Cryptography engineering : design principles and practical applications

Cryptography Engineering: Design Principles and Practical Applications......Page 5
Credits......Page 8
About the Authors......Page 9
Acknowledgments for Cryptography Engineering......Page 11
Acknowledgments for Practical Cryptography (the 1st Edition)......Page 12
Contents at a Glance......Page 13
Contents......Page 15
Preface to Cryptography Engineering......Page 25
Example Syllabi......Page 26
Additional Information......Page 28
Preface to Practical Cryptography (the 1st Edition)......Page 29
How to Read this Book......Page 31
In This Part......Page 33
Chapter 1: The Context of Cryptography......Page 35
1.1: The Role of Cryptography......Page 36
1.2: The Weakest Link Property......Page 37
1.3: The Adversarial Setting......Page 39
1.4: Professional Paranoia......Page 40
1.4.2: Discussing Attacks......Page 41
1.5: Threat Model......Page 42
1.6: Cryptography Is Not the Solution......Page 44
1.8: Cryptography Is the Easy Part......Page 45
1.10.1: Security Versus Performance......Page 46
1.10.3: Security Versus Evolving Systems......Page 49
1.12: Exercises for Professional Paranoia......Page 50
1.12.1: Current Event Exercises......Page 51
1.12.2: Security Review Exercises......Page 52
1.13: General Exercises......Page 53
2.1: Encryption......Page 55
2.1.1: Kerckhoffs\' Principle......Page 56
2.2: Authentication......Page 57
2.3: Public-Key Encryption......Page 59
2.5: PKI......Page 61
2.6.2: The Known-Plaintext Model......Page 63
2.6.5: The Distinguishing Attack Goal......Page 64
2.7.1: Birthday Attacks......Page 65
2.7.2: Meet-in-the-Middle Attacks......Page 66
2.8: Security Level......Page 68
2.10: Complexity......Page 69
2.11: Exercises......Page 70
Part II: Message Security......Page 73
3.1: What Is a Block Cipher?......Page 75
3.2: Types of Attack......Page 76
3.4: Definition of Block Cipher Security......Page 78
3.4.1: Parity of a Permutation......Page 81
3.5: Real Block Ciphers......Page 82
3.5.1: DES......Page 83
3.5.2: AES......Page 86
3.5.3: Serpent......Page 88
3.5.4: Twofish......Page 89
3.5.5: Other AES Finalists......Page 90
3.5.6: Which Block Cipher Should I Choose?......Page 91
3.5.7: What Key Size Should I Use?......Page 92
3.6: Exercises......Page 93
Chapter 4: Block Cipher Modes......Page 95
4.1: Padding......Page 96
4.3: CBC......Page 97
4.3.3: Random IV......Page 98
4.3.4: Nonce-Generated IV......Page 99
4.4: OFB......Page 100
4.5: CTR......Page 102
4.7: Which Mode Should I Use?......Page 103
4.8: Information Leakage......Page 104
4.8.1: Chances of a Collision......Page 105
4.8.2: How to Deal With Leakage......Page 106
4.9: Exercises......Page 107
Chapter 5: Hash Functions......Page 109
5.1: Security of Hash Functions......Page 110
5.2: Real Hash Functions......Page 111
5.2.1: A Simple But Insecure Hash Function......Page 112
5.2.2: MD5......Page 113
5.2.4: SHA-224, SHA-256, SHA-384, and SHA-512......Page 114
5.3.1: Length Extensions......Page 115
5.4: Fixing the Weaknesses......Page 116
5.4.2: A More Efficient Short-term Fix......Page 117
5.6: Exercises......Page 119
6.1: What a MAC Does......Page 121
6.2: The Ideal MAC and MAC Security......Page 122
6.3: CBC-MAC and CMAC......Page 123
6.4: HMAC......Page 125
6.5: GMAC......Page 126
6.7: Using a MAC......Page 127
6.8: Exercises......Page 129
7.1.1: Roles......Page 131
