home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1994 March / Internet Info CD-ROM (Walnut Creek) (March 1994).iso / inet / internet-drafts / draft-eastlake-randomness-00.txt < prev    next >
Text File  |  1993-03-25  |  51KB  |  1,219 lines

  1.  
  2. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  3.                                                            25 March 1993
  4.                                                Expires 24 September 1993
  5.  
  6.  
  7.                   Randomness Requirements for Security
  8.                   ---------- ------------ --- --------
  9.    Donald E. Eastlake 3rd, Stephen D. Crocker, & Jeffrey I. Schiller
  10.  
  11.  
  12. Status of This Document
  13.  
  14.    This draft is intended to be submitted to the RFC editor as an
  15.    Informational RFC.  Distribution of this document is unlimited.
  16.  
  17.    This document is an Internet Draft.  Internet Drafts are working
  18.    documents of the Internet Engineering Task Force (IETF), its Areas,
  19.    and its Working Groups.  Note that other groups may also distribute
  20.    working documents as Internet Drafts.
  21.  
  22.    Internet Drafts are draft documents valid for a maximum of six
  23.    months.  Internet Drafts may be updated, replaced, or obsoleted by
  24.    other documents at any time.  It is not appropriate to use Internet
  25.    Drafts as reference material or to cite them other than as a
  26.    ``working draft'' or ``work in progress.'' Please check the 1id-
  27.    abstracts.txt listing contained in the internet-drafts Shadow
  28.    Directories on nic.ddn.mil, nnsc.nsf.net, nic.nordu.net,
  29.    ftp.nisc.sri.com, or munnari.oz.au to learn the current status of any
  30.    Internet Draft.
  31.  
  32.    This draft expires 24 September 1993.
  33.  
  34.  
  35. Abstract
  36.  
  37.    At the heart of many security systems is the assumption that it is
  38.    possible to generate secret quantities that are very hard for an
  39.    adversary to guess.  These include passwords, cryptographic keys, and
  40.    similar quantities.  Choosing such quantities so as to foil a
  41.    resourceful and motivated adversary is surprisingly difficult.  This
  42.    paper points out many pitfalls in using traditional pseudo-random
  43.    number generation techniques for choosing such secrets, recommends
  44.    the use of truly random hardware techniques, provides suggestions to
  45.    ameliorate the problem when a hardware solution is not available, and
  46.    gives examples of how large such quantities need to be for some
  47.    particular applications.
  48.  
  49.  
  50. Acknowledgements
  51.  
  52.    Substantive comments on this draft, or parts thereof, were received
  53.    from Charlie Kaufman, Dave Balenson, Tim Redmond, and Whitfield
  54.    Diffie.
  55.  
  56.  
  57. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                          [Page 1]
  58.  
  59.  
  60. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  61.  
  62.  
  63. Table of Contents
  64.  
  65.       Status of This Document....................................1
  66.       Abstract...................................................1
  67.       Acknowledgements...........................................1
  68.       Table of Contents..........................................2
  69.       1. Introduction............................................3
  70.       2. Requirements............................................3
  71.       3. Traditional Pseudo-Random Sequences.....................5
  72.       4. Unpredictability........................................6
  73.       4.1 Problems with Clocks and Serial Numbers................6
  74.       4.2 Timing External Events.................................7
  75.       4.3 The Fallacy of Complex Manipulation....................7
  76.       4.4 The Fallacy of Selection from a Large Database.........7
  77.       5. Hardware for Randomness.................................8
  78.       5.1 Volume Required........................................8
  79.       5.2 Sensitivity to Skew....................................9
  80.       5.2.1 Using Stream Parity to De-Skew.......................9
  81.       5.2.2 Using Transition Mappings to De-Skew................10
  82.       6. Recommended Non-Hardware Strategy......................11
  83.       6.1 Mixing Functions......................................11
  84.       6.1.1 A Trivial Mixing Function...........................12
  85.       6.1.2 Stronger Mixing Functions...........................13
  86.       6.1.3 Using a Mixing Function to Stretch Random Bits......14
  87.       6.1.4 Other Factors in Choosing a Mixing Function.........14
  88.       6.2 Non-Hardware Sources of Randomness....................15
  89.       6.3 Cryptographically Strong Sequences....................15
  90.       7. US DoD Recommendations for Password Generation.........16
  91.       8. Examples of Randomness Required........................16
  92.       8.1 A Low Security Password...............................16
  93.       8.2 A Very High Security Cryptographic Key................17
  94.       9. Security Considerations................................19
  95.       References................................................20
  96.       Authors Addresses.........................................21
  97.       Expiration................................................21
  98.  
  99.  
  100.  
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106.  
  107.  
  108.  
  109.  
  110.  
  111.  
  112.  
  113.  
  114.  
  115. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                          [Page 2]
  116.  
  117.  
  118. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  119.  
  120.  
  121. 1. Introduction
  122.  
  123.    Software cryptography is coming into wider use.  Systems like
  124.    Kerberos, PEM, PGP, etc. are maturing and becoming a part of the
  125.    network landscape.  These systems provide substantial protection
  126.    against snooping and spoofing.  However, there is a potential flaw.
  127.    At the heart of all cryptographic systems is the generation of random
  128.    numbers.
  129.  
  130.    For the present, the lack of generally available facilities for
  131.    generating unpredictable numbers is an open wound in the design of
  132.    cryptographic software.  For the software developer who wants to
  133.    build a key or password generation procedure that runs on a wide
  134.    range of hardware, the only safe strategy is to force the local
  135.    installation to supply a suitable routine to generate unpredictable
  136.    numbers.  To say the least, this is an awkward, error-prone and
  137.    unpalatable solution.
  138.  
  139.    It is important to keep in mind that the requirement is for data that
  140.    an adversary has a very low probability of guessing.  This will fail
  141.    if pseudo-random data, which only meets traditional statistical tests
  142.    for randomness or which is based on guessable range sources, such as
  143.    clocks, is used.  Frequently such random quantities are guessable by
  144.    an adversary searching through an embarrassingly small space of
  145.    possibilities.
  146.  
  147.    This informational document suggests techniques for producing random
  148.    quantities that will be resistant to such attack.  It recommends that
  149.    future systems include hardware random number generation, suggests
  150.    methods for use if such hardware is not available, and gives some
  151.    estimates of the number of random bits required for some sample
  152.    applications.
  153.  
  154.  
  155.  
  156. 2. Requirements
  157.  
