kmac: Towards an implementation
Chưa có ai nhận issue này.
Đánh giá
- Độ khó
- 5/5
- Thời gian dự kiến
- Hơn một tuần
- Mức phù hợp với người mới
- 32/100
- Loại issue
- Tính năng
- Độ rõ ràng
- Khá rõ ràng
- Mức độ hoạt động
- Đình trệ
- Công nghệ
- rust
- Lĩnh vực
- cryptography
Hướng nghiên cứu
Bắt đầu bằng việc đọc NIST SP 800-185 và so sánh các crate hmac và sha3 hiện có, đặc biệt là digest::Mac, ExtendableOutput, KeyInit và các kiểu CSHAKE. Xác định xem thiết kế dựa trên keccak hoặc sha3 và mọi thay đổi đối với các trait digest có được chấp nhận hay không, sau đó sử dụng các mẫu KMAC của NIST được liên kết và các bài kiểm thử của Bouncy Castle để xác định phạm vi bao phủ. Công việc được xem là hoàn tất khi có API, phần triển khai và các bài kiểm thử KMAC128/KMAC256 đã được review.
Do mô hình lập chỉ mục viết ra từ nội dung của issue.
Mô tả
I've given the implementation of KMAC within the RustCrypto ecosystem some thought. My ideas, reproduced below, are informed by the NIST SP 800-185 recommendation and the hmac and sha3 crates.
I'm willing to do any/all of the work described below. However, I'm not a cryptographer or security researcher, so all my work would have to be scrutinized tirelessly by the more qualified.
User experience
In keeping with the principle of least astonishment, I want to be able to use KMAC objects like other existing RustCrypto MAC objects:
use kmac::{Kmac128, Mac};
use hex_literal::hex;
let key = hex!("404142434445464748494a4b4c4d4e4f505152535455565758595a5b5c5d5e5f");
let customization = b"My Tagged Application";
let mut mac = Kmac128::new_with(&key, &customization);
mac.update(hex!("00010203"));
let buf = [0u8;32];
let result = mac.finalize_into(&buf);
let result_bytes = result.into_bytes();
let expected = hex!("3b1fba963cd8b0b59e8c1a6d71888b7143651af8ba0a7070c0979e2811324aa5");
assert_eq!(result_bytes[..], expected[..]);
We should first consider the digest::Mac trait imported in this example. The automatic implementation of Mac is helpful for augmenting a type T (here, Kmac128) with such methods as new, update, finalize and verify, to name a few. This mechanism provides a consistent user experience with little extra development effort across different types of MAC.
This mechanism doesn't support KMAC because it requires inappropriate traits. For example, digest::KeyInit supports initialization from only a key, whereas KMAC must also permit a customization string. Moreover, KMAC is defined in terms of CSHAKE (an extendable-output function) and thus shouldn't implement digest::FixedOutput, a trait required for the automatic implementation of Mac. These limitations shape the implementation strategies I identify below.
Implementing KMAC
Using keccak
Prepare two core types of fixed security strength, Kmac128Core and Kmac256Core, that manage their own state and are implemented in terms of KECCAK[c] as described in Appendix B of NIST SP 800-185. The public API, similar to what we would expect if we were to import Mac, is implemented by hand. This is the cheaper approach but it violates the principle of least astonishment both internally (divergence of implementation strategy) and externally (users don't import a convenience trait). Moreover, it involves the duplication of private code in sha3.
Using sha3
Prepare a core generic type, KmacCore<D>, that wraps a hash function satisfying certain traits, e.g., ExtendableOutputCore. Implement the remaining traits as needed. Optionally, construct the Kmac128 and Kmac256 types, each a CoreWrapper<KmacCore<D>> where D is a sha3::CShake128 and sha3::CShake256, respectively.
Implement a convenience trait in digest that feels like Mac but requires a distinct set of methods. For example, this new trait should rely on digest::ExtendableOutput rather than FixedOutput. Thus, I'll call it MacXof in this post, but I note that this name doesn't capture all the key differences with Mac. In particular, MacXof must also support initialization with both a key and, optionally, a customization string. (The closest trait I can find that enables this behavior is crypto_common::KeyIvInit. However, the iv parameter is indicated for nonces and I'm unsure whether this is appropriate in this context.)
