2015年是密碼學應用標志性的一年，2016年或許沒有那么絢麗奪目，但全世界的研究人員仍在繼續(xù)精進密碼技術。

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TLS 1.3 設計完成

2016年密碼學最大的實踐發(fā)展，就是安全傳輸層協(xié)議(TLS) 1.3 版。TLS是應用廣泛的重要加密協(xié)議，也是安全互聯(lián)網(wǎng)通信的基礎。在數(shù)百位研究人員和工程師長達數(shù)年的鉆研之后，新的TLS設計從密碼學的角度看終于可被認為是完工了。該協(xié)議如今支持Firefox、Chrome和Opera。雖然看起來像是個小版本升級，TLS 1.3 卻是 TLS 1.2 的重大再設計(1.2版已存世8年有余)。事實上，最富爭議的問題之一，是要不要改個名字來表明 TLS 1.3 所做的重大改進呢?

用戶從哪兒感受到 TLS 1.3 ?速度!TLS 1.3 就是為速度而生，尤其是大幅減少了重復連接時數(shù)據(jù)發(fā)送前的網(wǎng)絡往返通信數(shù)量，最低可減至1次往返(1-RTT)乃至0次。這些理念之前已經(jīng)以實驗形式出現(xiàn)過——QUIC協(xié)議(谷歌制定的一種基于UDP的低時延互聯(lián)網(wǎng)傳輸層協(xié)議)和早期TLS中。但作為 TLS 1.3 默認行為的一部分，它們很快就會得到廣泛應用。這意味著延遲減少和網(wǎng)頁加載速度的加快。

另外，TLS 1.3 應將成為安全智慧的顯著改進。它吸收了TLS幾十年實踐中的兩大主要教訓。首先，該協(xié)議摒棄了對一些舊協(xié)議功能和過時加密算法的支持，大幅瘦身。其次，TLS 1.3 引入了模式檢查，用以在很多舊版TLS和SSL中查找漏洞。TLS 1.3 在標準化過程中經(jīng)歷加密社區(qū)的廣泛分析，而不是等到協(xié)議被廣泛部署難以修補的時候才這么做。

對后量子加密的要求仍在繼續(xù)

加密社區(qū)一直在努力嘗試從當今算法(其中很多在實用量子計算機出現(xiàn)后就會變得徹底不安全)遷移到后量子加密。

自去年年底美國國家標準與技術協(xié)會(NIST)發(fā)布了后量子算法標準化計劃，算法轉型便受到了大幅推動。NIST在今年2月公布了首份工作報告，并在8月發(fā)布了一份召集算法提案的草案。研究人員一直在爭論后量子算法的目標到底該是什么(以及，雙橢圓曲線(DualEC)標準后門事件之后，NIST是否還應在后量子算法標準化過程中擔任領導角色)。

同時，谷歌在實用性實驗中采用了新希望( New Hope )后量子密鑰交換算法，來保護谷歌服務器和Chrome瀏覽器之間的真實流量。這是后量子加密在現(xiàn)實世界中的首例部署應用。該實驗的結果表明，計算成本幾乎可以忽略不計，但因更大的密鑰規(guī)模導致的帶寬消耗有所增加。另一隊研究人員采用不同的算法，向TLS協(xié)議中加入了量子阻抗的密鑰交換。

關于后量子加密，我們不知道的東西還很多，但我們已開始探索其實際工程意義。

關于給加密算法安后門的新思考

很長時間里，設計表面安全但暗藏后門的加密系統(tǒng)，一直是爭議焦點。((“盜碼學(kleptography)”一次在1996年被創(chuàng)造出來，用以描述此類概念。)但斯諾登的揭秘，尤其是DUAL_EC偽隨機數(shù)字生成器被NSA故意安置后門的消息，激發(fā)了對加密算法后門安置方法的更多研究。法國和美國研究人員組成的一個團隊就發(fā)表了一篇論文，展示了技巧地選擇素數(shù)可使離散對數(shù)計算變得簡單容易，足以破壞Diffie-Hellman密鑰交換的安全性。

更糟的是，這種后門素數(shù)無法與其他隨機選擇的素數(shù)相區(qū)別。

RFC 5114：NIST的又一后門加密標準?