  158.    Probably the most commonly encountered randomness requirement is the
  159.    typical user password character string.  Obviously, if a password can
  160.    be guessed, it does not provide security.  (For this particular
  161.    application it is desirable that users be able to remember the
  162.    password.  This may make it advisable to use pronounceable character
  163.    strings or phrases composed on ordinary words.  But this only affects
  164.    the format of the password information, not the requirement that the
  165.    password be hard to guess.)
  166.  
  167.    Many other requirements come from the cryptographic arena.
  168.    Cryptographic techniques can be used to provide a variety of services
  169.    including confidentiality and authentication.  Such services are
  170.    based on quantities, traditionally called "keys", that are unknown to
  171.  
  172.  
  173. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                          [Page 3]
  174.  
  175.  
  176. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  177.  
  178.  
  179.    and unguessable by an adversary.
  180.  
  181.    In some cases, such as the use of symmetric encryption with the one
  182.    time pads [CRYPTO*] or the US Data Encryption Standard [DES], the
  183.    parties who wish to communicate confidentially and/or with
  184.    authentication must all know the same secret key.  In other cases,
  185.    using what are called asymmetric or "public key" cryptographic
  186.    techniques, keys come in pairs.  One key of the pair is private and
  187.    must be kept secret by one party, the other is public and can be
  188.    published to the world.  It is computationally infeasible to
  189.    determine the private key from the public key.  [ASYMMETRIC, CRYPTO*]
  190.  
  191.    The frequency and volume of the requirement for random quantities
  192.    differs greatly for different cryptographic systems.  Using RSA
  193.    [CRYPTO*], random quantities are required when the key pair is
  194.    generated, but thereafter any number of messages can be signed
  195.    without any further need for randomness.  The public key Digital
  196.    Signature Algorithm that has been proposed by the US National
  197.    Institute of Standards and Technology requires good random numbers
  198.    for each signature.  And encrypting with a one time pad, in principle
  199.    the strongest possible encryption technique, requires a volume of
  200.    randomness equal to all the messages to be processed.
  201.  
  202.    In all of these cases, an adversary may try to determine the "secret"
  203.    key by trial and error as long as the key is enough smaller than the
  204.    message that the actual key can be uniquely identified.  The
  205.    probability of an adversary succeeding at this must be made
  206.    acceptably low, depending on the particular application.  The size of
  207.    the space the adversary must search is related to the amount of key
  208.    "information" present in the information theoretic sense [SHANNON].
  209.    This depends on the number of different secret values possible and
  210.    the probability of each value as follows:
  211.  
  212.                       -----
  213.                        \
  214.         Bits-of-info =  \  - p   * log  ( p  )
  215.                         /     i       2    i
  216.                        /
  217.                       -----
  218.  
  219.    where i varies from 1 to the number of possible secret values and p
  220.    sub i is the probability of the value numbered i.  (Since p sub i is
  221.    less than one, the log will be negative so each term in the sum will
  222.    be non-negative.)
  223.  
  224.    If there are 2^n different values of equal probability, then n bits
  225.    of information are present and an adversary would, on the average,
  226.    have to try half of the values, or 2^(n-1) , before guessing the
  227.    secret quantity.  If the probability of different values is unequal,
  228.    then there is less information present and fewer guesses will, on
  229.  
  230.  
  231. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                          [Page 4]
  232.  
  233.  
  234. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  235.  
  236.  
  237.    average, be required by an adversary.  In particular, any values that
  238.    the adversary can know are impossible, or are of low probability, can
  239.    be ignored by an adversary, who will search through the more probable
  240.    values first.
  241.  
  242.    For example, consider a cryptographic system that uses 56 bit keys.
  243.    If these 56 bit keys are derived by using a pseudo-random number
  244.    generator that is seeded with an 8 bit seed, then an attacker needs
  245.    to search through only 256 keys (by running the pseudo-random number
  246.    generator with every possible seed), not the 2^56 keys that may at
  247.    first appear to be the case. Only 8 bits of "information" are in
  248.    these 56 bit keys.
  249.  
  250.  
  251.  
  252. 3. Traditional Pseudo-Random Sequences
  253.  
  254.    Most traditional sources of random numbers use deterministic sources
  255.    of "pseudo-random numbers" .  These typically start with a "seed"
  256.    quantity and use numeric operations to produce a sequence of values.
  257.    A typical technique is modular arithmetic where the N+1th value is
  258.    calculated from the Nth value by
  259.  
  260.         V    = ( V  * a + b )(Mod c)
  261.          N+1      N
  262.  
  263.    The goodness of traditional pseudo-random number generator algorithm
  264.    is measured by statistical tests on this sequence.  Carefully chosen
  265.    values of a, b, and c in even the above simple iteration can produce
  266.    excellent statistics.  These numbers work well in simulations (Monte
  267.    Carlo experiments) as long as the sequence is orthogonal to the
  268.    structure of the space being explored.  However, such sequences are
  269.    bad for use in security applications.  They are fully predictable if
  270.    the initial state is known.  Depending on the form of the pseudo-
  271.    random number generator, the sequence may even be determinable from
  272.    observation of a short portion of the sequence.  For example, with
  273.    the generator above, one can determine V(n+1) given knowledge of
  274.    V(n).
  275.  
  276.    [KNUTH] has a good exposition on pseudo-random numbers.  Applications
  277.    he mentions are simulation of natural phenomena, sampling, numerical
  278.    analysis, testing computer programs, decision making, and games.
  279.    None of these have the same characteristics as the sort of security
  280.    uses we are talking about.  Only in the last two could there be an
  281.    adversary trying to find the random quantity.  However, in these
  282.    cases, the adversary normally has only a single chance to use a
  283.    guessed value.  In guessing passwords or attempting to break an
  284.    encryption scheme, the adversary normally has many, perhaps
  285.    unlimited, chances at guessing the correct value and should be
  286.    assumed to be aided by a computer.
  287.  
  288.  
  289. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                          [Page 5]
  290.  
  291.  
  292. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  293.  
  294.  
  295.    For testing the "randomness" of numbers, Knuth suggests a variety of
  296.    measures including statistical and spectral.  These tests check
  297.    things like autocorrelation between different parts of a "random"
  298.    sequence or distribution of its values.  They could be met by a
  299.    constant stored random sequence, such as the "random" sequence
  300.    printed in the CRC Standard Mathematical Tables [CRC].
  301.  
  302.  
  303.  
  304. 4. Unpredictability
  305.  
  306.    Randomness in the traditional sense described in the previous section
  307.    is NOT the same as the unpredictability required for security use.