7.1.3: Messages or Stream......Page 132
7.1.4: Security Properties......Page 133
7.2: Order of Authentication and Encryption......Page 134
7.3: Designing a Secure Channel: Overview......Page 136
7.3.1: Message Numbers......Page 137
7.3.3: Encryption......Page 138
7.4.1: Initialization......Page 139
7.4.2: Sending a Message......Page 140
7.4.3: Receiving a Message......Page 141
7.4.4: Message Order......Page 143
7.5: Alternatives......Page 144
7.6: Exercises......Page 145
Chapter 8: Implementation Issues (I)......Page 147
8.1: Creating Correct Programs......Page 148
8.1.1: Specifications......Page 149
8.1.2: Test and Fix......Page 150
8.1.4: So How Do We Proceed?......Page 151
8.3: Keeping Secrets......Page 152
8.3.1: Wiping State......Page 153
8.3.2: Swap File......Page 154
8.3.3: Caches......Page 156
8.3.4: Data Retention by Memory......Page 157
8.3.6: Data Integrity......Page 159
8.4: Quality of Code......Page 160
8.4.2: Modularization......Page 161
8.4.3: Assertions......Page 162
8.4.5: Testing......Page 163
8.5: Side-Channel Attacks......Page 164
8.7: Exercises......Page 165
Part III: Key Negotiation......Page 167
Chapter 9: Generating Randomness......Page 169
9.1: Real Random......Page 170
9.1.1: Problems With Using Real Random Data......Page 171
9.1.3: Real Random Data and PRNGS......Page 172
9.2: Attack Models for a PRNG......Page 173
9.3: Fortuna......Page 174
9.4: The Generator......Page 175
9.4.2: Reseed......Page 177
9.4.4: Generate Random Data......Page 178
9.5.1: Entropy Sources......Page 179
9.5.2: Pools......Page 180
9.5.3.1: Distribution of Events Over Pools......Page 182
9.5.3.2: Running Time of Event Passing......Page 183
9.5.4: Initialization......Page 184
9.5.5: Getting Random Data......Page 185
9.5.6: Add an Event......Page 186
9.6: Seed File Management......Page 187
9.6.2: Update Seed File......Page 188
9.6.4: Backups and Virtual Machines......Page 189
9.6.6: First Boot......Page 190
9.7: Choosing Random Elements......Page 191
9.8: Exercises......Page 193
10.1: Divisibility and Primes......Page 195
10.2: Generating Small Primes......Page 198
10.3: Computations Modulo a Prime......Page 199
10.3.1: Addition and Subtraction......Page 200
10.3.3: Groups and Finite Fields......Page 201
10.3.4: The GCD Algorithm......Page 202
10.3.5: The Extended Euclidean Algorithm......Page 203
10.3.6: Working Modulo 2......Page 204
10.4: Large Primes......Page 205
10.4.1: Primality Testing......Page 208
10.4.2: Evaluating Powers......Page 210
10.5: Exercises......Page 211
Chapter 11: Diffie-Hellman......Page 213
11.1: Groups......Page 214
11.2: Basic DH......Page 215
11.3: Man in the Middle......Page 216
11.4: Pitfalls......Page 217
11.5: Safe Primes......Page 218
11.6: Using a Smaller Subgroup......Page 219
11.7: The Size of p......Page 220
11.8: Practical Rules......Page 222
11.9: What Can Go Wrong?......Page 223
11.10: Exercises......Page 225
12.1: Introduction......Page 227
12.2.1: Garner\'s Formula......Page 228
12.2.2: Generalizations......Page 229
12.2.3: Uses......Page 230
12.3: Multiplication Modulo n......Page 231
12.4.1: Digital Signatures with RSA......Page 232
12.4.2: Public Exponents......Page 233
12.4.3: The Private Key......Page 234
12.4.5: Generating RSA Keys......Page 235
12.5: Pitfalls Using RSA......Page 237
12.6: Encryption......Page 238
12.7: Signatures......Page 241
12.8: Exercises......Page 243
13.1: Roles......Page 245
