSA)
  • El algoritmo de hash seguro (SHA)
  • Un algoritmo de uso común de tipo exponencial
  • Un algoritmo de generación de números aleatorios que utiliza una fuente pura de ruido.
    Capstone proporciona las funcionalidades criptográficas necesarias para el comercio electrónico y otras aplicaciones basadas en el ordenador. La primera aplicación del chip Capstone fue la tarjeta Fortezza.

El algoritmo

    Siguiendo con Skipjack, decir que es un cifrado simétrico que usa bloques de 64 bits y una clave de 80 bits. Como queda dicho se usaba en el programa Clipper, pero no tenía el depósito de claves (key escrow) incorporado (el depósito de claves era parte del mecanismo de intercambio de claves y no del cifrado de datos). Es un algoritmo de alto riesgo, lo que quiere decir que había un elevado riesgo de que fuera comprometido. Por tanto, es improbable que la NSA ponga en él sus diseños mas secretos (o inteligentes).

    Es más lento que Blowfish y alguna de las propuestas AES, pero aún así es el doble de rápido que DES en micros de 32 bits. Es rápido cuando se usa en tarjetas inteligentes y eficiente en hardware. Tampoco lleva tiempo la preparación de la clave. Si no fuera por que el tamaño de la clave es pequeño (80 bits), podríamos tenerlo en cuenta para nuestras aplicaciones.

    Skipjack es interesante sobre todo por su diseño. Es el primer algoritmo desarrollado por la NSA que podemos ver. La criptografía es una ciencia de adversarios. Alguien diseña un algoritmo, yo lo rompo. Yo diseño otro; alguien más lo rompe. Así es como aprendemos. Skipjack es un buen blanco, es un algoritmo diseñado usando metodologías secretas por una organización respetada.

    Skipjack es una red no equilibrada de Feistel (específicamente una construcción incompleta), pero es obviamente un producto de la criptografía militar. La criptografía académica esta basada fundamentalmente en el trabajo de Feistel a mediados de los 70 en IBM: redes SP y redes de Feistel. La criptografía militar comenzó con maquinas de rotor, y luego se generalizó a los registros de desplazamiento (shift registers). El diagrama de bloques y la descripción de Skipjack muestran claramente sus raíces en los registros de desplazamiento. Resulta fascinante que las dos formas de diseño estén convergiendo.

    Lo primero que se observa en Skipjack es su simplicidad. Hay pocos elementos de diseño, y pensándolo un poco puedes señalar cada uno de ellos y explicar porqué está allí. No hay constantes misteriosas. Hay 32 rondas y 32 rondas pueden esconder un montón de fallos, pero el diseño parece sólido.

    Y a la vez muy frágil. Algunos algoritmos son fuertes porque son de un tipo fuerte de algoritmo. Los algoritmos similares también serán fuertes, pero Skipjack no es así, es un único algoritmo fuerte en un mar de mediocridad. Haz casi cualquier modificación a Skipjack, incluso una pequeña y el resultado puede romperse. Podemos prever que los trabajos de criptoanálisis más interesantes vendrán del criptoanálisis de variantes de Skipjack.

    Algunas personas ya intentan criptoanalizar Skipjack. Sobre todo hemos visto rupturas de versiones modificadas del algoritmo, junto con explicaciones de por qué el ataque no funcionaría contra Skipjack propiamente dicho. Y Skipjack con menos rondas puede romperse, pero eso era de esperar.

    Finalmente, Skipjack no es una propuesta para AES (Advanced Encription System), no cumple las condiciones. AES es un cifrado de bloques de 128 bits; Skipjack usa 64 bits. AES puede utilizar claves de 128, 192 y 256 bits frente a los 80 bits de Skipjack. Creo que podría incrementarse el tamaño de bloque que utiliza Skipjack sin afectar a la seguridad; pero no hay una forma obvia de incrementar la longitud de la clave del algoritmo.

La desclasificación de Skipjack

    La NSA ha desclasificado Fortezza. Específicamente, han desclasificado Skipjack y KEA (un algoritmo para intercambio de claves públicas). SHA-1 (una función hash) y DSA (digital signature algorithm) son también parte de Fortezza pero ya eran públicos.

    No lo hicieron para ayudar a la industria ni a los criptógrafos ni a nadie. Lo hicieron para ayudarse a sí mismos porque tenían que protegerse de una equivocación.

    DMS (Defense Messaging System) es un sistema clasificado de mensajes por ordenador; más o menos como el e-mail, que utiliza tarjetas Fortezza PCMIA como medida de seguridad. Como algunos de los algoritmos de Fortezza estaban clasificados, las tarjetas con Fortezza tenían todos los controles físicos y características de resistencia a la manipulación que se necesitaban para proteger dichos algoritmos.

    Dentro de los protocolos DMS no hay manera de tener varios cifrados diferentes. S/MIME por ejemplo, define múltiples algoritmos, hay una variable en el mensaje S/MIME que dice al receptor qué algoritmos fueron utilizados para encriptar ese mensaje en particular.

    El problema surgió porque la NSA no podía instalar tarjetas Fortezza y lectores lo suficientemente deprisa. No sé si eran demasiado caras (*son* caras), si no podían aumentar la producción a suficiente velocidad o si instalar la infraestructura (lectores de tarjetas PCMCIA etc.) era demasiado problema para ellos. Estoy seguro de que contaban con tener lectores de PCMCIA en todos los ordenadores.

    Cualquiera que fuera la causa, la mayoría de la gente que necesitaba participar en DMS no tenía el hardware necesario. Si pudieran establecer un conjunto de algoritmos alternativos en DMS, entonces podrían distribuir una versión sólo de software con algoritmos no clasificados: triple-DES, Diffie-Hellman, etc. Cada terminal sabría si estaba comunicándose con un DMS con Fortezza habilitada o con un DMS sólo software y el problema desaparecería. Pero el DMS no podía permitir esto, o usas Skipjack/KEA o nada. Así que o eliminaban el cifrado o pasaban los algoritmos clasificados a software.

    Una vez que haces eso, también podrías desclasificarlo. El comportamiento del gobierno de EE.UU. ha sido simplemente hacer de la necesidad virtud.

Referencias:

Boletín Cryptogram num. 1, www.counterpane.com
Applied Cryptography, B.Schneier
Publicado originalmente en la Tribuna de Kriptopolis

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