home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Amiga Plus 1995 #2 / Amiga Plus CD - 1995 - No. 2.iso / internet / faq / englisch / cryptography < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1995-04-11  |  117.1 KB  |  2,467 lines

  1. Archive-name: cryptography-faq/part01
  2. Version: 1.0
  3. Last-modified: 94/01/11
  4.  
  5.  
  6. This is the first of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  7. mostly independent, but you should read this part before the rest. We
  8. don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  9. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  10.  
  11. Disclaimer: This document is the product of the Crypt Cabal, a secret
  12. society which serves the National Secu---uh, no. Seriously, we're the
  13. good guys, and we've done what we can to ensure the completeness and
  14. accuracy of this document, but in a field of military and commercial
  15. importance like cryptography you have to expect that some people and
  16. organizations consider their interests more important than open
  17. scientific discussion. Trust only what you can verify firsthand.
  18. And don't sue us.
  19.  
  20. Many people have contributed to this FAQ. In alphabetical order:
  21. Eric Bach, Steve Bellovin, Dan Bernstein, Nelson Bolyard, Carl Ellison,
  22. Jim Gillogly, Mike Gleason, Doug Gwyn, Luke O'Connor, Tony Patti,
  23. William Setzer. We apologize for any omissions.
  24.  
  25. If you have suggestions, comments, or criticism, please let the current
  26. editors know by sending e-mail to crypt-comments@math.ncsu.edu. Bear in
  27. mind that this is a work in progress; there are some questions which we
  28. should add but haven't gotten around to yet. In making comments on
  29. additions it is most helpful if you are as specific as possible and 
  30. ideally even provide the actual exact text.
  31.  
  32. Archives: sci.crypt has been archived since October 1991 on
  33. ripem.msu.edu, though these archives are available only to U.S. and
  34. Canadian users. Another site is rpub.cl.msu.edu in /pub/crypt/sci.crypt/ 
  35. from Jan 1992. Please contact crypt-comments@math.ncsu.edu if you know of
  36. other archives.
  37.  
  38. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  39. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  40. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, talk.politics.crypto, 
  41. sci.answers, and news.answers every 21 days.
  42.  
  43. The fields `Last-modified' and `Version' at the top of each part track
  44. revisions.
  45.  
  46.  
  47. Table of Contents
  48. -----------------
  49.  
  50. 1. Overview
  51.  
  52. 2. Net Etiquette
  53. 2.1. What groups are around? What's a FAQ? Who am I? Why am I here?
  54. 2.2. Do political discussions belong in sci.crypt?
  55. 2.3. How do I present a new encryption scheme in sci.crypt?
  56.  
  57. 3. Basic Cryptology
  58. 3.1. What is cryptology? Cryptography? Plaintext? Ciphertext? Encryption? Key?
  59. 3.2. What references can I start with to learn cryptology?
  60. 3.3. How does one go about cryptanalysis?
  61. 3.4. What is a brute-force search and what is its cryptographic relevance?
  62. 3.5. What are some properties satisfied by every strong cryptosystem?
  63. 3.6. If a cryptosystem is theoretically unbreakable, then is it
  64.   guaranteed analysis-proof in practice?
  65. 3.7. Why are many people still using cryptosystems that are
  66.   relatively easy to break?
  67. 3.8. What are the basic types of cryptanalytic `attacks'?
  68.  
  69. 4. Mathematical Cryptology
  70. 4.1. In mathematical terms, what is a private-key cryptosystem?
  71. 4.2. What is an attack?
  72. 4.3. What's the advantage of formulating all this mathematically?
  73. 4.4. Why is the one-time pad secure?
  74. 4.5. What's a ciphertext-only attack?
  75. 4.6. What's a known-plaintext attack?
  76. 4.7. What's a chosen-plaintext attack?
  77. 4.8. In mathematical terms, what can you say about brute-force attacks?
  78. 4.9. What's a key-guessing attack? What's entropy?
  79.  
  80. 5. Product Ciphers
  81. 5.1. What is a product cipher?
  82. 5.2. What makes a product cipher secure?
  83. 5.3. What are some group-theoretic properties of product ciphers?
  84. 5.4. What can be proven about the security of a product cipher?
  85. 5.5. How are block ciphers used to encrypt data longer than the block size?
  86. 5.6. Can symmetric block ciphers be used for message authentication?
  87. 5.7. What exactly is DES?
  88. 5.8. What is triple DES?
  89. 5.9. What is differential cryptanalysis?
  90. 5.10. How was NSA involved in the design of DES?
  91. 5.11. Is DES available in software?
  92. 5.12. Is DES available in hardware?
  93. 5.13. Can DES be used to protect classified information?
  94. 5.14. What are ECB, CBC, CFB, and OFB encryption?
  95.  
  96. 6. Public-Key Cryptography
  97. 6.1. What is public-key cryptography?
  98. 6.2. How does public-key cryptography solve cryptography's Catch-22?
  99. 6.3. What is the role of the `trapdoor function' in public key schemes?
  100. 6.4. What is the role of the `session key' in public key schemes?
  101. 6.5. What's RSA?
  102. 6.6. Is RSA secure?
  103. 6.7. What's the difference between the RSA and Diffie-Hellman schemes?
  104. 6.8. What is `authentication' and the `key distribution problem'?