  308.  
  309.    For example, use of a widely available constant sequence, such as
  310.    that from the CRC tables, is very weak against an adversary. Once
  311.    they learn of or guess it, they can easily break all security, future
  312.    and past, based on the sequence. [CRC]
  313.  
  314.  
  315.  
  316. 4.1 Problems with Clocks and Serial Numbers
  317.  
  318.    Computer clocks, or similar operating system or hardware values, may
  319.    provide significantly fewer real bits of unpredictability than might
  320.    appear from their specifications.
  321.  
  322.    Tests have been done on clocks on numerous systems and it was found
  323.    that their behavior can vary widely and in unexpected ways.  One
  324.    version of an operating system running on one set of hardware may
  325.    actually provide, say, microsecond resolution in a clock while a
  326.    different configuration of the "same" system may always provide the
  327.    same lower bits and only count in the upper bits at much lower
  328.    resolution.  This means that successive reads on the clock may
  329.    produce identical values even if enough time has passed that the
  330.    value "should" change based on the nominal clock resolution. There
  331.    are also cases where frequently reading a clock can produce
  332.    artificial sequential values because of extra code that checks for
  333.    the clock being unchanged between two reads and increases it by one!
  334.    Designing portable application code to generate unpredictable numbers
  335.    based on system clocks is particularly challenging because the system
  336.    designer does not always know the properties of the system clocks
  337.    that the code will execute on.
  338.  
  339.    Use of a hardware serial number such as an ethernet address may also
  340.    provide fewer bits of uniqueness than one would guess.  Such
  341.    quantities are usually heavily structured and subfields may have only
  342.    a limited range of possible values or values easily guessable based
  343.    on approximate date of manufacture or other data.  For example, it is
  344.    likely that most of the ethernet cards installed on Digital Equipment
  345.  
  346.  
  347. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                          [Page 6]
  348.  
  349.  
  350. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  351.  
  352.  
  353.    Corporation (DEC) hardware within DEC were manufactured by DEC
  354.    itself, which significantly limits the range of possible serial
  355.    numbers.
  356.  
  357.    Problems such as those described above related to clocks and serial
  358.    numbers make code to produce unpredictable quantities difficult if
  359.    the code is to be ported across a variety of computer platforms and
  360.    systems.
  361.  
  362.  
  363.  
  364. 4.2 Timing External Events
  365.  
  366.    It is possible to measure the timing of mouse movement, key strokes,
  367.    and the like.  This a reasonable source of unguessable data with two
  368.    exceptions.  On some machines, inputs such as key strokes are
  369.    buffered.  Even though the user's inter-keystroke timing may have
  370.    sufficient variation and unpredictability, there might not be an easy
  371.    way to access that variation.  The other problem is that no standard
  372.    method exists to sample timing details.  This makes it very hard to
  373.    build standard software intended for distribution to a large range of
  374.    machines based on this technique.
  375.  
  376.  
  377.  
  378. 4.3 The Fallacy of Complex Manipulation
  379.  
  380.    One strategy which may give a misleading appearance of strength is to
  381.    take a very complex algorithm (or an excellent traditional pseudo-
  382.    random number generator with good statistical properties) and
  383.    calculate a cryptographic key by starting with the current value of a
  384.    computer system clock as the seed.  An adversary who knew roughly
  385.    when the generator was started would have a relatively small number
  386.    of seed values to test as they would know likely values of the system
  387.    clock.  Large numbers of pseudo-random bits could be generated but
  388.    the search space an adversary would need to check could be quite
  389.    small.
  390.  
  391.    Thus very strong and/or complex manipulation of data will not help if
  392.    the adversary can learn what the manipulation is and there is not
  393.    enough unpredictability in the starting value.
  394.  
  395.  
  396.  
  397. 4.4 The Fallacy of Selection from a Large Database
  398.  
  399.    Another strategy that can give a misleading appearance of strength is
  400.    selection of a quantity randomly from a database and the assumption
  401.    that its strength is related to the total number of bits in the
  402.    database.  For example, typical NNTP servers as of this date process
  403.  
  404.  
  405. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                          [Page 7]
  406.  
  407.  
  408. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  409.  
  410.  
  411.    over 30 megabytes of information per day.  Assume a random quantity
  412.    was selected by fetching 32 bytes of data from a random starting
  413.    point in this data.  This does not yield 32*8 = 256 bits worth of
  414.    unguessability.  Even after allowing that much of the data is human
  415.    language and probably has more like 3 bits of information per byte,
  416.    it doesn't yield 32*3 = 96 bits of unguessability.  For an adversary
  417.    with access to the same 30 megabytes the unguessability rests only on
  418.    the starting point of the selection.  That is, at best, about 25 bits
  419.    of unguessability in this case.
  420.  
  421.    The same argument applies to selecting sequences from the data on a
  422.    CD ROM or Audio CD recording or any other large public database.  If
  423.    the adversary has access to the same database, this "selection from a
  424.    large volume of data" step buys very little.  However, if a selection
  425.    can be made from data to which the adversary has no access, such as
  426.    active system buffers on an active multi-user system, it may be of
  427.    some help.
  428.  
  429.  
  430.  
  431. 5. Hardware for Randomness
  432.  
  433.    Is there any hope for strong portable randomness in the future?
  434.    There might be.  All that's needed is a physical source of
  435.    unpredictable numbers.  A thermal noise or radioactive decay source
  436.    and a fast, free-running oscillator would do the trick.  This is a
  437.    trivial amount of hardware, and could easily be included as a
  438.    standard part of a computer system's architecture.  All that's needed
  439.    is the common perception among computer vendors that this small
  440.    addition is necessary and useful.
  441.  
  442.  
  443.  
  444. 5.1 Volume Required
  445.  
  446.    How much unpredictability is needed?  Is it possible to quantify the
  447.    requirement in, say, number of random bits per second?
  448.  
  449.    The answer is not very much is needed.  For DES, the key is 56 bits
  450.    and, as we show in an example below, even the highest security system
  451.    is unlikely to require a keying material of over 200 bits.  Even if a
  452.    series of keys are needed, they can be generated from a strong random
  453.    seed using a cryptographically strong sequence as explained in
  454.    Section 6.3.  A couple of hundred random bits generated once a day
  455.    may well be enough using such techniques.  Even if the random bits
  456.    are generated as slowly as one per second, it should be tolerable in
  457.    high security applications to wait 200 seconds occasionally.
  458.  
