home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1997 December / Internet_Info_CD-ROM_Walnut_Creek_December_1997.iso / rfc / rfc1750 < prev    next >
Text File  |  1994-12-29  |  74KB  |  1,684 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                   D. Eastlake, 3rd
  8. Request for Comments: 1750                                           DEC
  9. Category: Informational                                       S. Crocker
  10.                                                                Cybercash
  11.                                                              J. Schiller
  12.                                                                      MIT
  13.                                                            December 1994
  14.  
  15.  
  16.                 Randomness Recommendations for Security
  17.  
  18. Status of this Memo
  19.  
  20.    This memo provides information for the Internet community.  This memo
  21.    does not specify an Internet standard of any kind.  Distribution of
  22.    this memo is unlimited.
  23.  
  24. Abstract
  25.  
  26.    Security systems today are built on increasingly strong cryptographic
  27.    algorithms that foil pattern analysis attempts. However, the security
  28.    of these systems is dependent on generating secret quantities for
  29.    passwords, cryptographic keys, and similar quantities.  The use of
  30.    pseudo-random processes to generate secret quantities can result in
  31.    pseudo-security.  The sophisticated attacker of these security
  32.    systems may find it easier to reproduce the environment that produced
  33.    the secret quantities, searching the resulting small set of
  34.    possibilities, than to locate the quantities in the whole of the
  35.    number space.
  36.  
  37.    Choosing random quantities to foil a resourceful and motivated
  38.    adversary is surprisingly difficult.  This paper points out many
  39.    pitfalls in using traditional pseudo-random number generation
  40.    techniques for choosing such quantities.  It recommends the use of
  41.    truly random hardware techniques and shows that the existing hardware
  42.    on many systems can be used for this purpose.  It provides
  43.    suggestions to ameliorate the problem when a hardware solution is not
  44.    available.  And it gives examples of how large such quantities need
  45.    to be for some particular applications.
  46.  
  47.  
  48.  
  49.  
  50.  
  51.  
  52.  
  53.  
  54.  
  55.  
  56.  
  57.  
  58. Eastlake, Crocker & Schiller                                    [Page 1]
  59.  
  60. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  61.  
  62.  
  63. Acknowledgements
  64.  
  65.    Comments on this document that have been incorporated were received
  66.    from (in alphabetic order) the following:
  67.  
  68.         David M. Balenson (TIS)
  69.         Don Coppersmith (IBM)
  70.         Don T. Davis (consultant)
  71.         Carl Ellison (Stratus)
  72.         Marc Horowitz (MIT)
  73.         Christian Huitema (INRIA)
  74.         Charlie Kaufman (IRIS)
  75.         Steve Kent (BBN)
  76.         Hal Murray (DEC)
  77.         Neil Haller (Bellcore)
  78.         Richard Pitkin (DEC)
  79.         Tim Redmond (TIS)
  80.         Doug Tygar (CMU)
  81.  
  82. Table of Contents
  83.  
  84.    1. Introduction........................................... 3
  85.    2. Requirements........................................... 4
  86.    3. Traditional Pseudo-Random Sequences.................... 5
  87.    4. Unpredictability....................................... 7
  88.    4.1 Problems with Clocks and Serial Numbers............... 7
  89.    4.2 Timing and Content of External Events................  8
  90.    4.3 The Fallacy of Complex Manipulation..................  8
  91.    4.4 The Fallacy of Selection from a Large Database.......  9
  92.    5. Hardware for Randomness............................... 10
  93.    5.1 Volume Required...................................... 10
  94.    5.2 Sensitivity to Skew.................................. 10
  95.    5.2.1 Using Stream Parity to De-Skew..................... 11
  96.    5.2.2 Using Transition Mappings to De-Skew............... 12
  97.    5.2.3 Using FFT to De-Skew............................... 13
  98.    5.2.4 Using Compression to De-Skew....................... 13
  99.    5.3 Existing Hardware Can Be Used For Randomness......... 14
  100.    5.3.1 Using Existing Sound/Video Input................... 14
  101.    5.3.2 Using Existing Disk Drives......................... 14
  102.    6. Recommended Non-Hardware Strategy..................... 14
  103.    6.1 Mixing Functions..................................... 15
  104.    6.1.1 A Trivial Mixing Function.......................... 15
  105.    6.1.2 Stronger Mixing Functions.......................... 16
  106.    6.1.3 Diff-Hellman as a Mixing Function.................. 17
  107.    6.1.4 Using a Mixing Function to Stretch Random Bits..... 17
  108.    6.1.5 Other Factors in Choosing a Mixing Function........ 18
  109.    6.2 Non-Hardware Sources of Randomness................... 19
  110.    6.3 Cryptographically Strong Sequences................... 19
  111.  
  112.  
  113.  
  114. Eastlake, Crocker & Schiller                                    [Page 2]
  115.  
  116. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  117.  
  118.  
  119.    6.3.1 Traditional Strong Sequences....................... 20
  120.    6.3.2 The Blum Blum Shub Sequence Generator.............. 21
  121.    7. Key Generation Standards.............................. 22
  122.    7.1 US DoD Recommendations for Password Generation....... 23
  123.    7.2 X9.17 Key Generation................................. 23
  124.    8. Examples of Randomness Required....................... 24
  125.    8.1  Password Generation................................. 24
  126.    8.2 A Very High Security Cryptographic Key............... 25
  127.    8.2.1 Effort per Key Trial............................... 25
  128.    8.2.2 Meet in the Middle Attacks......................... 26
  129.    8.2.3 Other Considerations............................... 26
  130.    9. Conclusion............................................ 27
  131.    10. Security Considerations.............................. 27
  132.    References............................................... 28
  133.    Authors' Addresses....................................... 30
  134.  
  135. 1. Introduction
  136.  
  137.    Software cryptography is coming into wider use.  Systems like
  138.    Kerberos, PEM, PGP, etc. are maturing and becoming a part of the
  139.    network landscape [PEM].  These systems provide substantial
  140.    protection against snooping and spoofing.  However, there is a
  141.    potential flaw.  At the heart of all cryptographic systems is the
  142.    generation of secret, unguessable (i.e., random) numbers.
  143.  
  144.    For the present, the lack of generally available facilities for
  145.    generating such unpredictable numbers is an open wound in the design
  146.    of cryptographic software.  For the software developer who wants to
  147.    build a key or password generation procedure that runs on a wide
  148.    range of hardware, the only safe strategy so far has been to force
  149.    the local installation to supply a suitable routine to generate
  150.    random numbers.  To say the least, this is an awkward, error-prone
  151.    and unpalatable solution.
  152.  
  153.    It is important to keep in mind that the requirement is for data that
  154.    an adversary has a very low probability of guessing or determining.
  155.    This will fail if pseudo-random data is used which only meets
  156.    traditional statistical tests for randomness or which is based on
  157.    limited range sources, such as clocks.  Frequently such random
  158.    quantities are determinable by an adversary searching through an
  159.    embarrassingly small space of possibilities.
  160.  
  161.    This informational document suggests techniques for producing random
  162.    quantities that will be resistant to such attack.  It recommends that
  163.    future systems include hardware random number generation or provide
  164.    access to existing hardware that can be used for this purpose.  It
  165.    suggests methods for use if such hardware is not available.  And it
  166.    gives some estimates of the number of random bits required for sample
  167.  
  168.  
  169.  
  170. Eastlake, Crocker & Schiller                                    [Page 3]
  171.  
  172. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  173.  
  174.  
  175.    applications.
  176.  
  177. 2. Requirements
  178.  
  179.    Probably the most commonly encountered randomness requirement today
  180.    is the user password. This is usually a simple character string.
  181.    Obviously, if a password can be guessed, it does not provide
  182.    security.  (For re-usable passwords, it is desirable that users be
  183.    able to remember the password.  This may make it advisable to use
  184.    pronounceable character strings or phrases composed on ordinary
  185.    words.  But this only affects the format of the password information,
  186.    not the requirement that the password be very hard to guess.)
  187.  
  188.    Many other requirements come from the cryptographic arena.
  189.    Cryptographic techniques can be used to provide a variety of services
  190.    including confidentiality and authentication.  Such services are
  191.    based on quantities, traditionally called "keys", that are unknown to
  192.    and unguessable by an adversary.
  193.  
  194.    In some cases, such as the use of symmetric encryption with the one
  195.    time pads [CRYPTO*] or the US Data Encryption Standard [DES], the
  196.    parties who wish to communicate confidentially and/or with
  197.    authentication must all know the same secret key.  In other cases,
  198.    using what are called asymmetric or "public key" cryptographic
  199.    techniques, keys come in pairs.  One key of the pair is private and
  200.    must be kept secret by one party, the other is public and can be
  201.    published to the world.  It is computationally infeasible to
  202.    determine the private key from the public key [ASYMMETRIC, CRYPTO*].
  203.  
  204.    The frequency and volume of the requirement for random quantities
  205.    differs greatly for different cryptographic systems.  Using pure RSA
  206.    [CRYPTO*], random quantities are required when the key pair is
  207.    generated, but thereafter any number of messages can be signed
  208.    without any further need for randomness.  The public key Digital
  209.    Signature Algorithm that has been proposed by the US National
  210.    Institute of Standards and Technology (NIST) requires good random
  211.    numbers for each signature.  And encrypting with a one time pad, in
  212.    principle the strongest possible encryption technique, requires a
  213.    volume of randomness equal to all the messages to be processed.
