(Полное раскрытие: я работаю в сфере инноваций в области безопасности и работал в NTRU, пока нас не приобрела СИ)
Предупреждение: длинный ответ!
Давайте посмотрим на игрушечный пример: N = 11, q = 29. Давайте возьмем df = 3, поэтому f состоит из 3 коэффициентов, равных 1, и 8 коэффициентов, равных 0. Возьмем dg = 5. И предположим, что h = g * f ^ {- 1} mod p, а не с использованием оптимизаций с f = 1 + pF. Тогда мы могли бы иметь
f = [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
finv = [16, 12, 4, 18, 17, 14, 9, 28, 8, 26, 3]
g = [1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0]
h = [15, 20, 1, 21, 4, 26, 14, 17, 25, 11, 12]
Здесь вы можете проверить, что f * h = g.
Атакующий хочет найти f, чтобы он мог выполнить поиск грубой силы для df = 3. Он может ускорить это, воспользовавшись тем, что будет некоторое вращение f, в котором 1 находится в первой позиции. , поэтому им нужно только найти (10 вариантов 2) возможных местоположений для двух других ненулевых коэффициентов f. Полный поиск, который они выполняют, таков:
f*h (=g) f
[9, 18, 7, 13, 26, 22, 15, 28, 27, 24, 19]; [1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[23, 17, 4, 8, 16, 2, 3, 6, 10, 21, 11]; [1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[15, 2, 3, 5, 11, 21, 12, 23, 17, 4, 8]; [1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[12, 23, 17, 4, 8, 16, 2, 3, 5, 11, 20]; [1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
[24, 20, 9, 18, 7, 13, 26, 22, 14, 28, 27]; [1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
[2, 3, 6, 10, 21, 12, 23, 17, 4, 8, 15]; [1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[19, 10, 18, 7, 13, 26, 22, 14, 28, 27, 24]; [1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[28, 27, 25, 19, 10, 18, 7, 13, 25, 22, 14]; [1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0]
[18, 7, 13, 26, 22, 15, 28, 27, 24, 19, 9]; [1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[22, 14, 28, 27, 25, 19, 10, 18, 7, 13, 25]; [1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[14, 28, 27, 24, 20, 9, 19, 6, 14, 25, 22]; [1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[11, 20, 12, 23, 17, 4, 9, 15, 2, 3, 5]; [1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
[23, 17, 4, 8, 16, 1, 4, 5, 11, 20, 12]; [1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
[1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0]; [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[18, 7, 13, 26, 22, 14, 0, 26, 25, 19, 9]; [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[27, 24, 20, 9, 19, 6, 14, 25, 22, 14, 28]; [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0]
[17, 4, 8, 16, 2, 3, 6, 10, 21, 11, 23]; [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[28, 27, 24, 19, 10, 18, 7, 13, 26, 22, 14]; [1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[25, 19, 9, 18, 7, 13, 26, 22, 14, 0, 26]; [1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
[8, 16, 1, 3, 6, 10, 21, 12, 23, 17, 4]; [1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
[15, 28, 27, 24, 20, 9, 18, 7, 13, 26, 21]; [1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[3, 6, 10, 21, 12, 23, 17, 4, 8, 16, 1]; [1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[12, 23, 17, 4, 9, 15, 2, 3, 5, 11, 20]; [1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0]
[2, 3, 5, 11, 21, 12, 23, 17, 4, 8, 15]; [1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[17, 4, 8, 15, 2, 3, 6, 10, 21, 12, 23]; [1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
[0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1]; [1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
[7, 13, 26, 21, 15, 28, 27, 24, 20, 9, 18]; [1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[24, 20, 9, 18, 7, 13, 26, 21, 15, 28, 27]; [1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[4, 8, 16, 1, 4, 5, 11, 20, 12, 23, 17]; [1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0]
[23, 17, 4, 8, 16, 2, 3, 5, 11, 20, 12]; [1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[26, 22, 14, 28, 27, 24, 20, 9, 18, 7, 13]; [1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0]
[4, 5, 11, 20, 12, 23, 17, 4, 8, 16, 1]; [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0]
[21, 12, 23, 17, 4, 8, 16, 1, 3, 6, 10]; [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0]
[1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0]; [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0]
[20, 9, 18, 7, 13, 26, 22, 14, 28, 27, 24]; [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1]
[16, 2, 3, 5, 11, 20, 12, 23, 17, 4, 8]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0]
[4, 9, 15, 2, 3, 5, 11, 20, 12, 23, 17]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0]
[13, 26, 22, 14, 0, 26, 25, 19, 9, 18, 7]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0]
[3, 6, 10, 21, 12, 23, 17, 4, 8, 15, 2]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1]
[11, 21, 12, 23, 17, 4, 8, 15, 2, 3, 5]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0]
[20, 9, 19, 6, 14, 25, 22, 14, 28, 27, 24]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0]
[10, 18, 7, 13, 26, 22, 14, 28, 27, 24, 19]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1]
[8, 16, 2, 3, 6, 10, 21, 11, 23, 17, 4]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0]
[27, 25, 19, 10, 18, 7, 13, 25, 22, 14, 28]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1]
[7, 13, 26, 22, 15, 28, 27, 24, 19, 9, 18]; [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1]
Сканируйте там, и вы увидите, что g появляется в строках 14, 26 и 34 из 45 рядов. (g появляется три раза, потому что в f есть три 1, поэтому есть три поворота f, у которых 1 в ведущей позиции).