  459.    These numbers are trivial to achieve.  It could be done by a person
  460.    repeatedly tossing a coin.  Almost any hardware process is likely to
  461.  
  462.  
  463. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                          [Page 8]
  464.  
  465.  
  466. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  467.  
  468.  
  469.    be much faster.
  470.  
  471.  
  472.  
  473. 5.2 Sensitivity to Skew
  474.  
  475.    Is there any specific requirement on the shape of the distribution of
  476.    the random numbers?  The good news is the distribution need not be
  477.    uniform.  All that is needed is a conservative estimate of how non-
  478.    uniform it is to bound performance.  Two simple techniques to de-skew
  479.    the bit stream are given below and stronger techniques are mentioned
  480.    in Section 6.1.2 below.
  481.  
  482.  
  483.  
  484. 5.2.1 Using Stream Parity to De-Skew
  485.  
  486.    Consider taking a sufficiently long string of bits and map the string
  487.    to "zero" or "one".  The mapping will not yield a perfectly uniform
  488.    distribution, but it can be as close as desired.  One mapping that
  489.    serves the purpose is to take the parity of the string.  This has the
  490.    advantages that it is robust across all degrees of skew up to the
  491.    estimated maximum skew and is absolutely trivial to implement in
  492.    hardware.
  493.  
  494.    The following analysis gives the number of bits that must be sampled:
  495.  
  496.    Suppose the ratio of ones to zeros is 0.5 + e : 0.5 - e, where e is
  497.    between 0 and 0.5 and is a measure of the "eccentricity" of the
  498.    distribution.  Consider the distribution of the parity function of N
  499.    bit samples.  The probabilities that the parity will be one or zero
  500.    will be the sum of the odd or even terms in the binomial expansion of
  501.    (p + q)^N, where p = 0.5 + e, the probability of a one, and q = 0.5 -
  502.    e, the probability of a zero.
  503.  
  504.    These sums can be computed easily as
  505.  
  506.         1/2 * [(p + q)^N + (p - q)^N]
  507.    and
  508.         1/2 * [(p + q)^N - (p - q)^N].
  509.  
  510.    (Which one corresponds to the probability the parity will be 1
  511.    depends on whether N is odd or even.)
  512.  
  513.    Since p + q = 1 and p - q = 2e, these expressions reduce to
  514.  
  515.         1/2 * [1 + (2e)^N]
  516.    and
  517.         1/2 * [1 - (2e)^N].
  518.  
  519.  
  520.  
  521. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                          [Page 9]
  522.  
  523.  
  524. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  525.  
  526.  
  527.    Neither of these will ever be exactly 0.5 unless e is zero, but we
  528.    can bring them arbitrarily close to 0.5.  If we want the
  529.    probabilities to be within some delta d of 0.5, i.e. then
  530.  
  531.         0.5 + 0.5 * (2e)^N < 0.5 + d.
  532.  
  533.    Solving for N yields N > log(2d)/log(2e).  (Note that 2e is less than
  534.    1, so its log is negative.  Division by a negative number reverses
  535.    the sense of an inequality.)
  536.  
  537.    The following table gives the length of the string which must be
  538.    sampled for various degrees of skew in order to come within 0.001 of
  539.    a 50/50 distribution.
  540.  
  541.                        +---------+--------+-------+
  542.                        | Prob(1) |    e   |    N  |
  543.                        +---------+--------+-------+
  544.                        |   0.5   |  0.00  |    1  |
  545.                        |   0.6   |  0.10  |    4  |
  546.                        |   0.7   |  0.20  |    7  |
  547.                        |   0.8   |  0.30  |   13  |
  548.                        |   0.9   |  0.40  |   28  |
  549.                        |   0.95  |  0.45  |   59  |
  550.                        |   0.99  |  0.49  |  308  |
  551.                        +---------+--------+-------+
  552.  
  553.    The last entry shows that even if the distribution is skewed 99% in
  554.    favor of ones, the parity of a string of 308 samples will be within
  555.    0.001 of a 50/50 distribution.
  556.  
  557.  
  558.  
  559. 5.2.2 Using Transition Mappings to De-Skew
  560.  
  561.    Another possible technique is to examine a bit stream as a sequence
  562.    of non-overlapping pairs. You could then discard any 00 or 11 pairs
  563.    found, interpret 01 as a 0 and 10 as a 1.  Assume the probability of
  564.    a 1 is 0.5+e and the probability of a 0 is 0.5-e where e is the
  565.    eccentricity of the source and described in the previous section.
  566.    Then the probability of each pair is as follows:
  567.  
  568.             +------+-----------------------------------------+
  569.             | pair |            probability                  |
  570.             +------+-----------------------------------------+
  571.             |  00  | (0.5 - e)^2          =  0.25 - e + e^2  |
  572.             |  01  | (0.5 - e)*(0.5 + e)  =  0.25     - e^2  |
  573.             |  10  | (0.5 + e)*(0.5 - e)  =  0.25     - e^2  |
  574.             |  11  | (0.5 + e)^2          =  0.25 + e + e^2  |
  575.             +------+-----------------------------------------+
  576.  
  577.  
  578.  
  579. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                         [Page 10]
  580.  
  581.  
  582. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  583.  
  584.  
  585.    This technique will completely eliminate any bias but at the expense
  586.    of taking an indeterminate number of input bits for any particular
  587.    desired number of output bits.  The probability of any particular
  588.    pair being discarded is 0.5 + 2e^2 so the expected number of input
  589.    bits to produce X output bits is X/(0.25 - e^2).
  590.  
  591.    This technique assume that the bits are from a stream where each bit
  592.    has the same probability of being a 0 or 1 as any other bit in the
  593.    stream and that bits are not correlated, i.e., that the bits are
  594.    identical independent distributions.  If alternate bits were from two
  595.    different sources, for example, the above analysis breaks down.
  596.  
  597.    The above technique provides another illustration of how a simple
  598.    statistical analysis can mislead if one is not always on the lookout
  599.    for patterns that could be exploited by an adversary.  If the
  600.    algorithm were mis-read slightly so that overlapping successive bits
  601.    pairs were used instead of non-overlapping pairs, the statistical
  602.    analysis given is the same; however, instead of provided an unbiased
  603.    uncorrelated series of random 1's and 0's, it would instead produce a
  604.    totally predictable sequence of exactly alternating 1's and 0's.
  605.  
  606.  
  607.  
  608. 6. Recommended Non-Hardware Strategy
  609.  
