Nota
Despliegue y pruebas de red en progreso. Sujeto a revisiones menores. Consulte specification para la especificación oficial.
Visión general
Esta propuesta describe un esquema de firma re-randomizable adecuado para crear Destinos que pueden ser cegados. Además, se puede usar para cegar destinos Ed25519 existentes, con una ligera reducción en la eficacia.
Motivación
Proposal 123 define un formato cifrado LeaseSet2 que encarna el Principio de Mínima Autoridad: a cada participante de la red se le da solo la información necesaria para su rol. En particular, un LeaseSet2 cifrado publicado en un floodfill no revela el destino al que está destinado, y los arrendamientos solo pueden ser vistos por alguien con conocimiento previo del destino. Sin embargo, los floodfills todavía necesitan poder autenticar los LeaseSet2 cifrados cuando se publican, y los clientes deben asegurar adicionalmente que la autenticación fue impuesta por el propio destino.
Prop123 logra esto cegando las claves de firma de los destinos. Las claves cegadas se pueden usar para crear firmas que son verificables por los floodfills, y los clientes pueden estar seguros de que solo el destino podría haber creado las firmas. Por lo tanto, es necesario especificar un esquema de firma que se pueda usar para el cegado.
Diseño
Esquema de firma central
El esquema de firma descrito en esta propuesta, Red25519, es una instancia de RedDSA, un esquema de firma basado en Schnorr que admite la re-randomización de llaves. Tiene las siguientes funciones:
GENERATE_PRIVATE() Devuelve una clave privada uniformemente aleatoria.
DERIVE_PUBLIC(sk) Devuelve la clave pública correspondiente a la clave privada dada.
GENERATE_RANDOM() Devuelve un escalar aleatorio adecuado para re-randomar un par de llaves.
RANDOMIZE_PRIVATE(sk, alpha) Re-randomiza una clave privada, usando un escalar secreto alfa.
RANDOMIZE_PUBLIC(vk, alpha) Re-randomiza una clave pública, usando un escalar secreto alfa.
SIGN(sk, m) Devuelve una firma de la clave privada sk sobre el mensaje dado m.
VERIFY(vk, m, sig) Verifica la firma sig contra la clave pública vk y el mensaje m. Devuelve verdadero si la firma es válida, falso de lo contrario.
Para un par de llaves dado (sk, vk) se cumple la siguiente relación:
RANDOMIZE_PUBLIC(vk, alpha) == DERIVE_PUBLIC(RANDOMIZE_PRIVATE(sk, alpha))
Conversión de claves Ed25519 a Red25519
Las claves Ed25519 PUEDEN ser convertidas unidireccionalmente de manera transitoria a claves Red25519, para apoyar la re-randomización de destinos Ed25519 existentes. Otros tipos de firmas no son compatibles.
Definimos las siguientes funciones de conversión:
CONVERT_ED25519_PRIVATE(privkey) Devuelve la clave privada Red25519 correspondiente a la clave privada Ed25519 dada.
CONVERT_ED25519_PUBLIC(pubkey) Devuelve la clave pública Red25519 correspondiente a la clave pública Ed25519 dada.
Para un par de llaves Ed25519 dado (privkey, pubkey), se cumple la siguiente relación:
CONVERT_ED25519_PUBLIC(pubkey) == DERIVE_PUBLIC(CONVERT_ED25519_PRIVATE(privkey))
Especificación
Definiciones
B El punto base de Ed25519 como en RFC-8032.
L El orden Ed25519 2^252 + 27742317777372353535851937790883648493 como en RFC-8032.
[s] B Multiplicación escalar de base fija del punto base por s.
[s] A Multiplicación escalar de base variable de A por s.
x || y Concatenar dos arreglos de bytes x e y.
Red25519
El esquema Red25519 especializa RedDSA con:
- G := el grupo de puntos en la forma Edwards de Curve25519. En particular, esto significa que Red25519 usa el subgrupo de orden primo de orden L, y el cofactor h_G es 8.
- P_G := el punto base de Ed25519 B.