說到后門，今年還發(fā)現(xiàn)了另一個可能被后門了的標準：RFC 5114。該很少為人所知的標準是在2008編寫的，某種程度上，這玩意兒一直很神秘。該協(xié)議是由國防承包商BBN編寫的，目的是標準化NIST之前公布的某些參數(shù)。它定義了8個Diffie-Hellman組，可用于與互聯(lián)網(wǎng)工程任務組(IETF)的協(xié)議協(xié)同工作，提供互聯(lián)網(wǎng)通信安全性。最終，這些密鑰進入到了一些廣泛使用的加密庫中，比如OpenSSL和 Bouncy Castle (java平臺輕量級加密包)。然而，其中一些組被發(fā)現(xiàn)十分可疑：沒有提供對產(chǎn)生過程和方法的任何說明(意味著可能被后門了)，只要參數(shù)沒有被仔細審查，便無力對抗小組約束攻擊。

雖然沒有切實證據(jù)，這還是導致了該標準是否被故意后門的一些爭論。作為回應，該標準的其中一位作者聲明稱，這有部分原因是為了給一位實習生一個“相對容易”的項目來完成。NIST的一名密碼學家聲稱，該標準不過是寫來給使用曲線算法的人提供測試數(shù)據(jù)的，“當然不是作為給實際使用或采納的人的建議”。該不良標準正是因其無能而提出的可能性無疑是存在的，但圍繞它的質疑，凸顯出一直以來對NIST作為密碼標準化機構的信任缺失。

美國總統(tǒng)大選暴露密碼可否認性問題

可否認性，及其對立面——不可抵賴性，是加密通信可具有的兩個基本技術特性：系統(tǒng)應該向局外人提供證據(jù)證明消息是由特定發(fā)送者發(fā)送的嗎(不可抵賴性)?或者，系統(tǒng)應確保任何局外人都能根據(jù)需要修改記錄(可否認性)以便被泄通信不會牽連其他?這些屬性的現(xiàn)實必要性，是加密社區(qū)長久以來的爭議重災區(qū)。2016總統(tǒng)大選的新聞報道所掩蓋掉的，是不可抵賴性出其不意的崛起。資深民主黨政客們，包括副總統(tǒng)候選人蒂姆·凱恩及前DNC主席丹娜·布拉齊爾，正式聲明稱被泄DNC電子郵件是被篡改過的。

然而，網(wǎng)絡偵探們很快證實，電郵是以hillaryclinton.com郵件服務器的正確密鑰，經(jīng)域名密鑰識別郵件協(xié)議(DKIM)簽署的。關于這些簽名，有很多防止誤解的說明：其中一些郵件來自不支持DKIM的外部地址，因而可能被修改過，DKIM只斷言特定郵件服務器發(fā)送了消息(而不是某個個人用戶)，所以，有可能是hillaryclinton.com的DKIM密鑰被盜或被惡意內(nèi)部人士使用了，被泄郵件緩存也有可能被故意漏掉了某些郵件(DKIM證據(jù)不會揭露這個的)。然而，這可能是我們在不可抵賴加密證據(jù)的價值(或無價值)中所有的最引人矚目的數(shù)據(jù)點了。