  610.    What is the best overall strategy for meeting the requirement for
  611.    unguessable random numbers in the absence of a reliable hardware
  612.    source?  It is to obtain random input from a large number of
  613.    uncorrelated sources and to mix them with a strong mixing function.
  614.    Such a function will preserve the randomness present in any of the
  615.    sources even if other quantities being combined are fixed or easily
  616.    guessable.  This may be advisable even with a good hardware source as
  617.    hardware can also fail, though this should be weighed against any
  618.    increase in the chance of overall failure due to added software
  619.    complexity.
  620.  
  621.  
  622.  
  623. 6.1 Mixing Functions
  624.  
  625.    A strong mixing function is one which combines two or more inputs and
  626.    produces an output where each output bit is a complex non-linear
  627.    function of all the input bits.  On average, changing any input bit
  628.    will change about half the output bits.  But because the relationship
  629.    is complex and non-linear, no particular output bit is guaranteed to
  630.    change when any particular input bit is changed.
  631.  
  632.    Note that the problem of converting a stream of bits that is skewed
  633.    towards 0 or 1 to a shorter stream which is more random, as discussed
  634.    in Section 5.2 above, is simply another case where a strong mixing
  635.  
  636.  
  637. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                         [Page 11]
  638.  
  639.  
  640. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  641.  
  642.  
  643.    function is desired.  The technique given in Section 5.2.1 of using
  644.    the parity of a number of bits is simply the result of successively
  645.    xor'ing them which is examined as a trivial example immediately
  646.    below.  Use of stronger mixing functions to extract more of the
  647.    randomness in a stream of skewed bits is mentioned in 6.1.2 below.
  648.  
  649.  
  650.  
  651. 6.1.1 A Trivial Mixing Function
  652.  
  653.    A trivial example for single bit inputs is the exclusive or (xor)
  654.    function, which is equivalent to addition without carry, as show in
  655.    the table below.  This is a degenerate case in which the one output
  656.    bit always changes for a change in either input bit but it will still
  657.    provide a useful illustration.
  658.  
  659.                    +-----------+-----------+----------+
  660.                    |  input 1  |  input 2  |  output  |
  661.                    +-----------+-----------+----------+
  662.                    |     0     |     0     |     0    |
  663.                    |     0     |     1     |     1    |
  664.                    |     1     |     0     |     1    |
  665.                    |     1     |     1     |     0    |
  666.                    +-----------+-----------+----------+
  667.  
  668.    If inputs 1 and 2 are uncorrelated and combined in this fashion then
  669.    the output will be an even better (less skewed) random bit than the
  670.    inputs.  If we assume an "eccentricity" e as defined in section 5.2
  671.    above, then the output eccentricity relates to the input eccentricity
  672.    as follows:
  673.  
  674.         e       = 2 * e        * e
  675.          output        input 1    input 2
  676.  
  677.    Since e is never greater than 1/2, the eccentricity is always
  678.    improved except in the case where one input is a totally skewed
  679.    constant.  This is illustrated in the following table where the top
  680.    and left side values are the two input eccentricities and the entries
  681.    are the output eccentricity:
  682.  
  683.      +--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
  684.      |    e   |  0.00  |  0.10  |  0.20  |  0.30  |  0.40  |  0.50  |
  685.      +--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
  686.      |  0.00  |  0.00  |  0.00  |  0.00  |  0.00  |  0.00  |  0.00  |
  687.      |  0.10  |  0.00  |  0.02  |  0.04  |  0.06  |  0.08  |  0.10  |
  688.      |  0.20  |  0.00  |  0.04  |  0.08  |  0.12  |  0.16  |  0.20  |
  689.      |  0.30  |  0.00  |  0.06  |  0.12  |  0.18  |  0.24  |  0.30  |
  690.      |  0.40  |  0.00  |  0.08  |  0.16  |  0.24  |  0.32  |  0.40  |
  691.      |  0.50  |  0.00  |  0.10  |  0.20  |  0.30  |  0.40  |  0.50  |
  692.      +--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
  693.  
  694.  
  695. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                         [Page 12]
  696.  
  697.  
  698. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  699.  
  700.  
  701.    However, keep in mind that the above calculations assume that the
  702.    inputs are not correlated.  If the inputs were, say, the parity of
  703.    the number of minutes from midnight on two clocks accurate to a few
  704.    seconds, then each might appear random if sampled at random intervals
  705.    much longer than a minute.  Yet if they were both sampled and
  706.    combined with xor, the result would normally be a constant zero.
  707.  
  708.  
  709.  
  710. 6.1.2 Stronger Mixing Functions
  711.  
  712.    The US Government Data Encryption Standard [DES] is a good example of
  713.    a strong mixing function for multiple bit quantities.  It takes up to
  714.    120 bits of input (64 bits of "data" and 56 bits of "key") and
  715.    produces 64 bits of output each of which is dependent on a complex
  716.    function of all input bits.  Another good family of mixing functions
  717.    are the "message digest" or hashing functions such as MD2, MD4, or
  718.    MD5 that take an arbitrary amount of input and produce an output,
  719.    frequently 128 bits, mixing all the input bits. [MD2, MD4, MD5]
  720.  
  721.    Although message digest functions like MD5 are designed for variable
  722.    amounts of input, DES can also be used to combine any number of
  723.    inputs.  If 64 bits of output is adequate, the inputs can be packed
  724.    into a 64 bit data quantity and successive 56 bit keys, padding with
  725.    zeros if needed, which are then used to successively encrypt using
  726.    DES in Electronic Codebook Mode [DES MODES].  If more than 64 bits of
  727.    output are needed, use more complex mixing.  For example, if inputs
  728.    are packed into three quantities, A, B, and C, use DES to encrypt A
  729.    with B as a key and then with C as a key to produce the 1st part of
  730.    the output, then encrypt B with C and then A for more output and, if
  731.    necessary, encrypt C with A and then B for yet more output.  Still
  732.    more output can be produced by reversing the order of the keys given
  733.    above to stretch things, but keep in mind that it is impossible to
  734.    get more bits of "randomness" out than are put in.
  735.  
  736.    An example of using a strong mixing function would be to reconsider
  737.    the case of a string of 308 bits each of which is biased 99% towards
  738.    zero.  The parity technique given in Section 5.2.1 above reduced this
  739.    to one bit with only a 1/1000 deviance from being equally likely a
  740.    zero or one.  But, applying the equation for information given in
  741.    Section 2, this 308 bit sequence has 5 bits of information in it.
  742.    Thus hashing it with MD5 and taking the bottom 5 bits of the result
  743.    would yield 5 unbiased random bits as opposed to the single bit given
  744.    by calculating the parity of the string.
