Kuelekea Uthibitishaji Rasmi wa Algorithm za Kizalisha Nenosiri katika Meneja wa Nenosiri

1. Utangulizi

Meneja wa nenosiri (PMs) ni zana muhimu za kuimarisha usalama kwa kuwezesha matumizi ya nenosiri ngumu na ya kipekee bila mzigo wa kiakili wa kukumbuka. Licha ya faida zake, imani ya mtumiaji bado ni kikwazo kikubwa cha kupitishwa. Karatasi hii inashughulikia kipengele muhimu kinachoathiri imani: algorithm ya kizalisha nenosiri bila mpangilio. Tunapendekeza utekelezaji wa kumbukumbu uliothibitishwa kwa njia rasmi kwa kutumia mfumo wa EasyCrypt kuthibitisha usahihi wa utendakazi na sifa za usalama, kwa lengo la kuanzisha kiwango cha kuaminika cha kizalisha nenosiri katika PMs.

2. Algorithm za Sasa za Kizalisha Nenosiri

Utafiti ulichunguza meneja 15 wa nenosiri, na uchambuzi wa kina ulilenga mifano mitatu inayotumika sana na yenye chanzo wazi: Meneja wa Nenosiri wa Google Chrome, Bitwarden, na KeePass. Lengo lilikuwa kuelewa algorithm za kawaida na kutambua maeneo ya uthibitishaji rasmi.

3. Mbinu ya Uthibitishaji Rasmi

Karatasi hii inatumia msaidizi wa uthibitisho EasyCrypt kufanyia rasmi na kuthibitisha algorithm ya kizalisha nenosiri. Uthibitishaji unalenga sifa mbili muhimu:

• Usahihi wa Utendakazi: Algorithm daima hutoa nenosiri ambalo linakidhi sera ya muundo iliyofafanuliwa na mtumiaji.
• Usalama (Upangaji Bila Mpangilio): Nenosiri la pato halitofautishwi kwa kihesabu kutoka kwa mfuatano wa kweli wa nasibu wa urefu sawa uliochotwa kutoka kwenye alfabeti iliyofafanuliwa na sera, kwa kudhani kizalisha nambari bila mpangilio kinachosalimika kikriptografia (CSPRNG). Hii imeigwa kwa kutumia mbinu ya uthibitisho wa kriptografia yenye msingi wa mchezo.

Mbinu hii rasmi inapita zaidi ya majaribio ya jadi, ikitoa dhamana ya kihisabati kuhusu tabia ya algorithm.

4. Maelezo ya Kiufundi na Uundaji wa Kihisabati

Sifa ya usalama imefanywa rasmi kama mchezo wa kriptografia. Acha $\mathcal{A}$ awe adui wa wakati wa polinomia wenye uwezekano (PPT). Acha $\text{Gen}(policy)$ iwe algorithm ya kizalisha nenosiri na $\text{Random}(policy)$ iwe kizalisha bora kinachotoa mfuatano wa nasibu sawasawa kutoka kwa mifuatano yote inayokidhi $policy$. Faida ya $\mathcal{A}$ katika kutofautisha kati yao imefafanuliwa kama:

$\text{Adv}_{\text{Gen}}^{\text{dist}}(\mathcal{A}) = |\Pr[\mathcal{A}(\text{Gen}(policy)) = 1] - \Pr[\mathcal{A}(\text{Random}(policy)) = 1]|$

Algorithm inachukuliwa kuwa salama ikiwa faida hii ni ndogo kwa adui wote wa PPT $\mathcal{A}$, ikimaanisha $\text{Adv}_{\text{Gen}}^{\text{dist}}(\mathcal{A}) \leq \epsilon(\lambda)$, ambapo $\epsilon$ ni utendakazi usio na maana katika kigezo cha usalama $\lambda$. Uthibitisho katika EasyCrypt huunda mlolongo wa michezo (Game$_0$, Game$_1$, ...) ili kufunga faida hii, mara nyingi kutegemea dhana kwamba PRG ya msingi ni salama.

5. Matokeo ya Majaribio na Maelezo ya Chati

Ingawa PDF inalenga hasa kwenye uainishaji rasmi na mkakati wa uthibitisho, matokeo ya vitendo ni utekelezaji wa kumbukumbu uliothibitishwa. "Jaribio" ni ukamilifu wa mafanikio wa uthibitisho rasmi katika mazingira ya EasyCrypt. Hii hutumika kama mchoro wa usahihi.