Теперь давайте посмотрим на атаку встреч в середине. Атакующий использует формулу
(f1+f2) * h = g
так
f1*h = g - f2*h
Использование e [i] для обозначения i-го коэффициента e означает, что злоумышленник знает, что
(f1*h)[i] = - (f2*h)[i] + 0 or 1
Таким образом, атакующий вычисляет все возможные значения f1 * h. Вызовите получившийся список {g1}. Затем они вычисляют -f2 * h и для каждого результата g2 видят, совпадает ли g2 с существующим g1 или отличается ли g2 от любого g1 не более чем на 1 в каждом коэффициенте . Другими словами,
[3, 10, 12, 7]
будет соответствовать
[4, 10, 12, 8]
Делая это таким образом, злоумышленнику нужно только проработать следующее:
- Все 10 f1 с 1 в лидирующей позиции и 1 где-то еще
- Все 10 f2 с одним 1 в любой позиции, кроме ведущей
Это дает следующее. Я отсортировал списки, чтобы было легче найти совпадения.
f1*h = g1 f1
[00, 08, 26, 03, 16, 12, 05, 18, 17, 15, 09] [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
[03, 16, 12, 04, 19, 17, 15, 09, 00, 08, 26] [1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[06, 21, 22, 25, 01, 11, 02, 13, 07, 23, 27] [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[07, 24, 27, 06, 21, 22, 25, 00, 11, 02, 13] [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[11, 02, 13, 07, 24, 27, 06, 21, 22, 25, 00] [1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[12, 05, 18, 17, 15, 09, 00, 08, 26, 03, 16] [1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
[16, 12, 05, 18, 18, 14, 10, 28, 08, 26, 03] [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0]
[19, 17, 15, 09, 00, 08, 26, 03, 16, 12, 04] [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[26, 03, 16, 12, 05, 18, 18, 14, 10, 28, 08] [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[27, 06, 21, 22, 25, 01, 11, 02, 13, 07, 23] [1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
-f2*h = g2 f2
[03, 15, 12, 04, 18, 17, 14, 09, 28, 08, 25] [0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
[04, 18, 17, 14, 09, 28, 08, 25, 03, 15, 12] [0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[08, 25, 03, 15, 12, 04, 18, 17, 14, 09, 28] [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0]
[09, 28, 08, 25, 03, 15, 12, 04, 18, 17, 14] [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
[12, 04, 18, 17, 14, 09, 28, 08, 25, 03, 15] [0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[15, 12, 04, 18, 17, 14, 09, 28, 08, 25, 03] [0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
[17, 14, 09, 28, 08, 25, 03, 15, 12, 04, 18] [0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[18, 17, 14, 09, 28, 08, 25, 03, 15, 12, 04] [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
[25, 03, 15, 12, 04, 18, 17, 14, 09, 28, 08] [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
[28, 08, 25, 03, 15, 12, 04, 18, 17, 14, 09] [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0]
Вы можете видеть, что:
- строка 1 из g1 совпадает со строкой 10 из g2, давая [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0]
- строка 2 из g1 совпадает со строкой 1 из g2, давая [1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
- строка 6 из g1 совпадает со строкой 5 из g2, давая [1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
- строка 7 из g1 совпадает со строкой 6 из g2, давая [1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0]
- строка 8 из g1 совпадает со строкой 8 из g2, давая [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
- строка 9 из g1 совпадает со строкой 9 из g2, давая [1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0]
Здесь есть 6 столкновений, потому что есть 3 поворота с 1 в ведущем положении, и для каждого поворота есть два способа выбрать два других коэффициента.
Таким образом, злоумышленнику придется выполнить около 45/3 = 15 работ, чтобы найти ключ с помощью поиска методом грубой силы, и около 10 работ, чтобы найти ключ с атакой «встречай посередине» (чуть меньше 10 из-за до поворотов, но у меня нет чистой формулы под рукой).
Существуют различные оптимизации, но этого должно быть достаточно, чтобы дать вам идею.
Одна вещь, с которой я до сих пор не сталкивался, это как сократить время поиска. Простой способ сделать это - просто отсортировать результаты по ходу дела. Время для вставки или поиска коллизии с записью составляет примерно log_2 (размер пространства поиска). В качестве альтернативы, за счет использования большего количества памяти, можно сократить это время поиска до постоянной, зарезервировав блок для каждого возможного значения первых нескольких коэффициентов g1.
Надеюсь, это поможет. Дайте мне знать, если у вас есть еще вопросы.