- l_H := 512
- H(x) := SHA-512(“I2P_Red25519H(x)” || x)
RedDSA asume que H(x) está instanciado con una función hash criptográfica que es segura contra ataques de extensión de longitud. SHA-512 no satisface esto por sí solo. Para remediar esto, requerimos que los mensajes sean prefijados con una codificación libre de prefijos de su longitud:
len_u16(M) || M
donde len_u16(M) es la representación de 2 bytes de la longitud de M, en little-endian
(para ser consistente con la codificación little-endian de escalares y puntos).
Los mensajes no deben tener más de 65534 bytes. Se reserva una longitud de 65535 para posibles extensiones futuras.
Codificación y decodificación
Las claves privadas Red25519 son escalares mod L, codificados en representación
little-endian. Definimos las funciones DECODE_SCALAR y ENCODE_SCALAR para
intercambiar entre el arreglo de bytes y las formas de enteros de un escalar.
Las claves públicas Red25519 son puntos en la forma Edwards de Curve25519. Se codifican
como la representación little-endian de 255 bits de la coordenada y, seguida de un
bit único que indica el signo de la coordenada x. Esta es la misma codificación que
para Ed25519. Definimos las funciones DECODE_POINT y ENCODE_POINT para
intercambiar entre el array de bytes y las formas de coordenadas de un punto.
Funciones RedDSA
Para facilitar la implementación, escribimos explícitamente las funciones RedDSA (así como varias funciones auxiliares) ya especializadas para Red25519. Los implementadores deberían referirse a la sección 5.4.6 de RedDSA para la especificación general de las funciones RedDSA.
HStar(prefix1, prefix2, m) :=
h = SHA-512()
h.input("I2P_Red25519H(x)")
h.input(prefix1)
h.input(prefix2)
h.input(len(m) & 0xff)
h.input((len(m) >> 8) & 0xff)
h.input(m)
s = h.digest()
return s mod L
GENERATE_PRIVATE :=
s = 64 random bytes
return s mod L
DERIVE_PUBLIC(sk) := [sk] B
GENERATE_RANDOM :=
s = 64 random bytes
return s mod L
RANDOMIZE_PRIVATE(sk, alpha) := (sk + alpha) mod L
RANDOMIZE_PUBLIC(vk, alpha) := vk + [alpha] B
SIGN(sk, m) :=
T = 80 random bytes
vkBytes = ENCODE_POINT(DERIVE_PUBLIC(sk))
r = HStar(T, vkBytes, m)
R = [r] B
Rbytes = ENCODE_POINT(R)
c = HStar(Rbytes, vkBytes, m)
S = (r + (c * sk)) mod L
return Rbytes || ENCODE_SCALAR(S)
VERIFY(vk, m, sig) :=
Rbytes = sig[0..32]
Sbytes = sig[32..64]
R = DECODE_POINT(Rbytes)
if R is invalid:
return false
S = DECODE_SCALAR(Sbytes)
if S >= L:
return false
vkBytes = ENCODE_POINT(vk)
c = HStar(Rbytes, vkBytes, m)
return ((-[S] B) + R + ([c] vk)).multiplyByCofactor().isIdentity()
Funciones de conversión
CONVERT_ED25519_PRIVATE(privkey) :=
s = SHA-512(privkey)[0..32]
s[0] = s[0] & 248
s[31] = (s[31] & 63) | 64
return s
CONVERT_ED25519_PUBLIC(pubkey) := pubkey
Nota que la implementación de CONVERT_ED25519_PRIVATE es equivalente al cálculo del
escalar secreto s al derivar una clave pública Ed25519 de una clave privada Ed25519,
según lo especificado en los pasos 1-3 de la sección 5.1.5 de RFC-8032.
Implicaciones de seguridad
Re-randomizar un destino Red25519 y luego crear firmas con él no filtra ninguna
información sobre el destino, porque la distribución de las claves privadas Red25519
generadas mediante RANDOMIZE_PRIVATE es idéntica a la distribución de claves
privadas generadas mediante GENERATE_PRIVATE, y DERIVE_PUBLIC es determinista.