13.2: Trust......Page 246
13.3: Incentive......Page 247
13.4: Trust in Cryptographic Protocols......Page 249
13.5: Messages and Steps......Page 250
13.5.2: Protocol and Message Identity......Page 251
13.5.3: Message Encoding and Parsing......Page 252
13.5.5: Errors......Page 253
13.5.6: Replay and Retries......Page 255
13.6: Exercises......Page 257
14.1: The Setting......Page 259
14.2: A First Try......Page 260
14.3: Protocols Live Forever......Page 261
14.4: An Authentication Convention......Page 262
14.5: A Second Attempt......Page 263
14.6: A Third Attempt......Page 264
14.7: The Final Protocol......Page 265
14.8.1: Alice\'s View......Page 267
14.8.3: Attacker\'s View......Page 268
14.9: Computational Complexity of the Protocol......Page 270
14.9.1: Optimization Tricks......Page 271
14.10: Protocol Complexity......Page 272
14.13: Exercises......Page 273
15.1: Large Integer Arithmetic......Page 275
15.1.1: Wooping......Page 277
15.1.3: Checking RSA Encryption......Page 280
15.2: Faster Multiplication......Page 281
15.3: Side-Channel Attacks......Page 282
15.3.1: Countermeasures......Page 283
15.4: Protocols......Page 284
15.4.2: Receiving a Message......Page 285
15.5: Exercises......Page 287
Part IV: Key Management......Page 289
16.1.1: Expiration......Page 291
16.1.4: Real-Time Transactions......Page 292
16.2: Using the Real-Time Clock Chip......Page 293
16.3.2: Stopping the Clock......Page 294
16.3.3: Setting the Clock Forward......Page 295
16.4: Creating a Reliable Clock......Page 296
16.5: The Same-State Problem......Page 297
16.6: Time......Page 298
16.8: Exercises......Page 299
Chapter 17: Key Servers......Page 301
17.2: Kerberos......Page 302
17.3: Simpler Solutions......Page 303
17.3.3: Rekeying......Page 304
17.4: What to Choose......Page 305
17.5: Exercises......Page 306
18.1: A Very Short PKI Overview......Page 307
18.2.3: Electronic Banking......Page 308
18.3.1: Multilevel Certificates......Page 309
18.3.2: Expiration......Page 310
18.3.3: Separate Registration Authority......Page 311
18.5: Exercises......Page 312
19.1: Names......Page 313
19.2: Authority......Page 315
19.3: Trust......Page 316
19.4: Indirect Authorization......Page 317
19.6: Credential Systems......Page 318
19.7: The Modified Dream......Page 320
19.8.1: Revocation List......Page 321
19.8.2: Fast Expiration......Page 322
19.8.4: Revocation Is Required......Page 323
19.9: So What Is a PKI Good For?......Page 324
19.10: What to Choose......Page 325
19.11: Exercises......Page 326
20.1.1: Permission Language......Page 327
20.1.2: The Root Key......Page 328
20.2: The Life of a Key......Page 329
20.3: Why Keys Wear Out......Page 330
20.5: Exercises......Page 332
21.1: Disk......Page 333
21.2: Human Memory......Page 334
21.2.1: Salting and Stretching......Page 336
21.4: Secure Token......Page 338
21.5: Secure UI......Page 339
21.6: Biometrics......Page 340
21.7: Single Sign-On......Page 341
21.9: Secret Sharing......Page 342
21.10.1: Paper......Page 343
21.10.2: Magnetic Storage......Page 344
21.11: Exercises......Page 345
Part V: Miscellaneous......Page 347
22.1.1: The Standards Process......Page 349
22.1.1.2: Functionality......Page 351
22.1.2: SSL......Page 352
22.1.3: AES: Standardization by Competition......Page 353
22.2: Patents......Page 354
Chapter 23: Involving Experts......Page 355
Bibliography......Page 359
Index......Page 371