  214.  
  215.    In most of these cases, an adversary can try to determine the
  216.    "secret" key by trial and error.  (This is possible as long as the
  217.    key is enough smaller than the message that the correct key can be
  218.    uniquely identified.)  The probability of an adversary succeeding at
  219.    this must be made acceptably low, depending on the particular
  220.    application.  The size of the space the adversary must search is
  221.    related to the amount of key "information" present in the information
  222.    theoretic sense [SHANNON].  This depends on the number of different
  223.  
  224.  
  225.  
  226. Eastlake, Crocker & Schiller                                    [Page 4]
  227.  
  228. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  229.  
  230.  
  231.    secret values possible and the probability of each value as follows:
  232.  
  233.                       -----
  234.                        \
  235.         Bits-of-info =  \  - p   * log  ( p  )
  236.                         /     i       2    i
  237.                        /
  238.                       -----
  239.  
  240.    where i varies from 1 to the number of possible secret values and p
  241.    sub i is the probability of the value numbered i.  (Since p sub i is
  242.    less than one, the log will be negative so each term in the sum will
  243.    be non-negative.)
  244.  
  245.    If there are 2^n different values of equal probability, then n bits
  246.    of information are present and an adversary would, on the average,
  247.    have to try half of the values, or 2^(n-1) , before guessing the
  248.    secret quantity.  If the probability of different values is unequal,
  249.    then there is less information present and fewer guesses will, on
  250.    average, be required by an adversary.  In particular, any values that
  251.    the adversary can know are impossible, or are of low probability, can
  252.    be initially ignored by an adversary, who will search through the
  253.    more probable values first.
  254.  
  255.    For example, consider a cryptographic system that uses 56 bit keys.
  256.    If these 56 bit keys are derived by using a fixed pseudo-random
  257.    number generator that is seeded with an 8 bit seed, then an adversary
  258.    needs to search through only 256 keys (by running the pseudo-random
  259.    number generator with every possible seed), not the 2^56 keys that
  260.    may at first appear to be the case. Only 8 bits of "information" are
  261.    in these 56 bit keys.
  262.  
  263. 3. Traditional Pseudo-Random Sequences
  264.  
  265.    Most traditional sources of random numbers use deterministic sources
  266.    of "pseudo-random" numbers.  These typically start with a "seed"
  267.    quantity and use numeric or logical operations to produce a sequence
  268.    of values.
  269.  
  270.    [KNUTH] has a classic exposition on pseudo-random numbers.
  271.    Applications he mentions are simulation of natural phenomena,
  272.    sampling, numerical analysis, testing computer programs, decision
  273.    making, and games.  None of these have the same characteristics as
  274.    the sort of security uses we are talking about.  Only in the last two
  275.    could there be an adversary trying to find the random quantity.
  276.    However, in these cases, the adversary normally has only a single
  277.    chance to use a guessed value.  In guessing passwords or attempting
  278.    to break an encryption scheme, the adversary normally has many,
  279.  
  280.  
  281.  
  282. Eastlake, Crocker & Schiller                                    [Page 5]
  283.  
  284. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  285.  
  286.  
  287.    perhaps unlimited, chances at guessing the correct value and should
  288.    be assumed to be aided by a computer.
  289.  
  290.    For testing the "randomness" of numbers, Knuth suggests a variety of
  291.    measures including statistical and spectral.  These tests check
  292.    things like autocorrelation between different parts of a "random"
  293.    sequence or distribution of its values.  They could be met by a
  294.    constant stored random sequence, such as the "random" sequence
  295.    printed in the CRC Standard Mathematical Tables [CRC].
  296.  
  297.    A typical pseudo-random number generation technique, known as a
  298.    linear congruence pseudo-random number generator, is modular
  299.    arithmetic where the N+1th value is calculated from the Nth value by
  300.  
  301.         V    = ( V  * a + b )(Mod c)
  302.          N+1      N
  303.  
  304.    The above technique has a strong relationship to linear shift
  305.    register pseudo-random number generators, which are well understood
  306.    cryptographically [SHIFT*].  In such generators bits are introduced
  307.    at one end of a shift register as the Exclusive Or (binary sum
  308.    without carry) of bits from selected fixed taps into the register.
  309.  
  310.    For example:
  311.  
  312.       +----+     +----+     +----+                      +----+
  313.       | B  | <-- | B  | <-- | B  | <--  . . . . . . <-- | B  | <-+
  314.       |  0 |     |  1 |     |  2 |                      |  n |   |
  315.       +----+     +----+     +----+                      +----+   |
  316.         |                     |            |                     |
  317.         |                     |            V                  +-----+
  318.         |                     V            +----------------> |     |
  319.         V                     +-----------------------------> | XOR |
  320.         +---------------------------------------------------> |     |
  321.                                                               +-----+
  322.  
  323.  
  324.        V    = ( ( V  * 2 ) + B .xor. B ... )(Mod 2^n)
  325.         N+1         N         0       2
  326.  
  327.    The goodness of traditional pseudo-random number generator algorithms
  328.    is measured by statistical tests on such sequences.  Carefully chosen
  329.    values of the initial V and a, b, and c or the placement of shift
  330.    register tap in the above simple processes can produce excellent
  331.    statistics.
  332.  
  333.  
  334.  
  335.  
  336.  
  337.  
  338. Eastlake, Crocker & Schiller                                    [Page 6]
  339.  
  340. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  341.  
  342.  
  343.    These sequences may be adequate in simulations (Monte Carlo
  344.    experiments) as long as the sequence is orthogonal to the structure
  345.    of the space being explored.  Even there, subtle patterns may cause
  346.    problems.  However, such sequences are clearly bad for use in
  347.    security applications.  They are fully predictable if the initial
  348.    state is known.  Depending on the form of the pseudo-random number
  349.    generator, the sequence may be determinable from observation of a
  350.    short portion of the sequence [CRYPTO*, STERN].  For example, with
  351.    the generators above, one can determine V(n+1) given knowledge of
  352.    V(n).  In fact, it has been shown that with these techniques, even if
  353.    only one bit of the pseudo-random values is released, the seed can be
  354.    determined from short sequences.
  355.  
  356.    Not only have linear congruent generators been broken, but techniques
  357.    are now known for breaking all polynomial congruent generators
  358.    [KRAWCZYK].
  359.  
  360. 4. Unpredictability
  361.  
  362.    Randomness in the traditional sense described in section 3 is NOT the
  363.    same as the unpredictability required for security use.
  364.  
  365.    For example, use of a widely available constant sequence, such as
  366.    that from the CRC tables, is very weak against an adversary. Once
  367.    they learn of or guess it, they can easily break all security, future
  368.    and past, based on the sequence [CRC].  Yet the statistical
  369.    properties of these tables are good.
  370.  
  371.    The following sections describe the limitations of some randomness
  372.    generation techniques and sources.
  373.  
  374. 4.1 Problems with Clocks and Serial Numbers
  375.  
  376.    Computer clocks, or similar operating system or hardware values,
  377.    provide significantly fewer real bits of unpredictability than might
  378.    appear from their specifications.
  379.  
  380.    Tests have been done on clocks on numerous systems and it was found
  381.    that their behavior can vary widely and in unexpected ways.  One
  382.    version of an operating system running on one set of hardware may
  383.    actually provide, say, microsecond resolution in a clock while a
  384.    different configuration of the "same" system may always provide the
  385.    same lower bits and only count in the upper bits at much lower
  386.    resolution.  This means that successive reads on the clock may
  387.    produce identical values even if enough time has passed that the
  388.    value "should" change based on the nominal clock resolution. There
  389.    are also cases where frequently reading a clock can produce
  390.    artificial sequential values because of extra code that checks for
  391.  
  392.  
  393.  
  394. Eastlake, Crocker & Schiller                                    [Page 7]
  395.  
  396. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  397.  
  398.  
  399.    the clock being unchanged between two reads and increases it by one!
  400.    Designing portable application code to generate unpredictable numbers
  401.    based on such system clocks is particularly challenging because the
  402.    system designer does not always know the properties of the system
  403.    clocks that the code will execute on.
  404.  
  405.    Use of a hardware serial number such as an Ethernet address may also
  406.    provide fewer bits of uniqueness than one would guess.  Such
  407.    quantities are usually heavily structured and subfields may have only
  408.    a limited range of possible values or values easily guessable based
  409.    on approximate date of manufacture or other data.  For example, it is
  410.    likely that most of the Ethernet cards installed on Digital Equipment
  411.    Corporation (DEC) hardware within DEC were manufactured by DEC
  412.    itself, which significantly limits the range of built in addresses.
  413.  
  414.    Problems such as those described above related to clocks and serial
  415.    numbers make code to produce unpredictable quantities difficult if
  416.    the code is to be ported across a variety of computer platforms and
  417.    systems.
  418.  
  419. 4.2 Timing and Content of External Events
  420.  
  421.    It is possible to measure the timing and content of mouse movement,
  422.    key strokes, and similar user events.  This is a reasonable source of
  423.    unguessable data with some qualifications.  On some machines, inputs
  424.    such as key strokes are buffered.  Even though the user's inter-
  425.    keystroke timing may have sufficient variation and unpredictability,
  426.    there might not be an easy way to access that variation.  Another
  427.    problem is that no standard method exists to sample timing details.
