DES triple

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Cifra de bloques

En criptografía, Triple DES (3DES o TDES), oficialmente el Algoritmo de cifrado de datos triple (TDEA o Triple DEA), es un cifrado de bloque de clave simétrica, que aplica el algoritmo de cifrado DES tres veces a cada bloque de datos. La clave de 56 bits del estándar de cifrado de datos (DES) ya no se considera adecuada frente a las modernas técnicas criptoanalíticas y el poder de la supercomputación. Un CVE publicado en 2016, CVE-2016-2183, reveló una importante vulnerabilidad de seguridad en los algoritmos de cifrado DES y 3DES. Este CVE, combinado con el tamaño de clave inadecuado de DES y 3DES, NIST ha desaprobado DES y 3DES para nuevas aplicaciones en 2017, y para todas las aplicaciones a finales de 2023. Ha sido reemplazado por el AES más seguro y robusto.

Si bien los estándares gubernamentales y de la industria abrevian el nombre del algoritmo como TDES (Triple DES) y TDEA (Algoritmo de cifrado de datos triple), RFC 1851 se refirió a él como 3DES desde el momento en que promulgó la idea por primera vez, y esto Desde entonces, el homónimo ha sido ampliamente utilizado por la mayoría de los proveedores, usuarios y criptógrafos.

Historia

En 1978, Walter Tuchman propuso un método de cifrado triple usando DES con dos claves de 56 bits; en 1981, Merkle y Hellman propusieron una versión de clave triple más segura de 3DES con 112 bits de seguridad.

Estándares

El algoritmo de cifrado de datos triple se define de diversas formas en varios documentos estándar:

RFC 1851, ESP Triple DES Transform (aprobado en 1995)
ANSI ANS X9.52-1998 Modos de algoritmo de cifrado de datos triples de operación (aprobado en 1998, retirado en 2008)
FIPS PUB 46-3 Estándar de cifrado de datos (DES) (aprobado en 1999, retirado en 2005)
NIST Special Publication 800-67 Revision 2 Recomendación para el algoritmo de cifrado de datos triple (TDEA) (aprobado en 2017)
ISO/IEC 18033-3:2010: Parte 3: Cifras de bloque (aprobado en 2005)

Algoritmo

El tamaño de clave del cifrado DES original de 56 bits generalmente era suficiente cuando se diseñó ese algoritmo, pero la disponibilidad de una potencia computacional cada vez mayor hizo factibles los ataques de fuerza bruta. Triple DES proporciona un método relativamente simple para aumentar el tamaño de la clave de DES para proteger contra tales ataques, sin la necesidad de diseñar un algoritmo de cifrado de bloques completamente nuevo.

Un enfoque ingenuo para aumentar la fuerza de un algoritmo de cifrado de bloques con longitud de tecla corta (como DES) sería utilizar dos teclas ${displaystyle (K1,K2)}$ en lugar de uno, y encriptar cada bloque dos veces: ${displaystyle E_{K2}(E_{K1}({textrm {plaintext}}))}$ . Si la longitud de la llave original es $n$ bits, one would hope this scheme provides security equivalent to using key $2n$ Hace mucho. Desafortunadamente, este enfoque es vulnerable a un ataque medio-en-el-medio: dado un par de texto conocido $(x,y)$ , tal que ${displaystyle y=E_{K2}(E_{K1}(x))}$ , uno puede recuperar el par de llaves ${displaystyle (K1,K2)}$ dentro $2^{n+1}$ pasos, en lugar de los $2^{2n}$ pasos uno esperaría de un algoritmo idealmente seguro con $2n$ pedazos de llave.

Por lo tanto, Triple DES utiliza un "grupo clave" que comprende tres teclas DES, ${displaystyle K1}$ , ${displaystyle K2}$ y ${displaystyle K3}$ , cada uno de 56 bits (excluyendo bits de paridad). El algoritmo de cifrado es:

{displaystyle {textrm {ciphertext}}=E_{K3}(D_{K2}(E_{K1}({textrm {plaintext}}))).}

Es decir, cifrado de DES con ${displaystyle K1}$ , DES Decrypt con ${displaystyle K2}$ , entonces DES cifrado con ${displaystyle K3}$ .

El descifrado es al revés:

{displaystyle {textrm {plaintext}}=D_{K1}(E_{K2}(D_{K3}({textrm {ciphertext}}))).}

Eso es, descifrar con ${displaystyle K3}$ , cifrado con ${displaystyle K2}$ , luego descifrar con ${displaystyle K1}$ .

Cada cifrado triple cifra un bloque de 64 bits de datos.

En cada caso, la operación del medio es la inversa de la primera y la última. Esto mejora la fuerza del algoritmo cuando se utiliza la opción de codificación 2 y proporciona compatibilidad con DES con la opción de codificación 3.