I've identified one concrete obstacle in relation to implementing traits on KmacCore. Consider the following code in hmac (edited for brevity):
impl<D> KeyInit for HmacCore<D>
where
D: CoreProxy,
D::Core: HashMarker + UpdateCore + FixedOutputCore + BufferKindUser<BufferKind = Eager> + Default + Clone,
<D::Core as BlockSizeUser>::BlockSize: IsLess<U256>,
Le<<D::Core as BlockSizeUser>::BlockSize, U256>: NonZero,
{
// ...
#[inline(always)]
fn new_from_slice(key: &[u8]) -> Result<Self, InvalidLength> {
let mut buf = get_der_key::<CoreWrapper<D::Core>>(key);
// ...
let mut digest = D::Core::default();
digest.update_blocks(slice::from_ref(&buf));
// ...
}
// ...
}
Here, the state can be initialized because the expectation is that D::Core implements Default. CSHAKE types in sha3 don't implement Default and we would need to fill this gap. However, instead of Default, it would be more appropriate to implement an initialization trait—an IvInit of sorts—so that the customization string passed to a Kmac128/Kmac256 constructor can be forwarded to the underlying CShake128/CShake256 constructor call.
In addition, the CSHAKE implementations in sha3 don't store their security strength. I don't see an easy way to prepare the expected algorithm names for KMAC (Kmac128 and Kmac256) without manipulating the CSHAKE type names directly, which I find undesirable.
Overall, this approach requires more development effort. It involves extending the digest API with one or more new traits, and implementing at least one trait on CSHAKE types in sha3. However, I'm in favor of this approach because it preserves both the user experience as well as the existing implementation style for MACs.
Testing
To test MAC implementations, RustCrypto serializes Project Wycheproof test vectors into binary blobs using the blobby crate. In turn, these are consumed by such macros as digest::new_mac_test. But there are no Wycheproof KMAC test vectors, nor does today's Wycheproof MAC schema support specification of the output length. So, we have no straightforward manner of leveraging the MAC test suite for KMAC.
I haven't found any official and public-facing KMAC test vectors. The NIST Cryptographic Algorithm Validation Program page currently provides only HMAC test vectors. There's a collection of KMAC test vectors that appears to be at a legitimate NIST domain (csrc.nist.gov); I'm inclined to use these as the basis for a handwritten test. The Legion of the Bouncy Castle uses these samples in their KMAC tests.
All this aside, my sincere thanks go to the RustCrypto contributors for your work over the years!
- Ngôn ngữ chính
- Rust
- Star
- 372
- Fork
- 54
- Chỉ số merge pull request
- Không có pull request nào được merge trong 30 ngày
Hướng dẫn đóng góp
Chưa lập chỉ mục được hướng dẫn đóng góp cho kho mã nguồn này
Bắt đầu từ đâu
- Đọc hết issue, rồi đọc hướng dẫn đóng góp của dự án.
- Bình luận trên issue rằng bạn sẽ nhận — tránh hai người làm cùng một việc.
- Fork repository và làm thay đổi trên một nhánh.
- Mở pull request có tham chiếu số hiệu của issue.
Issue khác của RustCrypto/MACs
-
Missing MACs Đang mởhelp wanted
Độ khó 5/5 Hơn một tuần Mức phù hợp với người mới 25/100
RustCrypto/MACs#1 · 13 bình luận ·
Tất cả issue của RustCrypto/MACs
Issue tương tự
-
Độ khó 2/5 1-3 giờ Mức phù hợp với người mới 88/100
-
bug core
Độ khó 2/5 1-3 giờ Mức phù hợp với người mới 86/100
-
JIT-compiled number -> Decimal conversion silently overflows instead of raising DECIMAL_OVERFLOW Đang mởfuzz
Độ khó 2/5 1-3 giờ Mức phù hợp với người mới 82/100
ClickHouse/ClickHouse#122114 ·
-
Độ khó 1/5 Dưới một giờ Mức phù hợp với người mới 92/100
linebender/vello_svg#90 ·
-
Độ khó 2/5 1-3 giờ Mức phù hợp với người mới 74/100