  428.    This makes it hard to build standard software intended for
  429.    distribution to a large range of machines based on this technique.
  430.  
  431.    The amount of mouse movement or the keys actually hit are usually
  432.    easier to access than timings but may yield less unpredictability as
  433.    the user may provide highly repetitive input.
  434.  
  435.    Other external events, such as network packet arrival times, can also
  436.    be used with care.  In particular, the possibility of manipulation of
  437.    such times by an adversary must be considered.
  438.  
  439. 4.3 The Fallacy of Complex Manipulation
  440.  
  441.    One strategy which may give a misleading appearance of
  442.    unpredictability is to take a very complex algorithm (or an excellent
  443.    traditional pseudo-random number generator with good statistical
  444.    properties) and calculate a cryptographic key by starting with the
  445.    current value of a computer system clock as the seed.  An adversary
  446.    who knew roughly when the generator was started would have a
  447.  
  448.  
  449.  
  450. Eastlake, Crocker & Schiller                                    [Page 8]
  451.  
  452. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  453.  
  454.  
  455.    relatively small number of seed values to test as they would know
  456.    likely values of the system clock.  Large numbers of pseudo-random
  457.    bits could be generated but the search space an adversary would need
  458.    to check could be quite small.
  459.  
  460.    Thus very strong and/or complex manipulation of data will not help if
  461.    the adversary can learn what the manipulation is and there is not
  462.    enough unpredictability in the starting seed value.  Even if they can
  463.    not learn what the manipulation is, they may be able to use the
  464.    limited number of results stemming from a limited number of seed
  465.    values to defeat security.
  466.  
  467.    Another serious strategy error is to assume that a very complex
  468.    pseudo-random number generation algorithm will produce strong random
  469.    numbers when there has been no theory behind or analysis of the
  470.    algorithm.  There is a excellent example of this fallacy right near
  471.    the beginning of chapter 3 in [KNUTH] where the author describes a
  472.    complex algorithm.  It was intended that the machine language program
  473.    corresponding to the algorithm would be so complicated that a person
  474.    trying to read the code without comments wouldn't know what the
  475.    program was doing.  Unfortunately, actual use of this algorithm
  476.    showed that it almost immediately converged to a single repeated
  477.    value in one case and a small cycle of values in another case.
  478.  
  479.    Not only does complex manipulation not help you if you have a limited
  480.    range of seeds but blindly chosen complex manipulation can destroy
  481.    the randomness in a good seed!
  482.  
  483. 4.4 The Fallacy of Selection from a Large Database
  484.  
  485.    Another strategy that can give a misleading appearance of
  486.    unpredictability is selection of a quantity randomly from a database
  487.    and assume that its strength is related to the total number of bits
  488.    in the database.  For example, typical USENET servers as of this date
  489.    process over 35 megabytes of information per day.  Assume a random
  490.    quantity was selected by fetching 32 bytes of data from a random
  491.    starting point in this data.  This does not yield 32*8 = 256 bits
  492.    worth of unguessability.  Even after allowing that much of the data
  493.    is human language and probably has more like 2 or 3 bits of
  494.    information per byte, it doesn't yield 32*2.5 = 80 bits of
  495.    unguessability.  For an adversary with access to the same 35
  496.    megabytes the unguessability rests only on the starting point of the
  497.    selection.  That is, at best, about 25 bits of unguessability in this
  498.    case.
  499.  
  500.    The same argument applies to selecting sequences from the data on a
  501.    CD ROM or Audio CD recording or any other large public database.  If
  502.    the adversary has access to the same database, this "selection from a
  503.  
  504.  
  505.  
  506. Eastlake, Crocker & Schiller                                    [Page 9]
  507.  
  508. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  509.  
  510.  
  511.    large volume of data" step buys very little.  However, if a selection
  512.    can be made from data to which the adversary has no access, such as
  513.    system buffers on an active multi-user system, it may be of some
  514.    help.
  515.  
  516. 5. Hardware for Randomness
  517.  
  518.    Is there any hope for strong portable randomness in the future?
  519.    There might be.  All that's needed is a physical source of
  520.    unpredictable numbers.
  521.  
  522.    A thermal noise or radioactive decay source and a fast, free-running
  523.    oscillator would do the trick directly [GIFFORD].  This is a trivial
  524.    amount of hardware, and could easily be included as a standard part
  525.    of a computer system's architecture.  Furthermore, any system with a
  526.    spinning disk or the like has an adequate source of randomness
  527.    [DAVIS].  All that's needed is the common perception among computer
  528.    vendors that this small additional hardware and the software to
  529.    access it is necessary and useful.
  530.  
  531. 5.1 Volume Required
  532.  
  533.    How much unpredictability is needed?  Is it possible to quantify the
  534.    requirement in, say, number of random bits per second?
  535.  
  536.    The answer is not very much is needed.  For DES, the key is 56 bits
  537.    and, as we show in an example in Section 8, even the highest security
  538.    system is unlikely to require a keying material of over 200 bits.  If
  539.    a series of keys are needed, it can be generated from a strong random
  540.    seed using a cryptographically strong sequence as explained in
  541.    Section 6.3.  A few hundred random bits generated once a day would be
  542.    enough using such techniques.  Even if the random bits are generated
  543.    as slowly as one per second and it is not possible to overlap the
  544.    generation process, it should be tolerable in high security
  545.    applications to wait 200 seconds occasionally.
  546.  
  547.    These numbers are trivial to achieve.  It could be done by a person
  548.    repeatedly tossing a coin.  Almost any hardware process is likely to
  549.    be much faster.
  550.  
  551. 5.2 Sensitivity to Skew
  552.  
  553.    Is there any specific requirement on the shape of the distribution of
  554.    the random numbers?  The good news is the distribution need not be
  555.    uniform.  All that is needed is a conservative estimate of how non-
  556.    uniform it is to bound performance.  Two simple techniques to de-skew
  557.    the bit stream are given below and stronger techniques are mentioned
  558.    in Section 6.1.2 below.
  559.  
  560.  
  561.  
  562. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 10]
  563.  
  564. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  565.  
  566.  
  567. 5.2.1 Using Stream Parity to De-Skew
  568.  
  569.    Consider taking a sufficiently long string of bits and map the string
  570.    to "zero" or "one".  The mapping will not yield a perfectly uniform
  571.    distribution, but it can be as close as desired.  One mapping that
  572.    serves the purpose is to take the parity of the string.  This has the
  573.    advantages that it is robust across all degrees of skew up to the
  574.    estimated maximum skew and is absolutely trivial to implement in
  575.    hardware.
  576.  
  577.    The following analysis gives the number of bits that must be sampled:
  578.  
  579.    Suppose the ratio of ones to zeros is 0.5 + e : 0.5 - e, where e is
  580.    between 0 and 0.5 and is a measure of the "eccentricity" of the
  581.    distribution.  Consider the distribution of the parity function of N
  582.    bit samples.  The probabilities that the parity will be one or zero
  583.    will be the sum of the odd or even terms in the binomial expansion of
  584.    (p + q)^N, where p = 0.5 + e, the probability of a one, and q = 0.5 -
  585.    e, the probability of a zero.
  586.  
  587.    These sums can be computed easily as
  588.  
  589.                          N            N
  590.         1/2 * ( ( p + q )  + ( p - q )  )
  591.    and
  592.                          N            N
  593.         1/2 * ( ( p + q )  - ( p - q )  ).
  594.  
  595.    (Which one corresponds to the probability the parity will be 1
  596.    depends on whether N is odd or even.)
  597.  
  598.    Since p + q = 1 and p - q = 2e, these expressions reduce to
  599.  
  600.                        N
  601.         1/2 * [1 + (2e) ]
  602.    and
  603.                        N
  604.         1/2 * [1 - (2e) ].
  605.  
  606.    Neither of these will ever be exactly 0.5 unless e is zero, but we
  607.    can bring them arbitrarily close to 0.5.  If we want the
  608.    probabilities to be within some delta d of 0.5, i.e. then
  609.  
  610.                             N
  611.         ( 0.5 + ( 0.5 * (2e)  ) )  <  0.5 + d.
  612.  
  613.  
  614.  
  615.  
  616.  
  617.  
  618. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 11]
  619.  
  620. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  621.  
  622.  
  623.    Solving for N yields N > log(2d)/log(2e).  (Note that 2e is less than
  624.    1, so its log is negative.  Division by a negative number reverses
  625.    the sense of an inequality.)
  626.  
  627.    The following table gives the length of the string which must be
  628.    sampled for various degrees of skew in order to come within 0.001 of
  629.    a 50/50 distribution.
  630.  
  631.                        +---------+--------+-------+
  632.                        | Prob(1) |    e   |    N  |
  633.                        +---------+--------+-------+
  634.                        |   0.5   |  0.00  |    1  |
  635.                        |   0.6   |  0.10  |    4  |
  636.                        |   0.7   |  0.20  |    7  |
  637.                        |   0.8   |  0.30  |   13  |
  638.                        |   0.9   |  0.40  |   28  |
  639.                        |   0.95  |  0.45  |   59  |
  640.                        |   0.99  |  0.49  |  308  |
  641.                        +---------+--------+-------+
  642.  
