EFF DES破解机

这台价值250,000美元的DES破解机包含1,856个特别定制的专用集成电路,能在短短几天之内暴力破解DES的密钥。图中展示了机器的双面电路板,安装了64个“深译”芯片]]

EFF DES破解机()是电子前哨基金会(EFF)在1998年建造的机器,用于暴力破解美国政府的数据加密标准,即DES加密算法,昵称“深译”()。这台机器能够对DES密钥空间中所有的密钥逐一进行尝试,从而将密文破解,其目的在于证明DES的密钥长度不足,不能保证安全。

本机器的相关技术资料,包括原理图、电路图、芯片VHDL源代码、模拟器源代码,均被电子前哨基金会公开发表在《破解DES》一书中,并使用了公有领域许可协议,允许任何人复制、使用与修改。为了避开美国政府的出口管制,源代码是以书本形式而不是电子形式发布的。书中的源代码含有机器可读的元数据,方便读者使用OCR将源代码录入计算机。

DES加密算法的密钥长度为56位,这意味着加密时存在256个密钥可供选择,即7.2万万亿(72,057,594,037,927,936)种可能性。但是,DES依然长期面临“密钥长度过短、安全性不足”的批评。

早在1975年算法公开之初,著名的斯坦福大学密码学家马丁·赫尔曼与惠特菲尔德·迪菲就批评DES算法易被暴力破解,因此不安全,惟有将密钥长度提升到至少128位才能保证安全。二人还构想了一台可在一天内测试所有密钥的机器,需要的成本为2000万美元,并指出这对于美国国家安全局(NSA)等情报机构而言并非是一笔很大的开销,并认为成本在10年后还会进一步下降到20万美元。

在随后的20年间,芯片的价格确实不断下降、性能不断提升,使电子前哨基金会这样的小型非营利组织也具有了破解DES的能力。

对密码学的管制
在20世纪,以NSA为首的美国政府以及盟友为了维护自身的利益,对密码学进行严格管制,限制密码学的传播并降低现有系统的安全性,甚至加入后门。例如,一位在1980年代曾参与过GSM研发的专家表示,为保护手机通话不被窃听,原计划采用128位加密进行保护。但随后遭到英国政府方面的施压,使最终的A5/1加密算法被迫削弱为54位,团队中的许多专家对此十分愤怒。时至90年代末,随着互联网与电子商务的兴起,使用密码学保护公民隐私与商业信息的诉求,与美国政府管制政策之间的矛盾逐渐升温。媒体与公众将这段历史时期统称为密码战争。|美国联邦调查局局长路易斯·弗里在国会上}}

DES挑战赛
由于上述原因,希望以实际行动向公众展示DES的密钥长度过短,时下已不能保证安全性,因此在1997年举办了首届DES挑战赛,成功者可获得一万美元的奖金。第一届大赛被来自科罗拉多州洛夫兰的洛克·沃瑟所带领的团队破解成功,耗时96天。接着,RSA安全公司随后举办了第二届挑战赛,其中的初赛由互联网最早的分布式计算平台的22,000名志愿者们挑战成功。他们使用自己的个人电脑参与计算,共历时39天,于1998年2月成功破解密文,解密后得到「机密信息为:人多好辦事」(The secret message is: Many hands make light work)的文本。

即使在DES已被两次破解以后,联邦调查局局长路易斯·弗里依然以“破译时间过长,没有意义”为理由,拒绝承认DES已不安全。因此,RSA再次发起了第二次挑战赛的复赛。为了响应第二届DES挑战赛的号召,“深译”加入了1998年7月15日举行的复赛,仅用56小时成功破解了DES加密的消息,获得了10,000美元奖金。破译后得到「机密信息为:是时候让128位,192位与256位密钥登场了」(The secret message is: It's time for those 128-, 192-, and 256-bit keys)的文本。此次暴力破解攻击展现了破解DES是非常可行的计划,多数政府和大型企业完全有能力建造一台类似“深译”的机器。

六个月之后,电子前哨基金会响应了RSA安全公司举办的第三届挑战赛,并与distributed.net团队合作破译了另一则DES加密的消息,再次获得了10,000美元。这次的整个破译过程不到一天,仅用22小时15分,于1999年1月19日完成破解。

同年10月,美国政府宣布DES标准不会被废除,但推荐使用其增强版三重DES替代。然而,这需要将DES反复运行三次,使计算速度更加缓慢。而且与直觉相反,由于中途相遇攻击的存在,三重DES的安全性仅仅是原密钥长度的两倍(2112),并非三倍(2168)。可见三重DES的安全性只有112位,离密码学界所推荐的128位仍有一定差距,而且还需要高昂的计算成本,将其应用于互联网时不能令人满意。

2002年5月26日,高级加密标准(即AES)正式取代了DES数据加密标准成为了新的联邦政府标准。不同于DES,AES不仅将密钥长度提升至128位与256位,还大幅提升了计算速度,并广泛应用于今日的互联网。

技术
“深译”由、先进无线科技公司(Advanced Wireless Technologies)与电子前哨基金会联合设计,总设计师是密码学研究公司的主席。先进无线科技公司制造了1856片定制芯片(代号“深译”,型号AWT-4500),分别组装在29块电路板上,每块电路板64片。这些电路板再被分别放入6个模块,然后安装在一台改裝過的的机箱中。为了协助密钥的搜寻工作,另外还使用了一台运行Linux操作系统的个人电脑负责控制机器。2012年7月,安全研究人员大卫·赫尔顿(David Hulton)与莫克西·马林斯佩克(Moxie Marlinspike)公布了一个通过暴力破解DES加密从而破解MS-CHAPv2协议的云计算工具,这让普通大众能够在24小时之内利用一对已知的明文和密文破解DES密钥。

参考文献

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