攻擊只會變得更好

一系列新型改進版攻擊已被發(fā)現(xiàn)。其中值得注意的是：

• HEIST攻擊改進了之前BREACH和CRIME等Oracle壓縮攻擊的通用性，可通過惡意JavaScript從網(wǎng)頁盜取敏感數(shù)據(jù)。盡管因為此類攻擊的風險而在2014年就決定從 TLS 1.3 中完全摒棄對壓縮的支持，這一漏洞還是進一步顯示出了往HTTP之類復雜協(xié)議中添加加密功能的困難性。
• DROWN攻擊利用幾十歲高齡的SSLv2協(xié)議漏洞，破壞Web服務器的RSA簽名密鑰。如很多之前的TLS/SSL攻擊(POODLE、FREAK等等)，DROWN依賴的是現(xiàn)代Web瀏覽器已不支持的老舊協(xié)議。然而，這依然是很現(xiàn)實的重大缺陷，因為攻擊者可以用此方法盜取Web服務器上那與現(xiàn)代客戶端所用相同的密鑰。該攻擊再一次提醒了我們：維持對過時加密協(xié)議的支持是有多不安全!
• Sweet32攻擊顯示出：64比特塊密碼(著名的三重DES和Blowfish)以CBC模式使用時，無法抵御碰撞攻擊。生日悖論告訴我們，只需觀察大約 2^(64/2) = 2^32 個加密塊——即32GB數(shù)據(jù)，就可以1/2的概率找到碰撞。這再一次暴露出，早該拋棄的遺留密碼卻依然在約1%的加密Web流量中被使用。
• 可能有點點遠離實際系統(tǒng)，新攻擊在某些配對友好的橢圓曲線族中被發(fā)現(xiàn)，包括了流行的 Barreto-Naehrig 曲線。雖然當今互聯(lián)網(wǎng)加密中并沒有廣泛使用配對友好的曲線算法，它們卻是一系列高級加密系統(tǒng)的基礎，比如Zcash中用到的高效零知識證明，或Pond使用的組簽名。
• 安全隨機性依然是密碼系統(tǒng)中的脆弱點：只要不能產(chǎn)生真正隨機的數(shù)字，就不能創(chuàng)建真正不可預測的密鑰。GnuPG項目(廣泛使用的PGP軟件維護者)宣稱修復了Libcrypt隨機數(shù)產(chǎn)生方法中的缺陷，堵上了這個存在了18年的漏洞。雖然實際利用該漏洞并不容易，此類攻擊顯露出PRNG庫中的微小漏洞可因從未導致功能上的可見損失而隱身數(shù)十年之久。

吐故納新：HTTPS仍在緩慢堅實的路上

HTTPS正慢慢變得更加安全：

• SHA-1散列函數(shù)在2016年就達美國法定最低飲酒年齡了——21歲，但是沒人會慶祝這個生日。相反，我們正逐漸逼近讓這個過時算法退休的終點。有那么點點令人驚訝的是，今年并沒有發(fā)現(xiàn)任何SHA-1碰撞攻擊——算法被攻破的無可辯駁的明證。不過，瀏覽器廠商可不會等到真出現(xiàn)碰撞。微軟、谷歌、Mozilla，全都宣稱2017年起自己的瀏覽器不再接受SHA-1證書。雖然還需要一段時間，對SHA-A的協(xié)同拋棄，依然是加密社區(qū)的大勝利。據(jù)觀察，瀏覽器市場激勵廠商不擅自移除不安全舊協(xié)議，因此，廠商在SHA-1被完全攻破之前達成棄用時間線是個積極的跡象。
• 對證書透明性(CT)的支持繼續(xù)增長。CT是設計來提供哪些證書被頒發(fā)給哪些域名的公開記錄協(xié)議。今年6月1日開始，所有賽門鐵克頒發(fā)的證書就被包含到CT記錄中(會被Chrome和Firefox拒絕)。網(wǎng)站可用Chrome的HSTS預加載列表(Firefox也用)來選擇要求CT。就在本周，F(xiàn)acebook發(fā)布了首個基于Web的CT記錄監(jiān)視工具。
• RFC 7748，橢圓曲線Curve25519和Curve448 (“金發(fā)姑娘”)的標準化，終于完成了。這兩個曲線算法在 TLS 1.3 中可用，提供更快的表現(xiàn)，作為P-256之類NIST支持的經(jīng)典曲線算法集的替代選擇。

【本文是51CTO專欄作者李少鵬的原創(chuàng)文章，轉載請通過安全牛（微信公眾號id:gooann-sectv）獲取授權】

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