  643.    The last entry shows that even if the distribution is skewed 99% in
  644.    favor of ones, the parity of a string of 308 samples will be within
  645.    0.001 of a 50/50 distribution.
  646.  
  647. 5.2.2 Using Transition Mappings to De-Skew
  648.  
  649.    Another technique, originally due to von Neumann [VON NEUMANN], is to
  650.    examine a bit stream as a sequence of non-overlapping pairs. You
  651.    could then discard any 00 or 11 pairs found, interpret 01 as a 0 and
  652.    10 as a 1.  Assume the probability of a 1 is 0.5+e and the
  653.    probability of a 0 is 0.5-e where e is the eccentricity of the source
  654.    and described in the previous section.  Then the probability of each
  655.    pair is as follows:
  656.  
  657.             +------+-----------------------------------------+
  658.             | pair |            probability                  |
  659.             +------+-----------------------------------------+
  660.             |  00  | (0.5 - e)^2          =  0.25 - e + e^2  |
  661.             |  01  | (0.5 - e)*(0.5 + e)  =  0.25     - e^2  |
  662.             |  10  | (0.5 + e)*(0.5 - e)  =  0.25     - e^2  |
  663.             |  11  | (0.5 + e)^2          =  0.25 + e + e^2  |
  664.             +------+-----------------------------------------+
  665.  
  666.    This technique will completely eliminate any bias but at the expense
  667.    of taking an indeterminate number of input bits for any particular
  668.    desired number of output bits.  The probability of any particular
  669.    pair being discarded is 0.5 + 2e^2 so the expected number of input
  670.    bits to produce X output bits is X/(0.25 - e^2).
  671.  
  672.  
  673.  
  674. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 12]
  675.  
  676. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  677.  
  678.  
  679.    This technique assumes that the bits are from a stream where each bit
  680.    has the same probability of being a 0 or 1 as any other bit in the
  681.    stream and that bits are not correlated, i.e., that the bits are
  682.    identical independent distributions.  If alternate bits were from two
  683.    correlated sources, for example, the above analysis breaks down.
  684.  
  685.    The above technique also provides another illustration of how a
  686.    simple statistical analysis can mislead if one is not always on the
  687.    lookout for patterns that could be exploited by an adversary.  If the
  688.    algorithm were mis-read slightly so that overlapping successive bits
  689.    pairs were used instead of non-overlapping pairs, the statistical
  690.    analysis given is the same; however, instead of provided an unbiased
  691.    uncorrelated series of random 1's and 0's, it instead produces a
  692.    totally predictable sequence of exactly alternating 1's and 0's.
  693.  
  694. 5.2.3 Using FFT to De-Skew
  695.  
  696.    When real world data consists of strongly biased or correlated bits,
  697.    it may still contain useful amounts of randomness.  This randomness
  698.    can be extracted through use of the discrete Fourier transform or its
  699.    optimized variant, the FFT.
  700.  
  701.    Using the Fourier transform of the data, strong correlations can be
  702.    discarded.  If adequate data is processed and remaining correlations
  703.    decay, spectral lines approaching statistical independence and
  704.    normally distributed randomness can be produced [BRILLINGER].
  705.  
  706. 5.2.4 Using Compression to De-Skew
  707.  
  708.    Reversible compression techniques also provide a crude method of de-
  709.    skewing a skewed bit stream.  This follows directly from the
  710.    definition of reversible compression and the formula in Section 2
  711.    above for the amount of information in a sequence.  Since the
  712.    compression is reversible, the same amount of information must be
  713.    present in the shorter output than was present in the longer input.
  714.    By the Shannon information equation, this is only possible if, on
  715.    average, the probabilities of the different shorter sequences are
  716.    more uniformly distributed than were the probabilities of the longer
  717.    sequences.  Thus the shorter sequences are de-skewed relative to the
  718.    input.
  719.  
  720.    However, many compression techniques add a somewhat predicatable
  721.    preface to their output stream and may insert such a sequence again
  722.    periodically in their output or otherwise introduce subtle patterns
  723.    of their own.  They should be considered only a rough technique
  724.    compared with those described above or in Section 6.1.2.  At a
  725.    minimum, the beginning of the compressed sequence should be skipped
  726.    and only later bits used for applications requiring random bits.
  727.  
  728.  
  729.  
  730. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 13]
  731.  
  732. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  733.  
  734.  
  735. 5.3 Existing Hardware Can Be Used For Randomness
  736.  
  737.    As described below, many computers come with hardware that can, with
  738.    care, be used to generate truly random quantities.
  739.  
  740. 5.3.1 Using Existing Sound/Video Input
  741.  
  742.    Increasingly computers are being built with inputs that digitize some
  743.    real world analog source, such as sound from a microphone or video
  744.    input from a camera.  Under appropriate circumstances, such input can
  745.    provide reasonably high quality random bits.  The "input" from a
  746.    sound digitizer with no source plugged in or a camera with the lens
  747.    cap on, if the system has enough gain to detect anything, is
  748.    essentially thermal noise.
  749.  
  750.    For example, on a SPARCstation, one can read from the /dev/audio
  751.    device with nothing plugged into the microphone jack.  Such data is
  752.    essentially random noise although it should not be trusted without
  753.    some checking in case of hardware failure.  It will, in any case,
  754.    need to be de-skewed as described elsewhere.
  755.  
  756.    Combining this with compression to de-skew one can, in UNIXese,
  757.    generate a huge amount of medium quality random data by doing
  758.  
  759.         cat /dev/audio | compress - >random-bits-file
  760.  
  761. 5.3.2 Using Existing Disk Drives
  762.  
  763.    Disk drives have small random fluctuations in their rotational speed
  764.    due to chaotic air turbulence [DAVIS].  By adding low level disk seek
  765.    time instrumentation to a system, a series of measurements can be
  766.    obtained that include this randomness. Such data is usually highly
  767.    correlated so that significant processing is needed, including FFT
  768.    (see section 5.2.3).  Nevertheless experimentation has shown that,
  769.    with such processing, disk drives easily produce 100 bits a minute or
  770.    more of excellent random data.
  771.  
  772.    Partly offsetting this need for processing is the fact that disk
  773.    drive failure will normally be rapidly noticed.  Thus, problems with
  774.    this method of random number generation due to hardware failure are
  775.    very unlikely.
  776.  
  777. 6. Recommended Non-Hardware Strategy
  778.  
  779.    What is the best overall strategy for meeting the requirement for
  780.    unguessable random numbers in the absence of a reliable hardware
  781.    source?  It is to obtain random input from a large number of
  782.    uncorrelated sources and to mix them with a strong mixing function.
  783.  
  784.  
  785.  
  786. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 14]
  787.  
  788. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  789.  
  790.  
  791.    Such a function will preserve the randomness present in any of the
  792.    sources even if other quantities being combined are fixed or easily
  793.    guessable.  This may be advisable even with a good hardware source as
  794.    hardware can also fail, though this should be weighed against any
  795.    increase in the chance of overall failure due to added software
  796.    complexity.
  797.  
  798. 6.1 Mixing Functions
  799.  
  800.    A strong mixing function is one which combines two or more inputs and
  801.    produces an output where each output bit is a different complex non-
  802.    linear function of all the input bits.  On average, changing any
  803.    input bit will change about half the output bits.  But because the
  804.    relationship is complex and non-linear, no particular output bit is
  805.    guaranteed to change when any particular input bit is changed.
  806.  
  807.    Consider the problem of converting a stream of bits that is skewed
  808.    towards 0 or 1 to a shorter stream which is more random, as discussed
  809.    in Section 5.2 above.  This is simply another case where a strong
  810.    mixing function is desired, mixing the input bits to produce a
  811.    smaller number of output bits.  The technique given in Section 5.2.1
  812.    of using the parity of a number of bits is simply the result of
  813.    successively Exclusive Or'ing them which is examined as a trivial
  814.    mixing function immediately below.  Use of stronger mixing functions
  815.    to extract more of the randomness in a stream of skewed bits is
  816.    examined in Section 6.1.2.
  817.  
  818. 6.1.1 A Trivial Mixing Function
  819.  
  820.    A trivial example for single bit inputs is the Exclusive Or function,
  821.    which is equivalent to addition without carry, as show in the table
  822.    below.  This is a degenerate case in which the one output bit always
  823.    changes for a change in either input bit.  But, despite its
  824.    simplicity, it will still provide a useful illustration.
  825.  
  826.                    +-----------+-----------+----------+
  827.                    |  input 1  |  input 2  |  output  |
  828.                    +-----------+-----------+----------+
  829.                    |     0     |     0     |     0    |
  830.                    |     0     |     1     |     1    |
  831.                    |     1     |     0     |     1    |
  832.                    |     1     |     1     |     0    |
  833.                    +-----------+-----------+----------+
  834.  
  835.    If inputs 1 and 2 are uncorrelated and combined in this fashion then
  836.    the output will be an even better (less skewed) random bit than the
  837.    inputs.  If we assume an "eccentricity" e as defined in Section 5.2
  838.    above, then the output eccentricity relates to the input eccentricity
  839.  
  840.  
  841.  
  842. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 15]
  843.  
  844. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  845.  
  846.  
  847.    as follows:
  848.  
  849.         e       = 2 * e        * e
  850.          output        input 1    input 2
  851.  