  745.  
  746.    Other strong encryption functions besides DES and the MD* family
  747.    should serve well as mixing functions.  This is an advantage of
  748.    Diffie-Hellman exponential key exchange.  Diffie-Hellman yields a
  749.    shared secret between two parties that is a mixture of initial random
  750.    quantities generated by each of them [D-H].
  751.  
  752.  
  753. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                         [Page 13]
  754.  
  755.  
  756. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  757.  
  758.  
  759. 6.1.3 Using a Mixing Function to Stretch Random Bits
  760.  
  761.    While it is not necessary for a mixing function to produce the same
  762.    or fewer bits than its inputs, mixing bits cannot "stretch" the
  763.    amount of random unpredictability present in the inputs.  Thus four
  764.    inputs of 32 bits each where there is 12 bits worth of
  765.    unpredicatability (such as 4,096 equally probable values) in each
  766.    input cannot produce more than 48 bits worth of unpredictable output.
  767.    The output can be expanded to hundreds or thousands of bits by, for
  768.    example, mixing with successive integers, but the clever adversary's
  769.    search space is still 2^48 possibilities.  Furthermore, mixing to
  770.    fewer bits than are input will tend to strengthen the randomness of
  771.    the output the way using xor to produce one bit from two did above.
  772.  
  773.    The last table in Section 6.1.1 shows that mixing a random bit with a
  774.    constant bit with xor will produce a random bit.  While this is true,
  775.    it does not provide a way to "stretch" one random bit into more than
  776.    one.  If, for example, a random bit is mixed with a 0 and then with a
  777.    1, this produces a two bit sequence but it will always be either 01
  778.    or 10.  Since there are only two possible values, there is still only
  779.    the one bit of original randomness.
  780.  
  781.  
  782.  
  783. 6.1.4 Other Factors in Choosing a Mixing Function
  784.  
  785.    For local use, DES has the advantages that it has been widely tested
  786.    for flaws, is widely documented, and is widely implemented with
  787.    hardware and software implementations available all over the world
  788.    including source code available by anonymous FTP.  The MD* family are
  789.    younger algorithms which has been less tested but there is no
  790.    particular reason to believe they are flawed.  They also have source
  791.    code available by anonymous FTP [MD2, MD4, MD5].  DES, MD4, and MD5
  792.    are royalty free for all purposes but MD2 has been freely licensed
  793.    only for non-profit use in connection with Privacy Enhanced Mail.
  794.    (Some people believe that, as with Goldilocks and the Three Bears,
  795.    MD2 is strong but too slow, MD4 is fast but too weak, and MD5 is just
  796.    right.)
  797.  
  798.    Another advantage of the MD* or similar hashing algorithms is that
  799.    they are not subject to the regulations imposed by the US Government
  800.    prohibiting the export or import of encryption/decryption software
  801.    (or hardware).  The same should be true of DES rigged to produce an
  802.    irreversible hash code but most DES packages are oriented to
  803.    reversible encryption.
  804.  
  805.  
  806.  
  807.  
  808.  
  809.  
  810.  
  811. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                         [Page 14]
  812.  
  813.  
  814. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  815.  
  816.  
  817. 6.2 Non-Hardware Sources of Randomness
  818.  
  819.    The best source of input for mixing would be a hardware random number
  820.    generator based on some fundamentally random physical process such as
  821.    thermal emission or radioactive decay.  However, if that is not
  822.    available, other possibilities include system clocks, system or
  823.    input/output buffers, user/system/hardware/network serial numbers
  824.    and/or addresses, user input, and timings of input/output operations.
  825.    Any of these sources can produce limited or predicatable values under
  826.    some circumstances.
  827.  
  828.    Most of the sources listed above would be quite strong on multi-user
  829.    system where, in essence, each user of the system is a source of
  830.    randomness.  However, on a small single user system, such as a
  831.    typical IBM PC or Apple Macintosh, it might be possible for an
  832.    adversary to assemble a similar configuration.  This could give the
  833.    adversary inputs to the mixing process that were sufficiently
  834.    correlated to those used originally as to make exhaustive search
  835.    practical.
  836.  
  837.    The use of multiple random inputs with a strong mixing function is
  838.    recommended and can overcome weakness in any particular input.  This
  839.    strategy may make practical portable code to produce good random
  840.    numbers for security even when some of the inputs are very weak on
  841.    some of the target systems.  However, even this may fail against a
  842.    high grade attack on small single user systems if a hardware random
  843.    source is not available.
  844.  
  845.  
  846.  
  847. 6.3 Cryptographically Strong Sequences
  848.  
  849.    In cases where a series of random quantities must be generated, an
  850.    adversary may learn some values in the sequence.  In general, they
  851.    should not be able to predict other values from the ones that they
  852.    know.  The correct technique is to start with a strong random seed
  853.    and take cryptographically strong steps from that seed [CRYPTO2].  If
  854.    each value in the sequence can be calculated in a fixed way from the
  855.    previous value, then when any value is compromised, all future values
  856.    can be determined.  This would be the case, for example, if each
  857.    value were a constant function of the previous values, even if the
  858.    function were a very strong, non-invertible message digest function.
  859.  
  860.    The best way to achieve a strong sequence is to have the values be
  861.    produced by successive multiple "encryption" of a random seed under a
  862.    random key or by hashing the quantities produced by concatenating the
  863.    seed with successive integers or the like.  To predict values of a
  864.    sequence from others when the sequence was generated by these
  865.    techniques is equivalent to breaking the cryptosystem or inverting
  866.    the "non-invertible" hashing involved.
  867.  
  868.  
  869. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                         [Page 15]
  870.  
  871.  
  872. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  873.  
  874.  
  875. 7. US DoD Recommendations for Password Generation
  876.  
  877.    The United States Department of Defense has specific recommendations
  878.    for password generation [DoD]. They suggest using the US Data
  879.    Encryption Standard [DES] in Output Feedback Mode [DES MODES] as
  880.    follows:
  881.  
  882.    use an initialization vector determined from
  883.         the system clock,
  884.         system ID,
  885.         user ID, and
  886.         date and time;
  887.    use a key determined from
  888.         system interrupt registers,
  889.         system status registers, and
  890.         system counters; and,
  891.    as plain text, use an external randomly generated 64 bit quantity
  892.    such as 8 characters typed in by a system administrator.
  893.  