Opciones de teclado

Los estándares definen tres opciones de codificación:

Opción clave 1: Las tres llaves son independientes. A veces conocido como 3TDEA o teclas de triple longitud.; Este es el más fuerte, con 3 × 56 = 168 partes clave independientes. Todavía es vulnerable al ataque en medio, pero el ataque requiere 2^{2 × 56} pasos.
Opción clave 2: K₁ y K₂ son independientes, y K₃ = K₁. A veces conocido como 2TDEA o teclas de doble longitud.; Esto proporciona una longitud clave más corta de 112 bits y un compromiso razonable entre DES y Keying opción 1, con la misma caveat que arriba. Esta es una mejora sobre "doble DES" que sólo requiere 2⁵⁶ pasos para atacar. NIST ha deprecado esta opción.
Opción clave 3: Las tres llaves son idénticas, es decir, K₁ = K₂ = K₃.; Esto es compatible con DES, ya que dos operaciones cancelan. ISO/IEC 18033-3 nunca permitió esta opción, y NIST ya no permite K₁ = K₂ o K₂ = K₃.

Cada clave DES tiene 8 bytes de paridad impar, con 56 bits de clave y 8 bits de detección de errores. Un paquete de claves requiere 24 bytes para la opción 1, 16 para la opción 2 u 8 para la opción 3.

NIST (y la versión 2.0 de las especificaciones TCG actuales de los algoritmos aprobados para el módulo de plataforma segura) tampoco permite el uso de ninguno de los 64 valores de 64 bits siguientes en ninguna clave (tenga en cuenta que 32 de ellos son el complemento binario de los otros 32; y que 32 de estas claves son también la permutación inversa de bytes de las otras 32), enumeradas aquí en hexadecimal (en cada byte, el bit menos significativo es un bit generado con paridad impar, se descarta al formar el efectivo 56- teclas de bits):

01.01.01.01.01.01.01.01, FE.FE.FE.FE.FE.FE.FE.FE, E0.FE.FE.E0.F1.FE.FE.F1, 1F.01.01.1F.0E.01.01.0E,
01.01.FE.01.01.FE.FE, FE.FE.01.01.FE.FE.01.01.01, E0.FE.01.1F.F1.FE.01.0E, 1F.01.FE.E0.0E.01.FE.F1, F1,01.
01.01.E0.E0.01.01.F1, FE.FE.1F.1F.FE.0E.0E, E0.FE.1F.01.F1.FE.0E.01, 1F.01.E0.FE.0E.01.F1.FE,
01.01.1F.1F.01.01.0E.0E, FE.FE.E0.FE.FE.F1.F1, E0.FE.E0.FE.F1.FE.F1.FE, 1F.01.1F.01.0E.01.0E.01,
01.FE.01.FE.01.FE.01.FE, FE.01.FE.01.FE.01.FE.01, E0.01.FE.1F.F1.01.FE.0E, 1F.FE.01.E0.0E.FE.01.F1, F1,
01.FE.FE.01.01.FE.FE.01, FE.01.01.FE.FE.01.01.FE, E0.01.01.E0.F1.01.01.F1, 1F.FE.FE.1F.0E.FE.FE.0E,
01.FE.E0.1F.01.FE.F1.0E, FE.01.1F.E0.FE.01.0E.F1, E0.01.1F.FE.F1.01.0E.FE, 1F.FE.E0.01.0E.FE.F1.01,
01.FE.1F.E0.01.FE.0E.F1, FE.01.E0.1F.FE.01.F1.0E, E0.01.E0.01.F1.01.F1.01, 1F.FE.1F.FE.0E.FE.0E.FE,
01.E0.01.E0.01.F1.01.F1, FE.1F.FE.1F.FE.0E.FE.0E, E0.1F.FE.01.F1.0E.FE.01, 1F.E0.01.FE.0E.F1.01.FE,
01.E0.FE.1F.01.F1.FE.0E, FE.1F.01.E0.FE.0E.01.F1, E0.1F.01.FE.F1.0E.01.FE, 1F.E0.FE.01.0E.F1.FE.01,
01.E0.E0.01.01.F1.01, FE.1F.1F.FE.0E.0E.FE, E0.1F.1F.E0.F1.0E.0E.F1, 1F.E0.E0.1F.0E.F1.F1.0E,
01.E0.1F.FE.01.F1.0E.FE, FE.1F.E0.01.FE.0E.F1.01, E0.1F.E0.1F.F1.0E.F1.0E, 1F.E0.1F.E0.0E.F1.0E.F1,F1.0E.F1.0E.F1.
01.1F.01.1F.01.0E.01.0E, FE.E0.FE.E0.FE.F1.FE.F1, E0.FE.FE.F1.FE.FE.FE, 1F.1F.01.01.0E.0E.01.01,
01.1F.FE.E0.01.0E.FE.F1, FE.E0.01.1F.FE.F1.01.0E, E0.E0.01.01.F1.F1.01.01, 1F.1F.FE.0E.0E.FE.
01.1F.E0.FE.01.0E.F1.FE, FE.E0.1F.01.FE.F1.0E.01, E0.E0.1F.1F.F1.F1.0E.0E, 1F.1F.E0.E0.0E.0E.F1.F1,F1,
01.1F.1F.01.01.0E.0E.01, FE.E0.E0.FE.F1.F1.FE, E0.E0.E0.F1.F1.F1, 1F.1F.1F.1F.1F.1F.0E.0E.0E.0E,