  852.    Since e is never greater than 1/2, the eccentricity is always
  853.    improved except in the case where at least one input is a totally
  854.    skewed constant.  This is illustrated in the following table where
  855.    the top and left side values are the two input eccentricities and the
  856.    entries are the output eccentricity:
  857.  
  858.      +--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
  859.      |    e   |  0.00  |  0.10  |  0.20  |  0.30  |  0.40  |  0.50  |
  860.      +--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
  861.      |  0.00  |  0.00  |  0.00  |  0.00  |  0.00  |  0.00  |  0.00  |
  862.      |  0.10  |  0.00  |  0.02  |  0.04  |  0.06  |  0.08  |  0.10  |
  863.      |  0.20  |  0.00  |  0.04  |  0.08  |  0.12  |  0.16  |  0.20  |
  864.      |  0.30  |  0.00  |  0.06  |  0.12  |  0.18  |  0.24  |  0.30  |
  865.      |  0.40  |  0.00  |  0.08  |  0.16  |  0.24  |  0.32  |  0.40  |
  866.      |  0.50  |  0.00  |  0.10  |  0.20  |  0.30  |  0.40  |  0.50  |
  867.      +--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
  868.  
  869.    However, keep in mind that the above calculations assume that the
  870.    inputs are not correlated.  If the inputs were, say, the parity of
  871.    the number of minutes from midnight on two clocks accurate to a few
  872.    seconds, then each might appear random if sampled at random intervals
  873.    much longer than a minute.  Yet if they were both sampled and
  874.    combined with xor, the result would be zero most of the time.
  875.  
  876. 6.1.2 Stronger Mixing Functions
  877.  
  878.    The US Government Data Encryption Standard [DES] is an example of a
  879.    strong mixing function for multiple bit quantities.  It takes up to
  880.    120 bits of input (64 bits of "data" and 56 bits of "key") and
  881.    produces 64 bits of output each of which is dependent on a complex
  882.    non-linear function of all input bits.  Other strong encryption
  883.    functions with this characteristic can also be used by considering
  884.    them to mix all of their key and data input bits.
  885.  
  886.    Another good family of mixing functions are the "message digest" or
  887.    hashing functions such as The US Government Secure Hash Standard
  888.    [SHS] and the MD2, MD4, MD5 [MD2, MD4, MD5] series.  These functions
  889.    all take an arbitrary amount of input and produce an output mixing
  890.    all the input bits. The MD* series produce 128 bits of output and SHS
  891.    produces 160 bits.
  892.  
  893.  
  894.  
  895.  
  896.  
  897.  
  898. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 16]
  899.  
  900. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  901.  
  902.  
  903.    Although the message digest functions are designed for variable
  904.    amounts of input, DES and other encryption functions can also be used
  905.    to combine any number of inputs.  If 64 bits of output is adequate,
  906.    the inputs can be packed into a 64 bit data quantity and successive
  907.    56 bit keys, padding with zeros if needed, which are then used to
  908.    successively encrypt using DES in Electronic Codebook Mode [DES
  909.    MODES].  If more than 64 bits of output are needed, use more complex
  910.    mixing.  For example, if inputs are packed into three quantities, A,
  911.    B, and C, use DES to encrypt A with B as a key and then with C as a
  912.    key to produce the 1st part of the output, then encrypt B with C and
  913.    then A for more output and, if necessary, encrypt C with A and then B
  914.    for yet more output.  Still more output can be produced by reversing
  915.    the order of the keys given above to stretch things. The same can be
  916.    done with the hash functions by hashing various subsets of the input
  917.    data to produce multiple outputs.  But keep in mind that it is
  918.    impossible to get more bits of "randomness" out than are put in.
  919.  
  920.    An example of using a strong mixing function would be to reconsider
  921.    the case of a string of 308 bits each of which is biased 99% towards
  922.    zero.  The parity technique given in Section 5.2.1 above reduced this
  923.    to one bit with only a 1/1000 deviance from being equally likely a
  924.    zero or one.  But, applying the equation for information given in
  925.    Section 2, this 308 bit sequence has 5 bits of information in it.
  926.    Thus hashing it with SHS or MD5 and taking the bottom 5 bits of the
  927.    result would yield 5 unbiased random bits as opposed to the single
  928.    bit given by calculating the parity of the string.
  929.  
  930. 6.1.3 Diffie-Hellman as a Mixing Function
  931.  
  932.    Diffie-Hellman exponential key exchange is a technique that yields a
  933.    shared secret between two parties that can be made computationally
  934.    infeasible for a third party to determine even if they can observe
  935.    all the messages between the two communicating parties.  This shared
  936.    secret is a mixture of initial quantities generated by each of them
  937.    [D-H].  If these initial quantities are random, then the shared
  938.    secret contains the combined randomness of them both, assuming they
  939.    are uncorrelated.
  940.  
  941. 6.1.4 Using a Mixing Function to Stretch Random Bits
  942.  
  943.    While it is not necessary for a mixing function to produce the same
  944.    or fewer bits than its inputs, mixing bits cannot "stretch" the
  945.    amount of random unpredictability present in the inputs.  Thus four
  946.    inputs of 32 bits each where there is 12 bits worth of
  947.    unpredicatability (such as 4,096 equally probable values) in each
  948.    input cannot produce more than 48 bits worth of unpredictable output.
  949.    The output can be expanded to hundreds or thousands of bits by, for
  950.    example, mixing with successive integers, but the clever adversary's
  951.  
  952.  
  953.  
  954. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 17]
  955.  
  956. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  957.  
  958.  
  959.    search space is still 2^48 possibilities.  Furthermore, mixing to
  960.    fewer bits than are input will tend to strengthen the randomness of
  961.    the output the way using Exclusive Or to produce one bit from two did
  962.    above.
  963.  
  964.    The last table in Section 6.1.1 shows that mixing a random bit with a
  965.    constant bit with Exclusive Or will produce a random bit.  While this
  966.    is true, it does not provide a way to "stretch" one random bit into
  967.    more than one.  If, for example, a random bit is mixed with a 0 and
  968.    then with a 1, this produces a two bit sequence but it will always be
  969.    either 01 or 10.  Since there are only two possible values, there is
  970.    still only the one bit of original randomness.
  971.  
  972. 6.1.5 Other Factors in Choosing a Mixing Function
  973.  
  974.    For local use, DES has the advantages that it has been widely tested
  975.    for flaws, is widely documented, and is widely implemented with
  976.    hardware and software implementations available all over the world
  977.    including source code available by anonymous FTP.  The SHS and MD*
  978.    family are younger algorithms which have been less tested but there
  979.    is no particular reason to believe they are flawed.  Both MD5 and SHS
  980.    were derived from the earlier MD4 algorithm.  They all have source
  981.    code available by anonymous FTP [SHS, MD2, MD4, MD5].
  982.  
  983.    DES and SHS have been vouched for the the US National Security Agency
  984.    (NSA) on the basis of criteria that primarily remain secret.  While
  985.    this is the cause of much speculation and doubt, investigation of DES
  986.    over the years has indicated that NSA involvement in modifications to
  987.    its design, which originated with IBM, was primarily to strengthen
  988.    it.  No concealed or special weakness has been found in DES.  It is
  989.    almost certain that the NSA modification to MD4 to produce the SHS
  990.    similarly strengthened the algorithm, possibly against threats not
  991.    yet known in the public cryptographic community.
  992.  
  993.    DES, SHS, MD4, and MD5 are royalty free for all purposes.  MD2 has
  994.    been freely licensed only for non-profit use in connection with
  995.    Privacy Enhanced Mail [PEM].  Between the MD* algorithms, some people
  996.    believe that, as with "Goldilocks and the Three Bears", MD2 is strong
  997.    but too slow, MD4 is fast but too weak, and MD5 is just right.
  998.  
  999.    Another advantage of the MD* or similar hashing algorithms over
  1000.    encryption algorithms is that they are not subject to the same
  1001.    regulations imposed by the US Government prohibiting the unlicensed
  1002.    export or import of encryption/decryption software and hardware.  The
  1003.    same should be true of DES rigged to produce an irreversible hash
  1004.    code but most DES packages are oriented to reversible encryption.
  1005.  
  1006.  
  1007.  
  1008.  
  1009.  
  1010. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 18]
  1011.  
  1012. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  1013.  
  1014.  
  1015. 6.2 Non-Hardware Sources of Randomness
  1016.  
  1017.    The best source of input for mixing would be a hardware randomness
  1018.    such as disk drive timing affected by air turbulence, audio input
  1019.    with thermal noise, or radioactive decay.  However, if that is not
  1020.    available there are other possibilities.  These include system
  1021.    clocks, system or input/output buffers, user/system/hardware/network
  1022.    serial numbers and/or addresses and timing, and user input.
  1023.    Unfortunately, any of these sources can produce limited or
  1024.    predicatable values under some circumstances.
  1025.  
  1026.    Some of the sources listed above would be quite strong on multi-user
  1027.    systems where, in essence, each user of the system is a source of
  1028.    randomness.  However, on a small single user system, such as a
  1029.    typical IBM PC or Apple Macintosh, it might be possible for an
  1030.    adversary to assemble a similar configuration.  This could give the
  1031.    adversary inputs to the mixing process that were sufficiently
  1032.    correlated to those used originally as to make exhaustive search
  1033.    practical.
  1034.  