  894.    The password can then be calculated from the 64 bit "cipher text"
  895.    generated in 64-bit Output Feedback Mode.  As many bits as are needed
  896.    can be taken from these 64 bits and expanded into a pronounceable
  897.    word, phrase, or other format.
  898.  
  899.  
  900.  
  901. 8. Examples of Randomness Required
  902.  
  903.    Below are two examples showing rough calculations of needed
  904.    randomness for security.
  905.  
  906.  
  907.  
  908. 8.1 A Low Security Password
  909.  
  910.    Assume that user passwords change once a year and a probability of
  911.    less than one in a thousand that an adversary could guess the
  912.    password for a particular account is desired.  The key question is
  913.    how often they can try possibilities.  Assume that delays have been
  914.    introduced into a system so that, at most, an adversary can make one
  915.    password try every six seconds.  That's 600 per hour or about 15,000
  916.    per day or about 5,000,000 tries in a year.  Assuming any sort of
  917.    monitoring, it is unlikely someone could actually try continuously
  918.    for a year.  In fact, even if log files are only checked monthly,
  919.    500,000 tries is more plausible before the attack is noticed and
  920.    steps taken to change passwords and make it harder to try more
  921.    passwords.  (All this assumes that sending a password to the system
  922.    is the only way to try a password.)
  923.  
  924.    To have a one in a thousand chance of guessing the password in
  925.  
  926.  
  927. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                         [Page 16]
  928.  
  929.  
  930. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  931.  
  932.  
  933.    500,000 tries implies a universe of at least 500,000,000 passwords or
  934.    about 2^29.  Thus 29 bits of randomness are needed. This can probably
  935.    be achieved using the US DoD recommended inputs for password
  936.    generation as it has 8 inputs which probably average over 5 bits of
  937.    randomness each.  Using a list of 1000 words, the password could be
  938.    expressed as a three word phrase (1,000,000,000 possibilities) or,
  939.    using case insensitive letters and digits, six would suffice
  940.    ((26+10)^6 = 2,176,782,336 possibilities).
  941.  
  942.    For a higher security password, the number of bits required goes up.
  943.    To decrease the probability by 1,000 requires increasing the universe
  944.    of passwords by the same factor which adds about 12 bits.  Thus to
  945.    have only a one in a million chance of a password being guessed under
  946.    the above scenario would require 31 bits of randomness and a password
  947.    that was a four word phrase from a 1000 word list or eight
  948.    letters/digits.  To go to a one in 10^9 chance, 43 bits of randomness
  949.    are needed implying a five word phrase or ten letter/digit password.
  950.  
  951.  
  952.  
  953. 8.2 A Very High Security Cryptographic Key
  954.  
  955.    Assume that a very high security key is needed for symmetric
  956.    encryption/decryption between two parties.  Assume an adversary can
  957.    observe communications and knows the algorithm being used.  Within
  958.    the field of random possibilities, the adversary can exhaustively try
  959.    key values.
  960.  
  961.    How much effort will it take to try each key?  For very high security
  962.    applications it is best to assume a low value of effort.  Even if it
  963.    would clearly take tens of thousands of computer cycles or more to
  964.    try a single key, there may be some pattern that enables huge blocks
  965.    of key values to be tested with much less effort per key.  Thus it is
  966.    probably best to assume no more than a hundred cycles per key.
  967.    (There is no clear lower bound on this as computers operate in
  968.    parallel on a number of bits and a poor encryption algorithm could
  969.    allow many keys or even groups of keys to be tested in parallel.
  970.    However, we need to assume some value and can hope that a reasonably
  971.    strong algorithm has been chosen for our hypothetical high security
  972.    task.)
  973.  
  974.    If the adversary can command a highly parallel processor or a large
  975.    network of work stations, 10^10 cycles per second is probably a
  976.    minimum assumption for availability today.  Looking forward just a
  977.    few years, there should be at least an order of magnitude
  978.    improvement.  Thus assuming 10^9 keys could be checked per second or
  979.    3.6*10^11 per hour or 6*10^13 per week or 2.4*10^14 per month is
  980.    reasonable.  This implies a need for a minimum of 48 bits of
  981.    randomness in keys to be sure they cannot be found in a week.  Even
  982.    then it is possible that, a few years from now, a highly determined
  983.  
  984.  
  985. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                         [Page 17]
  986.  
  987.  
  988. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  989.  
  990.  
  991.    and resourceful adversary could break the key in 2 weeks (on average
  992.    they need try only half the keys).
  993.  
  994.    Assuming a known plain text attack, where the adversary can force
  995.    some known plain text to be encrypted or knows some standard part of
  996.    messages, the structure of the encryption algorithm may allow a "meet
  997.    in the middle" attack.  An oversimplified explanation of this type of
  998.    attack is as follows: the adversary can half-encrypt the know plain
  999.    text with all possible first half-keys, sort these, then half-decrypt
  1000.    the encoded text with all the second half-keys.  If a match is found,
  1001.    the full key can be assembled from the halves and used to decrypt
  1002.    other parts of the message or other messages.
  1003.  
  1004.    At its best, this type of attack can halve the exponent of the work
  1005.    required by the adversary requiring a doubling of the amount of
  1006.    randomness in the key to a minimum of 96 bits.  This assumes that the
  1007.    cryptographic algorithm can be decomposed in this way but we can not
  1008.    rule that out without a deep knowledge of the algorithm.  Enormous
  1009.    resources may be required for this sort of attack but they are
  1010.    probably within the range of the national security services of a
  1011.    major nation.  Almost all nations spy on other nations government
  1012.    traffic and Some nations are known to spy on commercial traffic and
  1013.    give the information to their domestic companies to assist them
  1014.    against foreign competition.
  1015.  
  1016.    Since we have not even considered the possibilities of special
  1017.    purpose code breaking hardware or just how much of a safety margin we
  1018.    want beyond our assumptions above, probably a good minimum for a very
  1019.    high security cryptographic key is 128 bits of randomness which
  1020.    implies a minimum key length of 128 bits.  If the two parties agree
  1021.    on a key by Diffie-Hellman exchange [D-H], then in principle only
  1022.    half of this randomness would have to be supplied by each party.
  1023.    However, there is probably some correlation between their random
  1024.    inputs so it is probably best to assume that each party needs to
  1025.    provide at least 96 bits worth of randomness for very high security.
  1026.  
  1027.    This amount of randomness is probably beyond the limit of that in the
  1028.    inputs recommended by the US DoD for password generation and could
  1029.    require user typing timing, hardware random number generation, or
  1030.    other sources.
