CCM模式
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CCM 模式（帶有密文分組鏈接消息驗證碼的計數器模式；帶有CBC-MAC 的CTR模式）是塊密碼的一種工作模式。它是一種認證加密，旨在提供身份驗證和機密性。 CCM 模式僅針對分組長度為 128 位的分組密碼定義。 [1]
必須謹慎選擇 CCM 的隨機數，以免對同一個密鑰重複使用。這是因為 CCM 是計數器 (CTR) 模式的派生，而後者實際上是一種流密碼。 [2]
加密與認證
[編輯]顧名思義，CCM 模式結合了用於加密的計數器 (CTR) 模式和用於身份驗證的密碼塊鏈消息身份驗證碼 (CBC-MAC) 。這兩個原語以「先驗證後加密」（MAC then Encrypt, MtE）的方式應用：首先對消息計算 CBC-MAC，以獲得消息驗證碼 (MAC) ，然後使用計數器模式對消息和 MAC 進行加密。主流觀點認為，只要加密中使用的計數器值不與身份驗證中使用的（預）初始化向量衝突，就可以將相同的加密密鑰用於兩者。基於底層分組密碼的安全性，該組合存在可證明安全性[3] 。該證明還適用於任何塊大小以及任何大小的強加密偽隨機函數的 CCM 推廣（因為在計數器模式和 CBC-MAC 中，塊密碼僅在一個方向上使用）。
CCM 模式由Russ Housley 、Doug Whiting 和Niels Ferguson設計。在開發 CCM 模式時，Russ Housley 在RSA 實驗室工作。
Zigbee標準中使用了 CCM 的一個微小變體，稱為 CCM*。 CCM* 包括 CCM 的所有功能，還提供僅加密功能。 [4]
性能
[編輯]CCM 需要對認證加密信息的每個塊進行兩次分組密碼加密操作，並對關聯的經過驗證的數據的每個塊進行一次加密。
根據Crypto++基準測試，AES CCM 在 32 位模式下的Intel Core 2 處理器上的運行效率為每字節28.6周期。 [5]
效率問題：
- CCM 不是帶有關聯數據的「在線」認證加密 (AEAD) ，因為必須提前知道消息（和關聯數據）的長度。
- 在MAC構造中，關聯數據的長度使用可變長度編碼，而這可能比機器字更短。如果關聯數據很長（這種情況並不常見）， MAC 可能出現性能下降。
- 關聯數據是在消息數據之後處理的，因此無法預先計算靜態關聯數據的狀態。
專利
[編輯]偏移碼本 (OCB) 模式的提交推動了 CCM 模式的發展與納入IEEE 802.11i標準。由於該 OCB 正在申請專利，因此有人反對加入 OCB 模式。對於標準的實施者而言，包含專利算法意味着許可複雜性的增加。
雖然基於這些知識產權問題對 OCB 模式的納入存在爭議，但人們一致認為，簡化認證加密系統是可取的。因此Housley等人開發了 CCM 模式，作為不受專利阻礙的潛在替代方案。
儘管 CCM 模式的效率略低於 OCB 模式，但相比之下，無專利解決方案比因專利許可問題而複雜化的解決方案更可取。因此，CCM 模式繼續成為 IEEE 802.11i 標準的強制組件，而 OCB 模式則降級為可選組件狀態，最終被完全刪除。
使用
[編輯]CCM 模式應用於IEEE 802.11i （如CCMP 與 WPA2的 CCM 加密協議）、 IPsec[6] 和 TLS 1.2， [7]以及藍牙低功耗（從藍牙 4.0開始）。 [8]它可用於 TLS 1.3，但在OpenSSL中默認不啟用。 [9]
參見
[編輯]- 認證加密
- 流密碼
- 流密碼攻擊
- 計數器模式密碼塊鏈消息完整碼協議
參考
[編輯]- ^ Counter with CBC-MAC (CCM). September 2003.
- ^ Housley, Russ. rfc4309. IETF. December 2005: 3 [2023-12-04]. （原始內容存檔於2021-05-06）.
AES CCM employs counter mode for encryption. As with any stream cipher, reuse of the same IV value with the same key is catastrophic.
- ^ Jakob Jonsson, On the Security of CTR + CBC-MAC (PDF). [2023-12-04]. （原始內容存檔 (PDF)於2024-05-14）.
- ^ IEEE Standard for Local and metropolitan area networks--Part 15.4: Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs) (PDF). IEEE Standards: 229. 2011-09-05 [2015-12-18]. （原始內容存檔 (PDF)於2017-09-19）.
- ^ Crypto++ 5.6.0 Benchmarks. Crypto++. [6 September 2015]. （原始內容存檔於2008-10-15）.
- ^ RFC 4309 Using Advanced Encryption Standard (AES) CCM Mode with IPsec Encapsulating Security Payload (ESP)
- ^ RFC 6655 AES-CCM Cipher Suites for Transport Layer Security (TLS)
- ^ Bluetooth Low Energy Security. [2017-04-20]. （原始內容存檔於2016-04-02）.
- ^ Caswell, Matt. Using TLS1.3 With OpenSSL. OpenSSL blog. 2017-05-04 [2018-12-29]. （原始內容存檔於2017-09-16）.
外部連結
[編輯]- RFC 3610: Counter with CBC-MAC (CCM)
- RFC 4309: Using Advanced Encryption Standard (AES) CCM Mode with IPsec Encapsulating Security Payload (ESP)
- RFC 6655: AES-CCM Cipher Suites for Transport Layer Security (TLS)
- A Critique of CCM （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (by the designer of OCB)
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