  1035.    The use of multiple random inputs with a strong mixing function is
  1036.    recommended and can overcome weakness in any particular input.  For
  1037.    example, the timing and content of requested "random" user keystrokes
  1038.    can yield hundreds of random bits but conservative assumptions need
  1039.    to be made.  For example, assuming a few bits of randomness if the
  1040.    inter-keystroke interval is unique in the sequence up to that point
  1041.    and a similar assumption if the key hit is unique but assuming that
  1042.    no bits of randomness are present in the initial key value or if the
  1043.    timing or key value duplicate previous values.  The results of mixing
  1044.    these timings and characters typed could be further combined with
  1045.    clock values and other inputs.
  1046.  
  1047.    This strategy may make practical portable code to produce good random
  1048.    numbers for security even if some of the inputs are very weak on some
  1049.    of the target systems.  However, it may still fail against a high
  1050.    grade attack on small single user systems, especially if the
  1051.    adversary has ever been able to observe the generation process in the
  1052.    past.  A hardware based random source is still preferable.
  1053.  
  1054. 6.3 Cryptographically Strong Sequences
  1055.  
  1056.    In cases where a series of random quantities must be generated, an
  1057.    adversary may learn some values in the sequence.  In general, they
  1058.    should not be able to predict other values from the ones that they
  1059.    know.
  1060.  
  1061.  
  1062.  
  1063.  
  1064.  
  1065.  
  1066. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 19]
  1067.  
  1068. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  1069.  
  1070.  
  1071.    The correct technique is to start with a strong random seed, take
  1072.    cryptographically strong steps from that seed [CRYPTO2, CRYPTO3], and
  1073.    do not reveal the complete state of the generator in the sequence
  1074.    elements.  If each value in the sequence can be calculated in a fixed
  1075.    way from the previous value, then when any value is compromised, all
  1076.    future values can be determined.  This would be the case, for
  1077.    example, if each value were a constant function of the previously
  1078.    used values, even if the function were a very strong, non-invertible
  1079.    message digest function.
  1080.  
  1081.    It should be noted that if your technique for generating a sequence
  1082.    of key values is fast enough, it can trivially be used as the basis
  1083.    for a confidentiality system.  If two parties use the same sequence
  1084.    generating technique and start with the same seed material, they will
  1085.    generate identical sequences.  These could, for example, be xor'ed at
  1086.    one end with data being send, encrypting it, and xor'ed with this
  1087.    data as received, decrypting it due to the reversible properties of
  1088.    the xor operation.
  1089.  
  1090. 6.3.1 Traditional Strong Sequences
  1091.  
  1092.    A traditional way to achieve a strong sequence has been to have the
  1093.    values be produced by hashing the quantities produced by
  1094.    concatenating the seed with successive integers or the like and then
  1095.    mask the values obtained so as to limit the amount of generator state
  1096.    available to the adversary.
  1097.  
  1098.    It may also be possible to use an "encryption" algorithm with a
  1099.    random key and seed value to encrypt and feedback some or all of the
  1100.    output encrypted value into the value to be encrypted for the next
  1101.    iteration.  Appropriate feedback techniques will usually be
  1102.    recommended with the encryption algorithm.  An example is shown below
  1103.    where shifting and masking are used to combine the cypher output
  1104.    feedback.  This type of feedback is recommended by the US Government
  1105.    in connection with DES [DES MODES].
  1106.  
  1107.  
  1108.  
  1109.  
  1110.  
  1111.  
  1112.  
  1113.  
  1114.  
  1115.  
  1116.  
  1117.  
  1118.  
  1119.  
  1120.  
  1121.  
  1122. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 20]
  1123.  
  1124. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  1125.  
  1126.  
  1127.       +---------------+
  1128.       |       V       |
  1129.       |  |     n      |
  1130.       +--+------------+
  1131.             |      |           +---------+
  1132.             |      +---------> |         |      +-----+
  1133.          +--+                  | Encrypt | <--- | Key |
  1134.          |           +-------- |         |      +-----+
  1135.          |           |         +---------+
  1136.          V           V
  1137.       +------------+--+
  1138.       |      V     |  |
  1139.       |       n+1     |
  1140.       +---------------+
  1141.  
  1142.    Note that if a shift of one is used, this is the same as the shift
  1143.    register technique described in Section 3 above but with the all
  1144.    important difference that the feedback is determined by a complex
  1145.    non-linear function of all bits rather than a simple linear or
  1146.    polynomial combination of output from a few bit position taps.
  1147.  
  1148.    It has been shown by Donald W. Davies that this sort of shifted
  1149.    partial output feedback significantly weakens an algorithm compared
  1150.    will feeding all of the output bits back as input.  In particular,
  1151.    for DES, repeated encrypting a full 64 bit quantity will give an
  1152.    expected repeat in about 2^63 iterations.  Feeding back anything less
  1153.    than 64 (and more than 0) bits will give an expected repeat in
  1154.    between 2**31 and 2**32 iterations!
  1155.  
  1156.    To predict values of a sequence from others when the sequence was
  1157.    generated by these techniques is equivalent to breaking the
  1158.    cryptosystem or inverting the "non-invertible" hashing involved with
  1159.    only partial information available.  The less information revealed
  1160.    each iteration, the harder it will be for an adversary to predict the
  1161.    sequence.  Thus it is best to use only one bit from each value.  It
  1162.    has been shown that in some cases this makes it impossible to break a
  1163.    system even when the cryptographic system is invertible and can be
  1164.    broken if all of each generated value was revealed.
  1165.  
  1166. 6.3.2 The Blum Blum Shub Sequence Generator
  1167.  
  1168.    Currently the generator which has the strongest public proof of
  1169.    strength is called the Blum Blum Shub generator after its inventors
  1170.    [BBS].  It is also very simple and is based on quadratic residues.
  1171.    It's only disadvantage is that is is computationally intensive
  1172.    compared with the traditional techniques give in 6.3.1 above.  This
  1173.    is not a serious draw back if it is used for moderately infrequent
  1174.    purposes, such as generating session keys.
  1175.  
  1176.  
  1177.  
  1178. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 21]
  1179.  
  1180. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  1181.  
  1182.  
  1183.    Simply choose two large prime numbers, say p and q, which both have
  1184.    the property that you get a remainder of 3 if you divide them by 4.
  1185.    Let n = p * q.  Then you choose a random number x relatively prime to
  1186.    n.  The initial seed for the generator and the method for calculating
  1187.    subsequent values are then
  1188.  
  1189.                    2
  1190.         s    =  ( x  )(Mod n)
  1191.          0
  1192.  
  1193.                    2
  1194.         s    = ( s   )(Mod n)
  1195.          i+1      i
  1196.  
  1197.    You must be careful to use only a few bits from the bottom of each s.
  1198.    It is always safe to use only the lowest order bit.  If you use no
  1199.    more than the
  1200.  
  1201.                   log  ( log  ( s  ) )
  1202.                      2      2    i
  1203.  
  1204.    low order bits, then predicting any additional bits from a sequence
  1205.    generated in this manner is provable as hard as factoring n.  As long
  1206.    as the initial x is secret, you can even make n public if you want.
  1207.  
  1208.    An intersting characteristic of this generator is that you can
  1209.    directly calculate any of the s values.  In particular
  1210.  
  1211.                      i
  1212.                ( ( 2  )(Mod (( p - 1 ) * ( q - 1 )) ) )
  1213.       s  = ( s                                          )(Mod n)
  1214.        i      0
  1215.  
  1216.    This means that in applications where many keys are generated in this
  1217.    fashion, it is not necessary to save them all.  Each key can be
  1218.    effectively indexed and recovered from that small index and the
  1219.    initial s and n.
  1220.  
  1221. 7. Key Generation Standards
  1222.  
  1223.    Several public standards are now in place for the generation of keys.
  1224.    Two of these are described below.  Both use DES but any equally
  1225.    strong or stronger mixing function could be substituted.
  1226.  
  1227.  
  1228.  
  1229.  
  1230.  
  1231.  
  1232.  
  1233.  
  1234. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 22]
  1235.  
  1236. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  1237.  
  1238.  
  1239. 7.1 US DoD Recommendations for Password Generation
  1240.  
  1241.    The United States Department of Defense has specific recommendations
  1242.    for password generation [DoD].  They suggest using the US Data
  1243.    Encryption Standard [DES] in Output Feedback Mode [DES MODES] as
  1244.    follows:
  1245.  
  1246.         use an initialization vector determined from
  1247.              the system clock,
  1248.              system ID,
  1249.              user ID, and
  1250.              date and time;
  1251.         use a key determined from
  1252.              system interrupt registers,
  1253.              system status registers, and
  1254.              system counters; and,
  1255.         as plain text, use an external randomly generated 64 bit
  1256.         quantity such as 8 characters typed in by a system
  1257.         administrator.
  1258.  
  1259.    The password can then be calculated from the 64 bit "cipher text"
  1260.    generated in 64-bit Output Feedback Mode.  As many bits as are needed
  1261.    can be taken from these 64 bits and expanded into a pronounceable
  1262.    word, phrase, or other format if a human being needs to remember the
  1263.    password.
  1264.  
  1265. 7.2 X9.17 Key Generation
  1266.  
  1267.    The American National Standards Institute has specified a method for
  1268.    generating a sequence of keys as follows:
  1269.  