Maelezo ya Chati ya Kimawazo: Chati ya mtiririko ingeonyesha vizuri algorithm iliyothibitishwa:

1. Anza: Mtumiaji anaingiza sera (urefu L, seti za herufi S1...Sn zenye hesabu za chini/ya juu).
2. Hatua ya 1 - Timiza Vipimo vya Chini: Kwa kila seti Si yenye min_i > 0, zalishe herufi min_i bila mpangilio kutoka Si. Hesabu: $\sum min_i$ herufi zimezalishwa.
3. Hatua ya 2 - Jaza hadi Urefu L: Acha $\text{Remaining} = L - \sum min_i$. Wakati Remaining > 0: Unda dimbwi kutoka kwa seti zote Si ambapo current_count(Si) < max_i. Chagua herufi bila mpangilio kutoka kwenye dimbwi hii. Punguza Remaining.
4. Hatua ya 3 - Changanya: Tumia mpangilio wa nasibu unaosalimika kikriptografia (Fisher-Yates shuffle) kwenye orodha ya herufi L.
5. Hatua ya 4 - Pato: Toa mfuatano wa mwisho uliochanganywa. Alama ya kuangalia ya kijani katika hatua hii imeteuliwa "Imehakikiwa Rasmi (EasyCrypt): Usahihi & Upangaji Bila Mpangilio".

6. Mfumo wa Uchambuzi: Mfano wa Kesi

Hali: Kuthibitisha kwamba algorithm inaepuka upendeleo wa hila wakati chaguo la "Ondoa herufi zinazofanana" (k.m., kuondoa 'l', 'I', 'O', '0') limewashwa.

Kasoro Inayowezekana (Bila Uthibitishaji): Utekelezaji wa kijinga unaweza kwanza kuzalisha nenosiri kutoka kwenye seti kamili na kisha kuondoa herufi zilizowekwa vikwazo, kusababisha nenosiri fupi zaidi au kubadilisha usambazaji wa seti za herufi zilizobaki, kukiuka sera au kuanzisha upendeleo.

Mbinu ya Uthibitishaji Rasmi: Katika EasyCrypt, tungeainisha seti ya herufi kama $\text{Alphabet}_{\text{final}} = \text{Alphabet}_{\text{full}} \setminus \text{ExcludedSet}$. Uthibitisho basi ungeonyesha kwamba mchakato wa uzalishaji (Hatua 1 & 2 hapo juu) huchukua sampuli sawasawa kutoka $\text{Alphabet}_{\text{final}}$ kwa seti za herufi zinazohusika, na kwamba vikwazo vya chini/ya juu vinatathminiwa kwa usahihi dhidi ya seti hii iliyopunguzwa. Hii huondoa kasoro kwa ujenzi.

Kitu kisicho cha Msimbo: Uainishaji rasmi katika EasyCrypt kwa hatua ya uteuzi wa herufi ungefafanua kimantiki dimbwi ya kuchukua sampuli, kuhakikisha herufi zilizowekwa vikwazo hazishiriki kamwe katika chanzo.

7. Uelewa wa Msingi & Mtazamo wa Mchambuzi

Uelewa wa Msingi: Mchango wa msingi wa karatasi hii ni kubadilisha muundo wa imani kwa meneja wa nenosiri kutoka "kwa matumaini salama kupitia ukaguzi wa msimbo na majaribio" hadi "salama kihisabati kuthibitika kupitia uthibitishaji rasmi." Inatambua kwa usahihi kizalisha nenosiri kama kiini cha imani—hatua moja ya kushindwa ambayo, ikiwa ina kasoro, inadhuru dhana nzima ya usalama ya meneja. Kazi hii ni sehemu ya mwelekeo muhimu lakini usiohimizwa katika kriptografia inayotumika, unaoakisi juhudi kama uthibitishaji rasmi wa itifaki ya TLS (Project Everest) au maktaba za kriptografia (HACL*).

Mtiririko wa Kimantiki: Hoja ni sahihi: 1) Imani ya mtumiaji ni ya chini kwa sababu ya usalama usio wazi. 2) Uzalishaji wa nenosiri ni sehemu muhimu, changamani inayoelekea kwenye makosa ya hila (k.m., upendeleo, ukiukaji wa sera). 3) Mbinu rasmi zinatoa dhamana ya juu zaidi. 4) EasyCrypt inatoa mfumo wa vitendo kwa uthibitishaji huu. 5) Utekelezaji wa kumbukumbu uliothibitishwa unaweza kutumika kama kiwango cha dhahabu kwa tasnia.

Nguvu & Kasoro: Nguvu: Mwelekeo kwenye tatizo halisi, lenye athari kubwa ni bora. Kutumia EasyCrypt, zana iliyokomaa kwa uthibitishaji wa msingi wa mchezo, ni ya vitendo. Uchambuzi wa algorithm halisi za PM unalenga utafiti katika vitendo. Kasoro: Karatasi hii ni karatasi ya "kuelekea"—inaweka msingi lakini haitoi utekelezaji kamili, uliothibitishwa na kupimwa kwa vita, kwa sera zote za PM kuu. Changamoto halisi ni utata wa sera za kibiashara za nenosiri (kama chaguzi nyingi za KeePass), ambazo zinaweza kupanua nafasi ya hali ya uthibitishaji. Pia inapita kando ya tembo kwenye chumba: usalama wa mfumo wa PM unaozunguka (UI, kumbukumbu, hifadhi, kujaza kiotomatiki) ni muhimu sawa, kama ilivyobainishwa katika masomo na mashirika kama NCC Group.

