DES（データ暗号化標準）を構成する主な要素とは？

DES（Data Encryption Standard）には、以下のようなさまざまな重要な要素が存在します。

Sボックス（S-Box）の利用

DESにおいて置換処理に使用されるテーブル、すなわちSボックスは、IBMによってその設計内容が非公開とされています。IBMによれば、Sボックスの内部設計を完成させるまでに17人年以上もの歳月を要したとされています。この設計の秘匿性こそが、DESの安全性を支える要素の一つとなっています。

鍵長

暗号システムには、暗号アルゴリズムと鍵という2つの重要な要素があります。DESアルゴリズムの内部動作は完全に公開されているため、DESの強度は、秘密にしておくべきもう一つの要素である「鍵」のみに依存します。鍵が漏洩すれば、アルゴリズムがどれほど堅牢でも暗号の安全性は失われてしまうのです。

差分暗号解析

差分暗号解析は、主にブロック暗号に適用される一般的な暗号解析手法ですが、ストリーム暗号や暗号学的ハッシュ関数にも応用可能です。広い意味では、入力データの差分が出力結果の差分にどのような影響を与えるかを研究する分野といえます。

差分暗号解析の主な目的は、暗号文における統計的な分布やパターンを調べることで、暗号に使用された鍵に関する情報を推測することにあります。

また、差分暗号解析は、入力の差分が暗号化後の出力の差分とどのように関連するかを分析する暗号学の一分野でもあり、平文の変更が暗号文に非ランダムな結果をもたらすかどうかを判定するために、主としてブロック暗号の研究で活用されています。

線形暗号解析

線形暗号解析は、既知平文攻撃の一種です。この手法では、攻撃者が既知の平文と暗号文のパリティビットを調査することにより、隠された鍵のパリティビットについて高確率の近似値を取得します。さらに補助技法など複数の手法を組み合わせることで、攻撃を拡張し、秘密鍵のより多くのビットを特定することが可能になります。

線形暗号解析には、一般に次の2つの要素があります。

• 1つ目は、平文・暗号文・鍵ビットに関連する線形式を作成することです。これらの式は大きなバイアスを持つ、すなわち式が成立する確率が0または1にできる限り近いものである必要があります。

• 2つ目は、作成した線形式を既知の平文・暗号文ペアと組み合わせて使用し、鍵ビットを導き出すことです。

タイミング攻撃

タイミング攻撃とは、ローカルまたはリモートシステムの脆弱性を突き、対象システムがさまざまな入力に対して応答するまでの時間を観察することで、機密性の高い情報や隠されたデータを導き出すセキュリティ攻撃のことです。タイミング攻撃は、「サイドチャネル攻撃」と呼ばれるより広範な攻撃カテゴリの一種に分類されます。

タイミング攻撃を用いると、攻撃者はシステムが各種の問い合わせに応答するのに要する時間を測定することで、セキュリティシステム内部の秘密情報を抽出できる可能性があります。

代表的な例として、KocherはRSA復号に使用される隠された鍵を暴くためのタイミング攻撃を設計しました。当時、こうした攻撃はスマートカードなどのハードウェアセキュリティトークンの分野で主に問題視されていました。