  1270.         s  is the initial 64 bit seed
  1271.          0
  1272.  
  1273.         g  is the sequence of generated 64 bit key quantities
  1274.          n
  1275.  
  1276.         k is a random key reserved for generating this key sequence
  1277.  
  1278.         t is the time at which a key is generated to as fine a resolution
  1279.             as is available (up to 64 bits).
  1280.  
  1281.         DES ( K, Q ) is the DES encryption of quantity Q with key K
  1282.  
  1283.  
  1284.  
  1285.  
  1286.  
  1287.  
  1288.  
  1289.  
  1290. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 23]
  1291.  
  1292. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  1293.  
  1294.  
  1295.         g    = DES ( k, DES ( k, t ) .xor. s  )
  1296.          n                                  n
  1297.  
  1298.         s    = DES ( k, DES ( k, t ) .xor. g  )
  1299.          n+1                                n
  1300.  
  1301.    If g sub n is to be used as a DES key, then every eighth bit should
  1302.    be adjusted for parity for that use but the entire 64 bit unmodified
  1303.    g should be used in calculating the next s.
  1304.  
  1305. 8. Examples of Randomness Required
  1306.  
  1307.    Below are two examples showing rough calculations of needed
  1308.    randomness for security.  The first is for moderate security
  1309.    passwords while the second assumes a need for a very high security
  1310.    cryptographic key.
  1311.  
  1312. 8.1  Password Generation
  1313.  
  1314.    Assume that user passwords change once a year and it is desired that
  1315.    the probability that an adversary could guess the password for a
  1316.    particular account be less than one in a thousand.  Further assume
  1317.    that sending a password to the system is the only way to try a
  1318.    password.  Then the crucial question is how often an adversary can
  1319.    try possibilities.  Assume that delays have been introduced into a
  1320.    system so that, at most, an adversary can make one password try every
  1321.    six seconds.  That's 600 per hour or about 15,000 per day or about
  1322.    5,000,000 tries in a year.  Assuming any sort of monitoring, it is
  1323.    unlikely someone could actually try continuously for a year.  In
  1324.    fact, even if log files are only checked monthly, 500,000 tries is
  1325.    more plausible before the attack is noticed and steps taken to change
  1326.    passwords and make it harder to try more passwords.
  1327.  
  1328.    To have a one in a thousand chance of guessing the password in
  1329.    500,000 tries implies a universe of at least 500,000,000 passwords or
  1330.    about 2^29.  Thus 29 bits of randomness are needed. This can probably
  1331.    be achieved using the US DoD recommended inputs for password
  1332.    generation as it has 8 inputs which probably average over 5 bits of
  1333.    randomness each (see section 7.1).  Using a list of 1000 words, the
  1334.    password could be expressed as a three word phrase (1,000,000,000
  1335.    possibilities) or, using case insensitive letters and digits, six
  1336.    would suffice ((26+10)^6 = 2,176,782,336 possibilities).
  1337.  
  1338.    For a higher security password, the number of bits required goes up.
  1339.    To decrease the probability by 1,000 requires increasing the universe
  1340.    of passwords by the same factor which adds about 10 bits.  Thus to
  1341.    have only a one in a million chance of a password being guessed under
  1342.    the above scenario would require 39 bits of randomness and a password
  1343.  
  1344.  
  1345.  
  1346. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 24]
  1347.  
  1348. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  1349.  
  1350.  
  1351.    that was a four word phrase from a 1000 word list or eight
  1352.    letters/digits.  To go to a one in 10^9 chance, 49 bits of randomness
  1353.    are needed implying a five word phrase or ten letter/digit password.
  1354.  
  1355.    In a real system, of course, there are also other factors.  For
  1356.    example, the larger and harder to remember passwords are, the more
  1357.    likely users are to write them down resulting in an additional risk
  1358.    of compromise.
  1359.  
  1360. 8.2 A Very High Security Cryptographic Key
  1361.  
  1362.    Assume that a very high security key is needed for symmetric
  1363.    encryption / decryption between two parties.  Assume an adversary can
  1364.    observe communications and knows the algorithm being used.  Within
  1365.    the field of random possibilities, the adversary can try key values
  1366.    in hopes of finding the one in use.  Assume further that brute force
  1367.    trial of keys is the best the adversary can do.
  1368.  
  1369. 8.2.1 Effort per Key Trial
  1370.  
  1371.    How much effort will it take to try each key?  For very high security
  1372.    applications it is best to assume a low value of effort.  Even if it
  1373.    would clearly take tens of thousands of computer cycles or more to
  1374.    try a single key, there may be some pattern that enables huge blocks
  1375.    of key values to be tested with much less effort per key.  Thus it is
  1376.    probably best to assume no more than a couple hundred cycles per key.
  1377.    (There is no clear lower bound on this as computers operate in
  1378.    parallel on a number of bits and a poor encryption algorithm could
  1379.    allow many keys or even groups of keys to be tested in parallel.
  1380.    However, we need to assume some value and can hope that a reasonably
  1381.    strong algorithm has been chosen for our hypothetical high security
  1382.    task.)
  1383.  
  1384.    If the adversary can command a highly parallel processor or a large
  1385.    network of work stations, 2*10^10 cycles per second is probably a
  1386.    minimum assumption for availability today.  Looking forward just a
  1387.    couple years, there should be at least an order of magnitude
  1388.    improvement.  Thus assuming 10^9 keys could be checked per second or
  1389.    3.6*10^11 per hour or 6*10^13 per week or 2.4*10^14 per month is
  1390.    reasonable.  This implies a need for a minimum of 51 bits of
  1391.    randomness in keys to be sure they cannot be found in a month.  Even
  1392.    then it is possible that, a few years from now, a highly determined
  1393.    and resourceful adversary could break the key in 2 weeks (on average
  1394.    they need try only half the keys).
  1395.  
  1396.  
  1397.  
  1398.  
  1399.  
  1400.  
  1401.  
  1402. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 25]
  1403.  
  1404. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  1405.  
  1406.  
  1407. 8.2.2 Meet in the Middle Attacks
  1408.  
  1409.    If chosen or known plain text and the resulting encrypted text are
  1410.    available, a "meet in the middle" attack is possible if the structure
  1411.    of the encryption algorithm allows it.  (In a known plain text
  1412.    attack, the adversary knows all or part of the messages being
  1413.    encrypted, possibly some standard header or trailer fields.  In a
  1414.    chosen plain text attack, the adversary can force some chosen plain
  1415.    text to be encrypted, possibly by "leaking" an exciting text that
  1416.    would then be sent by the adversary over an encrypted channel.)
  1417.  
  1418.    An oversimplified explanation of the meet in the middle attack is as
  1419.    follows: the adversary can half-encrypt the known or chosen plain
  1420.    text with all possible first half-keys, sort the output, then half-
  1421.    decrypt the encoded text with all the second half-keys.  If a match
  1422.    is found, the full key can be assembled from the halves and used to
  1423.    decrypt other parts of the message or other messages.  At its best,
  1424.    this type of attack can halve the exponent of the work required by
  1425.    the adversary while adding a large but roughly constant factor of
  1426.    effort.  To be assured of safety against this, a doubling of the
  1427.    amount of randomness in the key to a minimum of 102 bits is required.
  1428.  
  1429.    The meet in the middle attack assumes that the cryptographic
  1430.    algorithm can be decomposed in this way but we can not rule that out
  1431.    without a deep knowledge of the algorithm.  Even if a basic algorithm
  1432.    is not subject to a meet in the middle attack, an attempt to produce
  1433.    a stronger algorithm by applying the basic algorithm twice (or two
  1434.    different algorithms sequentially) with different keys may gain less
  1435.    added security than would be expected.  Such a composite algorithm
  1436.    would be subject to a meet in the middle attack.
  1437.  
  1438.    Enormous resources may be required to mount a meet in the middle
  1439.    attack but they are probably within the range of the national
  1440.    security services of a major nation.  Essentially all nations spy on
  1441.    other nations government traffic and several nations are believed to
  1442.    spy on commercial traffic for economic advantage.
  1443.  
  1444. 8.2.3 Other Considerations
  1445.  
  1446.    Since we have not even considered the possibilities of special
  1447.    purpose code breaking hardware or just how much of a safety margin we
  1448.    want beyond our assumptions above, probably a good minimum for a very
  1449.    high security cryptographic key is 128 bits of randomness which
  1450.    implies a minimum key length of 128 bits.  If the two parties agree
  1451.    on a key by Diffie-Hellman exchange [D-H], then in principle only
  1452.    half of this randomness would have to be supplied by each party.
  1453.    However, there is probably some correlation between their random
  1454.    inputs so it is probably best to assume that each party needs to
  1455.  
  1456.  
  1457.  
  1458. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 26]
  1459.  
  1460. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  1461.  
  1462.  
  1463.    provide at least 96 bits worth of randomness for very high security
  1464.    if Diffie-Hellman is used.
  1465.  
  1466.    This amount of randomness is beyond the limit of that in the inputs
  1467.    recommended by the US DoD for password generation and could require
  1468.    user typing timing, hardware random number generation, or other
  1469.    sources.
  1470.  
  1471.    It should be noted that key length calculations such at those above
  1472.    are controversial and depend on various assumptions about the
  1473.    cryptographic algorithms in use.  In some cases, a professional with
  1474.    a deep knowledge of code breaking techniques and of the strength of
  1475.    the algorithm in use could be satisfied with less than half of the
  1476.    key size derived above.