Uelewa Unaoweza Kutekelezwa: 1) Kwa Wauzaji wa PM: Pitisha au angalia kinyume dhidi ya utekelezaji huu wa kumbukumbu uliothibitishwa. Anza kwa kuthibitisha mantiki ya msingi ya uzalishaji, hata kama injini kamili ya sera ya UI bado haijathibitishwa. 2) Kwa Wakaguzi wa Usalama: Taka uthibitishaji rasmi kwa moduli za msingi za kriptografia, ukizichukulia kama mazoea bora mapya sawa na kutumia kanuni za kriptografia zilizokaguliwa. 3) Kwa Watafiti: Panua kazi hii kuthibitisha muunganisho wa kizalisha na CSPRNG na vyanzo vya entropy ya mfumo—mnyororo ni dhaifu kama kiungo chake kilicho dhaifu zaidi. Uwanja unapaswa kulenga vipengele vilivyothibitishwa kutoka mwanzo hadi mwisho, sawa na dhamira nyuma ya mifumo ya uendeshaji iliyothibitishwa kama seL4.

8. Matarajio ya Matumizi na Mwelekeo wa Baadaye

Tumizi la haraka ni uundaji wa maktaba iliyothibitishwa, inayoweza kuingizwa moja kwa moja kwa kizalisha nenosiri ambayo inaweza kuunganishwa katika meneja wa nenosiri wa chanzo wazi kama Bitwarden na KeePass, ikiongeza kwa kiasi kikubwa uaminifu wao. Kuangalia mbele:

• Kuweka Viwango: Kazi hii inaweza kutoa mwongero kwa ukuzaji wa kiwango rasmi (k.m., IETF RFC) kwa kizalisha nenosiri kinachosalimika kikriptografia, sawa na NIST SP 800-63B lakini kwa utekelezaji unaoweza kuthibitika.
• Muunganisho wa Kivinjari na OS: Majukwaa makubwa kama Chrome, Firefox, na iOS/macOS Keychain yanaweza kupitisha vizalisha vilivyothibitishwa, kuinua kiwango cha msingi cha usalama kwa watumiaji bilioni.
• Kupanuliwa kwa Nyanja Nyingine: Mbinu hiyo inatumika moja kwa moja kwa mahitaji mengine ya kuzalisha mfuatano bila mpangilio, kama vile kuzalisha funguo za API, tokeni, au misimbo ya kurejesha.
• Utekelezaji wa Kiotomatiki wa Sera: Zana za baadaye zinaweza kutoa kiotomatiki uthibitisho rasmi kwa sera zilizobinafsishwa na mtumiaji, na kufanya uzalishaji wa dhamana ya juu upatikane kwa PMs za biashara zenye mahitaji ya sera ya kipekee.
• Mbinu Mseto: Kuchanganya uthibitishaji rasmi na fuzzing (k.m., kutumia zana kama AFL++) kwa sehemu zisizothibitishwa za mkusanyiko wa PM kunaweza kutoa ulinzi thabiti, wenye tabaka nyingi.

Mwelekeo wa mwisho ni uthibitishaji rasmi hatua kwa hatua wa mifumo mizima muhimu ya usalama, kusogeza tasnia kutoka kwenye kurekebisha majibu hadi usalama uliothibitishwa mapema.

9. Marejeo

1. Grilo, M., Ferreira, J. F., & Almeida, J. B. (2021). Towards Formal Verification of Password Generation Algorithms used in Password Managers. arXiv preprint arXiv:2106.03626.
2. Barthe, G., Dupressoir, F., Grégoire, B., Kunz, C., Schmidt, B., & Strub, P. Y. (2014). EasyCrypt: A framework for formal cryptographic proofs. Journal of Cryptology.
3. Shoup, V. (2004). Sequences of games: a tool for taming complexity in security proofs. IACR Cryptology ePrint Archive.
4. NCC Group. (2023). Password Manager Security Review. Retrieved from https://www.nccgroup.com
5. Klein, G., et al. (2009). seL4: Formal verification of an OS kernel. Proceedings of the ACM SIGOPS 22nd symposium on Operating systems principles.
6. National Institute of Standards and Technology (NIST). (2017). Digital Identity Guidelines: Authentication and Lifecycle Management (SP 800-63B).