Con estas restricciones sobre las claves permitidas, Triple DES se volvió a aprobar con las opciones de claves 1 y 2 únicamente. Por lo general, las tres claves se generan tomando 24 bytes de un generador aleatorio fuerte y solo se debe usar la opción de codificación 1 (la opción 2 necesita solo 16 bytes aleatorios, pero los generadores aleatorios fuertes son difíciles de afirmar y se considera una buena práctica). use solo la opción 1).

Cifrado de más de un bloque

Al igual que con todos los cifrados de bloques, el cifrado y descifrado de múltiples bloques de datos se puede realizar mediante una variedad de modos de operación, que generalmente se pueden definir independientemente del algoritmo de cifrado de bloques. Sin embargo, ANS X9.52 especifica directamente, y NIST SP 800-67 especifica a través de SP 800-38A que algunos modos solo se deben usar con ciertas restricciones que no se aplican necesariamente a las especificaciones generales de esos modos. Por ejemplo, ANS X9.52 especifica que para el encadenamiento de bloques de cifrado, el vector de inicialización debe ser diferente cada vez, mientras que ISO/IEC 10116 no lo hace. FIPS PUB 46-3 e ISO/IEC 18033-3 definen solo el algoritmo de bloque único y no imponen ninguna restricción sobre los modos de operación para múltiples bloques.

Seguridad

En general, Triple DES con tres claves independientes (opción de codificación 1) tiene una longitud de clave de 168 bits (tres claves DES de 56 bits), pero debido al ataque de encuentro en el medio, la seguridad efectiva que proporciona es de solo 112 bits. La opción de codificación 2 reduce el tamaño efectivo de la clave a 112 bits (porque la tercera clave es la misma que la primera). Sin embargo, esta opción es susceptible a ciertos ataques de texto sin formato elegido o de texto sin formato conocido y, por lo tanto, el NIST la designa para tener solo 80 bits de seguridad. Esto puede considerarse inseguro y, como consecuencia, Triple DES ha sido desaprobado por NIST en 2017.

Logo del ataque Sweet32

El tamaño de bloque corto de 64 bits hace 3DES vulnerables a bloquear ataques de colisión si se utiliza para cifrar grandes cantidades de datos con la misma clave. El ataque Sweet32 muestra cómo esto se puede explotar en TLS y OpenVPN. Práctico ataque Sweet32 a los cuartos de baño ciféricos 3DES en TLS requeridos ${displaystyle 2^{36.6}}$ bloques (785 GB) para un ataque completo, pero los investigadores tuvieron suerte de conseguir una colisión justo después de alrededor $2^{20}$ bloques, que tardaron sólo 25 minutos.

La seguridad de la TDEA se ve afectada por el número de bloques procesados con un paquete clave. Un paquete clave no se utilizará para aplicar protección criptográfica (por ejemplo, encriptación) más que $2^{20}$ bloques de datos de 64 bits.
—Recomendación para Cifrado de Datos Triple Algoritmo (TDEA) Block Cipher (SP 800-67 Rev2)

OpenSSL no incluye 3DES de forma predeterminada desde la versión 1.1.0 (agosto de 2016) y lo considera un "cifrado débil".

Uso

La industria de pagos electrónicos usa Triple DES y continúa desarrollando y promulgando estándares basados en él, como EMV.

Las versiones anteriores de Microsoft OneNote, Microsoft Outlook 2007 y Microsoft System Center Configuration Manager 2012 usan Triple DES para proteger con contraseña el contenido del usuario y los datos del sistema. Sin embargo, en diciembre de 2018, Microsoft anunció el retiro de 3DES en todo su servicio Office 365.

Firefox y Mozilla Thunderbird utilizan Triple DES en modo CBC para cifrar las credenciales de inicio de sesión de autenticación del sitio web cuando se utiliza una contraseña maestra.

Implementaciones

A continuación se muestra una lista de bibliotecas de criptografía que admiten Triple DES:

Botan
Bouncy Castle
cryptlib
Crypto+
Libgcrypt
Nettle
OpenSSL
wolfSSL
Módulo de Plataforma Confiada (alias TPM, implementación de hardware)

Es posible que algunas implementaciones anteriores no incluyan 3DES en la compilación predeterminada, en versiones posteriores o más recientes.

Referencias y notas

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