  1477.  
  1478. 9. Conclusion
  1479.  
  1480.    Generation of unguessable "random" secret quantities for security use
  1481.    is an essential but difficult task.
  1482.  
  1483.    We have shown that hardware techniques to produce such randomness
  1484.    would be relatively simple.  In particular, the volume and quality
  1485.    would not need to be high and existing computer hardware, such as
  1486.    disk drives, can be used.  Computational techniques are available to
  1487.    process low quality random quantities from multiple sources or a
  1488.    larger quantity of such low quality input from one source and produce
  1489.    a smaller quantity of higher quality, less predictable key material.
  1490.    In the absence of hardware sources of randomness, a variety of user
  1491.    and software sources can frequently be used instead with care;
  1492.    however, most modern systems already have hardware, such as disk
  1493.    drives or audio input, that could be used to produce high quality
  1494.    randomness.
  1495.  
  1496.    Once a sufficient quantity of high quality seed key material (a few
  1497.    hundred bits) is available, strong computational techniques are
  1498.    available to produce cryptographically strong sequences of
  1499.    unpredicatable quantities from this seed material.
  1500.  
  1501. 10. Security Considerations
  1502.  
  1503.    The entirety of this document concerns techniques and recommendations
  1504.    for generating unguessable "random" quantities for use as passwords,
  1505.    cryptographic keys, and similar security uses.
  1506.  
  1507.  
  1508.  
  1509.  
  1510.  
  1511.  
  1512.  
  1513.  
  1514. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 27]
  1515.  
  1516. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  1517.  
  1518.  
  1519. References
  1520.  
  1521.    [ASYMMETRIC] - Secure Communications and Asymmetric Cryptosystems,
  1522.    edited by Gustavus J. Simmons, AAAS Selected Symposium 69, Westview
  1523.    Press, Inc.
  1524.  
  1525.    [BBS] - A Simple Unpredictable Pseudo-Random Number Generator, SIAM
  1526.    Journal on Computing, v. 15, n. 2, 1986, L. Blum, M. Blum, & M. Shub.
  1527.  
  1528.    [BRILLINGER] - Time Series: Data Analysis and Theory, Holden-Day,
  1529.    1981, David Brillinger.
  1530.  
  1531.    [CRC] - C.R.C. Standard Mathematical Tables, Chemical Rubber
  1532.    Publishing Company.
  1533.  
  1534.    [CRYPTO1] - Cryptography: A Primer, A Wiley-Interscience Publication,
  1535.    John Wiley & Sons, 1981, Alan G. Konheim.
  1536.  
  1537.    [CRYPTO2] - Cryptography:  A New Dimension in Computer Data Security,
  1538.    A Wiley-Interscience Publication, John Wiley & Sons, 1982, Carl H.
  1539.    Meyer & Stephen M. Matyas.
  1540.  
  1541.    [CRYPTO3] - Applied Cryptography: Protocols, Algorithms, and Source
  1542.    Code in C, John Wiley & Sons, 1994, Bruce Schneier.
  1543.  
  1544.    [DAVIS] - Cryptographic Randomness from Air Turbulence in Disk
  1545.    Drives, Advances in Cryptology - Crypto '94, Springer-Verlag Lecture
  1546.    Notes in Computer Science #839, 1984, Don Davis, Ross Ihaka, and
  1547.    Philip Fenstermacher.
  1548.  
  1549.    [DES] -  Data Encryption Standard, United States of America,
  1550.    Department of Commerce, National Institute of Standards and
  1551.    Technology, Federal Information Processing Standard (FIPS) 46-1.
  1552.    - Data Encryption Algorithm, American National Standards Institute,
  1553.    ANSI X3.92-1981.
  1554.    (See also FIPS 112, Password Usage, which includes FORTRAN code for
  1555.    performing DES.)
  1556.  
  1557.    [DES MODES] - DES Modes of Operation, United States of America,
  1558.    Department of Commerce, National Institute of Standards and
  1559.    Technology, Federal Information Processing Standard (FIPS) 81.
  1560.    - Data Encryption Algorithm - Modes of Operation, American National
  1561.    Standards Institute, ANSI X3.106-1983.
  1562.  
  1563.    [D-H] - New Directions in Cryptography, IEEE Transactions on
  1564.    Information Technology, November, 1976, Whitfield Diffie and Martin
  1565.    E. Hellman.
  1566.  
  1567.  
  1568.  
  1569.  
  1570. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 28]
  1571.  
  1572. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  1573.  
  1574.  
  1575.    [DoD] - Password Management Guideline, United States of America,
  1576.    Department of Defense, Computer Security Center, CSC-STD-002-85.
  1577.    (See also FIPS 112, Password Usage, which incorporates CSC-STD-002-85
  1578.    as one of its appendices.)
  1579.  
  1580.    [GIFFORD] - Natural Random Number, MIT/LCS/TM-371, September 1988,
  1581.    David K. Gifford
  1582.  
  1583.    [KNUTH] - The Art of Computer Programming, Volume 2: Seminumerical
  1584.    Algorithms, Chapter 3: Random Numbers. Addison Wesley Publishing
  1585.    Company, Second Edition 1982, Donald E. Knuth.
  1586.  
  1587.    [KRAWCZYK] - How to Predict Congruential Generators, Journal of
  1588.    Algorithms, V. 13, N. 4, December 1992, H. Krawczyk
  1589.  
  1590.    [MD2] - The MD2 Message-Digest Algorithm, RFC1319, April 1992, B.
  1591.    Kaliski
  1592.    [MD4] - The MD4 Message-Digest Algorithm, RFC1320, April 1992, R.
  1593.    Rivest
  1594.    [MD5] - The MD5 Message-Digest Algorithm, RFC1321, April 1992, R.
  1595.    Rivest
  1596.  
  1597.    [PEM] - RFCs 1421 through 1424:
  1598.    - RFC 1424, Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail: Part
  1599.    IV: Key Certification and Related Services, 02/10/1993, B. Kaliski
  1600.    - RFC 1423, Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail: Part
  1601.    III: Algorithms, Modes, and Identifiers, 02/10/1993, D. Balenson
  1602.    - RFC 1422, Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail: Part
  1603.    II: Certificate-Based Key Management, 02/10/1993, S. Kent
  1604.    - RFC 1421, Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail: Part I:
  1605.    Message Encryption and Authentication Procedures, 02/10/1993, J. Linn
  1606.  
  1607.    [SHANNON] - The Mathematical Theory of Communication, University of
  1608.    Illinois Press, 1963, Claude E. Shannon.  (originally from:  Bell
  1609.    System Technical Journal, July and October 1948)
  1610.  
  1611.    [SHIFT1] - Shift Register Sequences, Aegean Park Press, Revised
  1612.    Edition 1982, Solomon W. Golomb.
  1613.  
  1614.    [SHIFT2] - Cryptanalysis of Shift-Register Generated Stream Cypher
  1615.    Systems, Aegean Park Press, 1984, Wayne G. Barker.
  1616.  
  1617.    [SHS] - Secure Hash Standard, United States of American, National
  1618.    Institute of Science and Technology, Federal Information Processing
  1619.    Standard (FIPS) 180, April 1993.
  1620.  
  1621.    [STERN] - Secret Linear Congruential Generators are not
  1622.    Cryptograhically Secure, Proceedings of IEEE STOC, 1987, J. Stern.
  1623.  
  1624.  
  1625.  
  1626. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 29]
  1627.  
  1628. RFC 1750        Randomness Recommendations for Security    December 1994
  1629.  
  1630.  
  1631.    [VON NEUMANN] - Various techniques used in connection with random
  1632.    digits, von Neumann's Collected Works, Vol. 5, Pergamon Press, 1963,
  1633.    J. von Neumann.
  1634.  
  1635. Authors' Addresses
  1636.  
  1637.    Donald E. Eastlake 3rd
  1638.    Digital Equipment Corporation
  1639.    550 King Street, LKG2-1/BB3
  1640.    Littleton, MA 01460
  1641.  
  1642.    Phone:   +1 508 486 6577(w)  +1 508 287 4877(h)
  1643.    EMail:   dee@lkg.dec.com
  1644.  
  1645.  
  1646.    Stephen D. Crocker
  1647.    CyberCash Inc.
  1648.    2086 Hunters Crest Way
  1649.    Vienna, VA 22181
  1650.  
  1651.    Phone:   +1 703-620-1222(w)  +1 703-391-2651 (fax)
  1652.    EMail:   crocker@cybercash.com
  1653.  
  1654.  
  1655.    Jeffrey I. Schiller
  1656.    Massachusetts Institute of Technology
  1657.    77 Massachusetts Avenue
  1658.    Cambridge, MA 02139
  1659.  
  1660.    Phone:   +1 617 253 0161(w)
  1661.    EMail:   jis@mit.edu
  1662.  
  1663.  
  1664.  
  1665.  
  1666.  
  1667.  
  1668.  
  1669.  
  1670.  
  1671.  
  1672.  
  1673.  
  1674.  
  1675.  
  1676.  
  1677.  
  1678.  
  1679.  
  1680.  
  1681.  
  1682. Eastlake, Crocker & Schiller                                   [Page 30]
  1683.  
  1684.