Convertir claves privadas Ed25519 a Red25519 vía CONVERT_ED25519_PRIVATE no resulta
en la misma distribución. Sin embargo, consideramos la reducción en la seguridad
aceptable por las siguientes razones:
El espacio de los escalares Ed25519 es aproximadamente la mitad del tamaño del espacio de los escalares Red25519 (hay 2^251 posibles escalares Ed25519, y L ~= 2^252 posibles escalares Red25519). Por lo tanto, la pérdida de seguridad es como mucho un factor de aproximadamente 2, o aproximadamente 1 bit (porque podríamos haber elegido coincidentemente un escalar Red25519 que también es un escalar Ed25519 válido).
Los destinos Ed25519 existentes ya han sido expuestos históricamente en la red, y se debe asumir que los floodfills maliciosos ya los han enumerado.
Los usuarios que estén preocupados por esta reducción de seguridad deberían usar Red25519 como el tipo de firma para sus destinos en lugar de Ed25519.
Nota que el argumento anterior no se aplica al escalar de re-randomización alfa; se filtra información sobre la clave cada vez que se elige un alfa sesgado, porque la re-randomización aditiva se comporta como un pad de un solo uso.
Compatibilidad
Las versiones de I2P que soportan Red25519 podrán verificar las estructuras de datos de la red que estén firmadas con él. Las versiones de I2P que no soportan Red25519 lo tratarán como una firma desconocida, y PUEDEN descartar las estructuras de datos. Los usuarios deben esperar que la fiabilidad de las estructuras de datos firmadas con Red25519 sea pobre hasta que se logre un despliegue suficiente de Red25519.
Vectores de prueba
Leyenda:
edsk: Clave privada Ed25519 (aleatoria)
edpk: Clave pública Ed25519 correspondiente a edsk
sk: CONVERT_ED25519_PRIVATE(edsk)
vk: CONVERT_ED25519_PUBLIC(edpk)
msg:
sig: SIGN(sk, msg)
alpha: GENERATE_RANDOM()
rsk: RANDOMIZE_PRIVATE(sk, alpha)
rvk: RANDOMIZE_PUBLIC(vk, alpha)
rsig: SIGN(rsk, msg)
Vector de prueba 1
edsk: 0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101
edpk: 8a88e3dd7409f195fd52db2d3cba5d72ca6709bf1d94121bf3748801b40f6f5c
sk: 58e86efb75fa4e2c410f46e16de9f6acae1a1703528651b69bc176c088bef36e
vk: 8a88e3dd7409f195fd52db2d3cba5d72ca6709bf1d94121bf3748801b40f6f5c
msg: 0202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202
sig: 61f5527f4d3b46de4b2c234390370bf715ae9098907a0d191ba1b44b23a8ac1a
6a40437a5294e9503faaf9bd2b7f2fe7ba44dec487b3185aba7ff7d7a17cd40f
alpha: ae9ba9cbbc047c442448fca7c9f4e288a202ed520bfad0c784b792b7773cee08
rsk: 8bb85f3c7a494a08890d7d142109c1a3501d04565d80227e2079097800fbe107
rvk: 6fe128737b8e76fa66698a748b0dc0a89168dd8a0601c2b1c0b26835d323e9b3
rsig: 533053074d3b44f08723aab988ede9880a001b7a684d4a98f2d1b88fabee07a5
b5c9430c69a690321e0cb8365d7aeb6688bcbad2c0780e0c69e8a1b4a45f3001
Vector de prueba 2
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edpk: 8139770ea87d175f56a35466c34c7ecccb8d8a91b4ee37a25df60f5b8fc9b394
sk: a83c626bc9c38c8c201878ebb1d5b0b50ac40e8986c78793db1d4ef369fca14e
vk: 8139770ea87d175f56a35466c34c7ecccb8d8a91b4ee37a25df60f5b8fc9b394
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sig: 0829e58eb5399870f009bd1f0270264e556424bda7a93fbcec99f6d9d75db46d
5c3cb546d9947ca7c1200876c8775a90c357a2aef3d2f16388242ee1914b1a0a
