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- Chaffing and winnowing is a cryptographic technique to achieve confidentiality without using encryption when sending data over an insecure channel. The name is derived from agriculture: after grain has been harvested and threshed, it remains mixed together with inedible fibrous chaff. The chaff and grain are then separated by winnowing, and the chaff is discarded. The technique was conceived by Ron Rivest. Although it bears similarities to both traditional encryption and steganography, it cannot be classified under either category. This technique is remarkable compared to ordinary encryption methods because it allows the sender to deny responsibility for encrypting their message. When using chaffing and winnowing, the sender transmits the message unencrypted, in clear text. Although the sender and the receiver share a secret key, they use it only for authentication. However, a third party can make their communication confidential by simultaneously sending specially crafted messages through the same channel. The sender wants to send a message to the receiver. In the simplest setup, Alice enumerates the bits in her message and sends out each bit in a separate packet. Each packet contains the bit's serial number in the message, the bit itself (both unencrypted), and a message authentication code (MAC) whose secret key Alice shares with Bob. Charles, who transmits Alice's packets to Bob, interleaves the packets with corresponding bogus packets (called "chaff") with corresponding serial numbers, the bits inverted, and a random number in place of the MAC. Charles does not need to know the key to do that. Bob uses the MAC to find the authentic messages and drops the "chaff" messages. This process is called "winnowing". Eve, an eavesdropper located between Alice and Charles, can easily read Alice's message. But an eavesdropper between Charles and Bob would have to tell which packets are bogus and which are real (i. e. to "separate the wheat from the chaff"). That is infeasible, given that the MAC used is secure and that Charles does not leak any information on packet authenticity (via timing, for example). When an authority requires Alice to disclose her secret key, she can defend with the argument that she used the key merely for authentication and did not intend to make the message confidential. If the authority cannot order Alice to disclose an authentication key (which knowledge would enable the authority to forge messages from Alice), then her messages will remain confidential. On the other hand, Charles does not even possess any secret keys that he could be ordered to disclose. The simple variant of the chaffing and winnowing technique described above adds many bits of overhead per bit of original message. To make the transmission more efficient, Alice can process her message with an all-or-nothing transform and then send it out in much larger chunks. The chaff packets will have to be modified accordingly. Because the original message can be reconstructed only by knowing all of its chunks, Charles needs to send only enough chaff packets to make finding the correct combination of packets computationally infeasible. Chaffing and winnowing lends itself especially well to use in packet-switched network environments such as the Internet, where each message (whose payload is typically small) is sent in a separate network packet. In another variant of the technique Charles carefully interleaves packets coming from multiple senders. That eliminates the need for Charles to generate and inject bogus packets in the communication. However, the text of Alice's message cannot be well protected from other parties who are communicating via Charles at the same time. This variant also helps protect against information leakage and traffic analysis.
- Der Spreu-und-Weizen-Algorithmus, auch Chaffing and Winnowing (englisch to winnow the chaff from the wheat – die Spreu vom Weizen trennen) ist ein Verfahren zur Geheimhaltung beim Versenden von Daten, ohne dass die Daten dabei verschlüsselt werden. Die Technik wurde im Jahr 1998 von Ronald L. Rivest vorgestellt. Chaffing and Winnowing ist eine Alternative zu Steganographie und Kryptographie. Der Absender unterteilt dabei die Nachricht in einzelne Datenpakete. Jedes der Datenpakete verfügt über eine fortlaufende Nummer, die ihm bei der Aufteilung der Nachricht in Datenpakete zugeteilt wird. Diese Nummer wird benötigt, um fehlende oder doppelt vorhandene Datenpakete identifizieren zu können und um beim Empfänger die richtige Reihenfolge der Nachricht wiederherstellen zu können. Der Absender authentisiert jedes einzelne Datenpaket mit einem geheimen Authentifizierungsschlüssel. Das bedeutet, der Absender fügt jedem Datenpaket einen Message Authentication Code (MAC) hinzu. Der MAC ergibt sich als Ergebnis einer Berechnung, das von der fortlaufenden Nummer und dem Inhalt des Datenpakets sowie vom Authentifizierungsschlüssel abhängig ist. Als Algorithmus für diese Berechnung kann ein üblicher MAC-Algorithmus wie beispielsweise HMAC-SHA1 (Hashed Message Authentication Code – Secure Hash Algorithmus 1) verwendet werden. Der Authentifizierungsschlüssel ist ein geheimer Schlüssel, der nur dem Sender und dem Empfänger der Nachricht bekannt sein darf. Der Sender und der Empfänger können jederzeit einen neuen geheimen Authentifizierungsschlüssel vereinbaren (beispielsweise mit dem Diffie-Hellman-Verfahren). Anschließend werden zufällig unsinnige, aber formal „korrekte" Datenpakete dazugemischt. Diese Datenpakete sollten eine „passende“ fortlaufende Nummer und einen „sinnvollen Text“ enthalten und werden mit einem für dieses Datenpaket ungültigen MAC versehen. Der legitime Empfänger kann die Authentizität überprüfen, indem er für ein eingelangtes Datenpaket mit dem ihm bekannten Authentifizierungsschlüssel den MAC berechnet und das Ergebnis mit dem für dieses Datenpaket übermittelten MAC vergleicht. Wenn der Vergleich keine Übereinstimmung ergibt, werden dieses Datenpaket und der dazugehörige MAC verworfen. Mit Chaffing and Winnowing wird zwar der Umfang der übermittelten Botschaft vergrößert, aber es scheint, wenn die Datenpakete klein genug sind, eine hohe Sicherheit zu bieten, ohne dass dabei eine Verschlüsselung der Daten vorgenommen wird.
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