カスタムハードウェア攻撃

EFF の「ディープクラック」マシンには 1,856 個のカスタムチップが搭載されており、わずか数日で DES キーをブルートフォースで解読できます。写真は 32 個のカスタム攻撃チップが取り付けられた回路基板を示しています。

暗号化技術では、カスタムハードウェア攻撃は、特別に設計された特定用途向け集積回路(ASIC) を使用して、暗号化されたメッセージを解読します。

暗号ブルートフォース攻撃を仕掛けるには、多数の類似した計算が必要です。通常は、1 つのキーを試し、復号化の結果が意味のある答えを与えるかどうかを確認し、意味のある答えを与えない場合は次のキーを試します。コンピューターはこれらの計算を 1 秒あたり数百万の速度で実行でき、数千台のコンピューターを分散コンピューティングネットワークで一緒に利用できます。ただし、平均して必要な計算の数はキーのサイズとともに指数関数的に増加し、多くの問題に対して標準的なコンピューターでは十分な速度ではありません。一方、多くの暗号アルゴリズムは、ハードウェア、つまりゲートとも呼ばれる論理回路のネットワークでの高速実装に適しています。集積回路(IC) はこれらのゲートで構成され、多くの場合、汎用コンピューターよりも数百倍高速に暗号アルゴリズムを実行できます。^[1]

各 IC には多数のゲート (2005 年には数億) を含めることができます。したがって、同じ復号回路 (セル) を 1 つの IC で何千回も複製できます。これらの IC の通信要件は非常に単純です。各 IC には、最初にキー空間の開始点がロードされ、場合によっては比較テスト値もロードされる必要があります (既知平文攻撃を参照)。出力は、IC が答えを見つけたことを示す信号と、成功したキーで構成されます。

ICは大量生産に適しているため、1つの問題に数千、あるいは数百万のICを適用することができます。IC自体はプリント基板に実装できます。チップの通信要件は同じなので、標準的な基板設計をさまざまな問題に使用できます。ウェーハスケールの統合も別の可能性です。この方法の主な制限は、チップ設計、 IC製造、床面積、電力、放熱のコストです。^[2]

歴史

最も古いカスタムハードウェア攻撃は、第二次世界大戦でエニグママシンのキーを復元するために使用されたボンベだったと考えられます。1998 年には、電子フロンティア財団によってデータ暗号化標準暗号に対するカスタムハードウェア攻撃が行われました。この財団の「ディープクラック」マシンは構築に 25 万ドルかかり、 56 時間の作業でDES チャレンジ II-2テストメッセージを解読しました。確認されている他の DES クラッカーは、2006 年に構築された COPACOBANA マシン (コスト最適化並列コードブレーカー) のみです。ディープクラックとは異なり、COPACOBANA は市販の FPGA (再構成可能な論理ゲート) で構成されています。COPACOBANA の構築コストは約 1 万ドル^{[3]で、平均 6.4 日未満で}DESキーを復元します。EFF マシンに比べて約 25 分の 1 にコストが削減されたことは、デジタルハードウェアの継続的な改善を示す素晴らしい例です。 8年間のインフレ調整により、約30倍というさらに高い改善がもたらされる。2007年以来、COPACOBANAの2つのプロジェクトパートナーからスピンオフした企業であるSciEngines GmbHは、COPACOBANAの後継機を強化および開発してきた。2008年には、同社のCOPACOBANA RIVYERAが、128台のSpartan-3 5000を使用して、DESの解読時間を現在の記録である1日未満に短縮した。 ^[4]米国国家安全保障局などの大規模な政府系暗号解読組織は、カスタムハードウェア攻撃を多用していると一般に信じられている^[^要出典^]が、 2005年時点では、例の機密解除や漏洩は行われていない。 ^[update]

参照

参考文献

^ Jindal, Poonam; Abou Houran, Mohamad; Goyal, Deepam; Choudhary, Anurag (2023-06-01). 「フォトニック結晶ベースのロジックゲートの設計に使用されるさまざまな手法のレビュー」. Optik . 280 :170794 . Bibcode :2023Optik.280q0794J. doi :10.1016/j.ijleo.2023.170794. ISSN 0030-4026. S2CID 257725561.
^ Navaraj, William Taube; Gupta, Shoubhik; Lorenzelli, Leandro; Dahiya, Ravinder (2018 年 4 月)。「高性能曲げ可能システムのためのフレキシブル基板上への極薄シリコンチップのウェーハスケール転写」。Advanced Electronic Materials。4 ( 4 ) : 1700277。doi : 10.1002/aelm.201700277。S2CID 85547788 。
^ ゲルト・ファイファー;クリストフ・パール;ヤン・ペルツル;サンディープ・クマール。アンディ・ラップ。マンフレッド・シムラー。 8,980 ユーロで DES を突破する方法(PDF)。シャークス2006。
^ DES を 1 日もかからずに破る Archived 2011-07-16 at the Wayback Machine [企業のプレスリリース、2009 年のワークショップで実演]

外部リンク

COPACOBANA、コスト最適化コードブレーカーおよびアナライザー

[1] Jindal, Poonam; Abou Houran, Mohamad; Goyal, Deepam; Choudhary, Anurag (2023-06-01). 「フォトニック結晶ベースのロジックゲートの設計に使用されるさまざまな手法のレビュー」. Optik . 280 :170794 . Bibcode :2023Optik.280q0794J. doi :10.1016/j.ijleo.2023.170794. ISSN 0030-4026. S2CID 257725561.

[2] Navaraj, William Taube; Gupta, Shoubhik; Lorenzelli, Leandro; Dahiya, Ravinder (2018 年 4 月)。「高性能曲げ可能システムのためのフレキシブル基板上への極薄シリコンチップのウェーハスケール転写」。Advanced Electronic Materials。4 ( 4 ) : 1700277。doi : 10.1002/aelm.201700277。S2CID 85547788 。

[3] ゲルト・ファイファー;クリストフ・パール;ヤン・ペルツル;サンディープ・クマール。アンディ・ラップ。マンフレッド・シムラー。 8,980 ユーロで DES を突破する方法(PDF)。シャークス2006。

[4] DES を 1 日もかからずに破る Archived 2011-07-16 at the Wayback Machine [企業のプレスリリース、2009 年のワークショップで実演]