Ataque de chaves relacionadas
Na criptografia, um ataque de chaves relacionadas é qualquer forma de criptoanálise em que o atacante pode observar a operação de uma cifra sob várias chaves diferentes cujos valores são inicialmente desconhecidos, mas onde alguma relação matemática que conecta as chaves é conhecida pelo atacante. Por exemplo, o atacante pode saber que os últimos 80 bits das chaves são sempre os mesmos, embora não saiba, a princípio, quais são esses bits.
O KASUMI é uma cifra de bloco de 64 bits e oito rodadas, com uma chave de 128 bits. Ele é baseado no MISTY1 e foi projetado para formar a base dos algoritmos de integridade e confidencialidade do 3G. Mark Blunden e Adrian Escott descreveram ataques diferenciais de chaves relacionadas em cinco e seis rodadas do KASUMI. Ataques diferenciais foram introduzidos por Biham e Shamir. Ataques de chaves relacionadas foram introduzidos pela primeira vez por Biham. Ataques diferenciais de chaves relacionadas são discutidos em Kelsey et al.
Um exemplo importante de um protocolo criptográfico que falhou devido a um ataque de chaves relacionadas é o Wired Equivalent Privacy (WEP), usado em redes sem fio Wi-Fi. Cada adaptador de rede Wi-Fi cliente e ponto de acesso sem fio em uma rede protegida por WEP compartilha a mesma chave WEP. A criptografia utiliza o algoritmo RC4, uma cifra de fluxo. É essencial que a mesma chave nunca seja usada duas vezes com uma cifra de fluxo. Para evitar que isso aconteça, o WEP inclui um vetor de inicialização (IV) de 24 bits em cada pacote de mensagem. A chave RC4 para esse pacote é o IV concatenado com a chave WEP. As chaves WEP precisam ser alteradas manualmente e isso normalmente acontece com pouca frequência. Um atacante, portanto, pode assumir que todas as chaves usadas para criptografar pacotes compartilham uma única chave WEP. Esse fato expôs o WEP a uma série de ataques que se revelaram devastadores. O mais simples de entender utiliza o fato de que o IV de 24 bits permite apenas pouco menos de 17 milhões de possibilidades. Devido ao paradoxo do aniversário, é provável que, para cada 4096 pacotes, dois compartilhem o mesmo IV e, consequentemente, a mesma chave RC4, permitindo que os pacotes sejam atacados. Ataques mais devastadores aproveitam certas chaves fracas no RC4 e, eventualmente, permitem que a própria chave WEP seja recuperada. Em 2005, agentes do FBI dos EUA demonstraram publicamente a capacidade de fazer isso com ferramentas de software amplamente disponíveis em cerca de três minutos.
Uma abordagem para prevenir ataques de chaves relacionadas é projetar protocolos e aplicações de modo que as chaves de criptografia nunca tenham uma relação simples entre si. Por exemplo, cada chave de criptografia pode ser gerada a partir do material de chave subjacente usando uma função de derivação de chave. Por exemplo, um substituto para o WEP, o Wi-Fi Protected Access (WPA), utiliza três níveis de chaves: chave mestra, chave de trabalho e chave RC4. A chave mestra WPA é compartilhada com cada cliente e ponto de acesso e é usada em um protocolo chamado Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) para criar novas chaves de trabalho com frequência suficiente para frustrar métodos de ataque conhecidos. As chaves de trabalho são então combinadas com um IV mais longo, de 48 bits, para formar a chave RC4 para cada pacote. Este design imita a abordagem WEP o suficiente para permitir que o WPA seja usado com placas de rede Wi-Fi de primeira geração, algumas das quais implementavam partes do WEP em hardware. No entanto, nem todos os pontos de acesso de primeira geração podem executar WPA.