alpha: 98b615d9027e996cc2796c019d9c8beb46aa7d2b6eea2e5d98eb29eb1584c203
rsk: 9fcfaa734852ca40b3810ebef590e138516e8cb4f4b1b6f0730978de7f806402
rvk: 527e121090158419609e4a0d8de6f7d3271b353a8cd0b8172fe41468ea1e9177
rsig: 9a6961f35ed264a946cd6214b2326a6e6caa426c2a61bc14367fd278e0b5fb51
3ac065a69210a457f17d12ba8a496cfd835002691affa8efcdecae48135c090f
Vector de prueba 3
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vk: ed4928c628d1c2c6eae90338905995612959273a5c63f93636c14614ac8737d1
msg: 0404040404040404040404040404040404040404040404040404040404040404
sig: ef5fd1488048fb0247e5883bd90f7b2ce1ffe9b143a5bf6156b76ac2c39d8fdb
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alpha: ba17f5110fcea8a12e0bd3677e4088b874332c4e3e6c9911d9ec3fe0233d3e0a
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Vector de prueba 4
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sig: d76b8133e08e4ff58de6b7f2df95c84a8bb968addd1d1ff585d79a90f5cfe11f
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alpha: 9a14f2755512a72a3a5a514379f3458c3f912fc5eba8711b0cf2bfda49c79104
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rvk: de0a291ee45634de9a051c9373b9378ffbe45a8532067a9a93a86b837c762908
rsig: 010dcc6a44e942a6f7d52704d957ad66a5c6452ad9b9442cc8ef724e41d6c3ce
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Vector de prueba 5
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Vector de prueba 6
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edpk: 8a875fff1eb38451577acd5afee405456568dd7c89e090863a0557bc7af49f17
sk: a83f248f80ff04de20a82fe12bd3551887168e372d239932ce812d0992d34078
vk: 8a875fff1eb38451577acd5afee405456568dd7c89e090863a0557bc7af49f17
msg: 0707070707070707070707070707070707070707070707070707070707070707
sig: f4a00093daa26b48465e07ee5697ba44191fb5673b6ab71a31d2349a18aecbd6
c4801be60ebf18cd7ce8ec5fe0988fc4762908095063b55068ce4c7578c91504
alpha: 0158cda553d7e9769829a5d36d2b7ce05e9171d8d058a8630d31029001ffd409
rsk: 41f8424d01be5b9406eb179da42fda51e5a7ff0ffe7b4196dbb22f9993d21502
rvk: cef5dc9b4a246025df56fb118e34c3f06d6213c4c6ab8a1d4297eb7845cb2824
rsig: de23eec573f35ebf7ea9539b511ca5129213821525190fdf1c186c2788c1abb3
5bd40937defbc4112225d399a79a171cf02c3eebbd6340bbdca7383906af1902
Vector de prueba 7
edsk: 0707070707070707070707070707070707070707070707070707070707070707
edpk: ea4a6c63e29c520abef5507b132ec5f9954776aebebe7b92421eea691446d22c
sk: 28ad39fefd7fa3e200a9c626eef599e61a2d055c48a8288a4e7e4c4bca392878
vk: ea4a6c63e29c520abef5507b132ec5f9954776aebebe7b92421eea691446d22c
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sig: e78bf2d340d9ae0af5dd81e4d58801b3872189a71573a12be343ed39cebab56a
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alpha: 8e16161802e3c87857ae725dfa28d6222b326907f652e6c89f806882c0fb1a00
rsk: 3bf8968b47adebf27b0d740fd2495777455f6e633efb0e53eefeb4cd8a354308
rvk: 755a8f05633c45d0fac471a386776f63a7d28bc8d80e326ddde5484b20565e89
rsig: 6efdca4ba705bc05d4564f0ca626646679ac1cb2c3093618e95238ebd1c7aa09
632ccefc324594447a01074bb473c3ce94ccaae86e18f8f43477326a12ae6207
Vector de prueba 8
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Vector de prueba 9
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Vector de prueba 10
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