  1031.  
  1032.    It should be noted that key length calculations such at those above
  1033.    are controversial and depend on various assumptions about the
  1034.    cryptographic algorithms in use.  In some cases, a professional with
  1035.    a deep knowledge of code breaking techniques and of the strength of
  1036.    the algorithm in use could be satisfied with less than half of the
  1037.    key size derived above.
  1038.  
  1039.  
  1040.  
  1041.  
  1042.  
  1043. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                         [Page 18]
  1044.  
  1045.  
  1046. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  1047.  
  1048.  
  1049. 9. Security Considerations
  1050.  
  1051.    The entirety of this draft concerns techniques and recommendations
  1052.    for generating "random" quantities for use as passwords,
  1053.    cryptographic keys, and similar security uses.
  1054.  
  1055.  
  1056.  
  1057.  
  1058.  
  1059.  
  1060.  
  1061.  
  1062.  
  1063.  
  1064.  
  1065.  
  1066.  
  1067.  
  1068.  
  1069.  
  1070.  
  1071.  
  1072.  
  1073.  
  1074.  
  1075.  
  1076.  
  1077.  
  1078.  
  1079.  
  1080.  
  1081.  
  1082.  
  1083.  
  1084.  
  1085.  
  1086.  
  1087.  
  1088.  
  1089.  
  1090.  
  1091.  
  1092.  
  1093.  
  1094.  
  1095.  
  1096.  
  1097.  
  1098.  
  1099.  
  1100.  
  1101. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                         [Page 19]
  1102.  
  1103.  
  1104. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  1105.  
  1106.  
  1107. References
  1108.  
  1109.    [ASYMMETRIC] - Secure Communications and Asymmetric Cryptosystems,
  1110.    edited by Gustavus J. Simmons, AAAS Selected Symposium 69, Westview
  1111.    Press, Inc.
  1112.  
  1113.    [CRC] - C.R.C. Standard Mathematical Tables, Chemical Rubber
  1114.    Publishing Company.
  1115.  
  1116.    [CRYPTO1] - Cryptography:  A Primer, by Alan G. Konheim, A Wiley-
  1117.    Interscience Publication, John Wiley & Sons, 1981, Alan G. Konheim.
  1118.  
  1119.    [CRYPTO2] - Cryptography:  A New Dimension in Computer Data Security,
  1120.    A Wiley-Interscience Publication, John Wiley & Sons, 1982, Carl H.
  1121.    Meyer & Stephen M. Matyas.
  1122.  
  1123.    [DES] -  Data Encryption Standard, United States of America,
  1124.    Department of Commerce, National Institute of Standards and
  1125.    Technology, Federal Information Processing Standard (FIPS) 46-1.
  1126.    - Data Encryption Algorithm, American National Standards Institute,
  1127.    ANSI X3.92-1981.
  1128.    (See also FIPS 112, Password Usage, which includes FORTRAN code for
  1129.    performing DES.)
  1130.  
  1131.    [DES MODES] - DES Modes of Operation, United States of America,
  1132.    Department of Commerce, National Institute of Standards and
  1133.    Technology, Federal Information Processing Standard (FIPS) 81.
  1134.    - Data Encryption Algorithm - Modes of Operation, American National
  1135.    Standards Institute, ANSI X3.106-1983.
  1136.  
  1137.    [D-H] - New Directions in Cryptography, IEEE Transactions on
  1138.    Information Technology, November, 1976, Whitfield Diffie and Martin
  1139.    E. Hellman.
  1140.  
  1141.    [DoD] - Password Management Guideline, United States of America,
  1142.    Department of Defense, Computer Security Center, CSC-STD-002-85.
  1143.    (See also FIPS 112, Password Usage, which incorporates CSC-S002-85 as
  1144.    one of its appendicies.)
  1145.  
  1146.    [KNUTH] - The Art of Computer Programming, Volume 2: Seminumerical
  1147.    Algorithms, Chapter 3: Random Numbers. Addison Wesley Publishing
  1148.    Company, 1971, Donald E. Knuth.
  1149.  
  1150.    [MD2] - The MD2 Message-Digest Algorithm, RFC1319, April 1992, B.
  1151.    Kaliski
  1152.    [MD4] - The MD4 Message-Digest Algorithm, RFC1320, April 1992, R.
  1153.    Rivest
  1154.    [MD5] - The MD5 Message-Digest Algorithm, RFC1321, April 1992, R.
  1155.    Rivest
  1156.  
  1157.  
  1158.  
  1159. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                         [Page 20]
  1160.  
  1161.  
  1162. INTERNET-DRAFT                      Randomness Requirements for Security
  1163.  
  1164.  
  1165.    [SHANNON] - The Mathematical Theory of Communication, University of
  1166.    Illinois Press, 1963, Claude E. Shannon.  (originally from:  Bell
  1167.    System Technical Journal, July and October 1948)
  1168.  
  1169.  
  1170.  
  1171. Authors Addresses
  1172.  
  1173.    Donald E. Eastlake 3rd
  1174.    Digital Equipment Corporation
  1175.    30 Porter Road, MS: LJO2/I4
  1176.    Littleton, MA 01460
  1177.  
  1178.    Telephone:   +1 508 486 2358(w)  +1 617 244 2679(h)
  1179.    EMail:       dee@ranger.enet.dec.com
  1180.    NIC Handle:  [DEE]
  1181.  
  1182.  
  1183.    Stephen D. Crocker
  1184.    Trusted Information Systems, Inc.
  1185.    3060 Washington Road
  1186.    Glenwood, MD 21738
  1187.  
  1188.    Telephone:   +1 301 854 6889
  1189.    EMail:       crocker@tis.com
  1190.    NIC Handle:  [SDC1]
  1191.  
  1192.    Jeffrey I. Schiller
  1193.    Massachusetts Institute of Technology
  1194.    77 Massachusetts Avenue
  1195.    Cambridge, MA 02139
  1196.  
  1197.    Telephone:   +1 617 253 0161
  1198.    EMail:       jis@mit.edu
  1199.    NIC Handle:  [JIS]
  1200.  
  1201.  
  1202.  
  1203. Expiration
  1204.  
  1205.    This draft expires 24 September 1993.
  1206.  
  1207.  
  1208.  
  1209.  
  1210.  
  1211.  
  1212.  
  1213.  
  1214.  
  1215.  
  1216.  
  1217. D. Eastlake, S. Crocker, & J. Schiller                         [Page 21]
  1218.  
  1219.