  105. 6.9. How fast can people factor numbers?
  106. 6.10. What about other public-key cryptosystems?
  107. 6.11. What is the `RSA Factoring Challenge?'
  108.  
  109. 7. Digital Signatures
  110. 7.1. What is a one-way hash function?
  111. 7.2. What is the difference between public, private, secret, shared, etc.?
  112. 7.3. What are MD4 and MD5?
  113. 7.4. What is Snefru?
  114.  
  115. 8. Technical Miscellany
  116. 8.1. How do I recover from lost passwords in WordPerfect?
  117. 8.2. How do I break a Vigenere (repeated-key) cipher?
  118. 8.3. How do I send encrypted mail under UNIX? [PGP, RIPEM, PEM, ...]
  119. 8.4. Is the UNIX crypt command secure?
  120. 8.5. How do I use compression with encryption?
  121. 8.6. Is there an unbreakable cipher?
  122. 8.7. What does ``random'' mean in cryptography?
  123. 8.8. What is the unicity point (a.k.a. unicity distance)?
  124. 8.9. What is key management and why is it important?
  125. 8.10. Can I use pseudo-random or chaotic numbers as a key stream?
  126. 8.11. What is the correct frequency list for English letters?
  127. 8.12. What is the Enigma?
  128. 8.13. How do I shuffle cards?
  129. 8.14. Can I foil S/W pirates by encrypting my CD-ROM?
  130. 8.15. Can you do automatic cryptanalysis of simple ciphers?
  131. 8.16. What is the coding system used by VCR+?
  132.  
  133. 9. Other Miscellany
  134. 9.1. What is the National Security Agency (NSA)?
  135. 9.2. What are the US export regulations?
  136. 9.3. What is TEMPEST?
  137. 9.4. What are the Beale Ciphers, and are they a hoax?
  138. 9.5. What is the American Cryptogram Association, and how do I get in touch?
  139. 9.6. Is RSA patented?
  140. 9.7. What about the Voynich manuscript?
  141.  
  142. 10. References
  143. 10.1. Books on history and classical methods
  144. 10.2. Books on modern methods
  145. 10.3. Survey articles
  146. 10.4. Reference articles
  147. 10.5. Journals, conference proceedings
  148. 10.6. Other
  149. 10.7. How may one obtain copies of FIPS and ANSI standards cited herein?
  150. 10.8. Electronic sources
  151. 10.9. RFCs (available from [FTPRF])
  152. 10.10. Related newsgroups
  153. Archive-name: cryptography-faq/part02
  154. Last-modified: 94/06/13
  155.  
  156.  
  157. This is the second of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  158. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  159. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  160. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  161.  
  162. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  163. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  164. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, talk.politics.crypto, 
  165. sci.answers, and news.answers every 21 days.
  166.  
  167.  
  168.  
  169. Contents:
  170.  
  171. 2.1. What groups are around? What's a FAQ? Who am I? Why am I here?
  172. 2.2. Do political discussions belong in sci.crypt?
  173. 2.3. How do I present a new encryption scheme in sci.crypt?
  174.  
  175.  
  176. 2.1. What groups are around? What's a FAQ? Who am I? Why am I here?
  177.  
  178.   Read news.announce.newusers and news.answers for a few weeks. Always
  179.   make sure to read a newsgroup for some time before you post to it.
  180.   You'll be amazed how often the same question can be asked in the same
  181.   newsgroup. After a month you'll have a much better sense of what the
  182.   readers want to see.
  183.  
  184. 2.2. Do political discussions belong in sci.crypt?
  185.  
  186.   No. In fact some newsgroups (notably misc.legal.computing) were
  187.   created exactly so that political questions like ``Should RSA be
  188.   patented?'' don't get in the way of technical discussions. Many
  189.   sci.crypt readers also read misc.legal.computing, comp.org.eff.talk,
  190.   comp.patents, sci.math, comp.compression, talk.politics.crypto,
  191.   et al.; for the benefit of people who don't care about those other
  192.   topics, try to put your postings in the right group.
  193.  
  194.   Questions about microfilm and smuggling and other non-cryptographic
  195.   ``spy stuff'' don't belong in sci.crypt either.
  196.  
  197. 2.3. How do I present a new encryption scheme in sci.crypt?
  198.  
  199.   ``I just came up with this neat method of encryption. Here's some
  200.   ciphertext: FHDSIJOYW^&%$*#@OGBUJHKFSYUIRE. Is it strong?'' Without a
  201.   doubt questions like this are the most annoying traffic on sci.crypt.
  202.  
  203.   If you have come up with an encryption scheme, providing some
  204.   ciphertext from it is not adequate. Nobody has ever been impressed by
  205.   random gibberish. Any new algorithm should be secure even if the
  206.   opponent knows the full algorithm (including how any message key is
  207.   distributed) and only the private key is kept secret. There are some
  208.   systematic and unsystematic ways to take reasonably long ciphertexts
  209.   and decrypt them even without prior knowledge of the algorithm, but
  210.   this is a time-consuming and possibly fruitless exercise which most
  211.   sci.crypt readers won't bother with.
  212.  
  213.   So what do you do if you have a new encryption scheme? First of all,
  214.   find out if it's really new. Look through this FAQ for references and
  215.   related methods. Familiarize yourself with the literature and the
  216.   introductory textbooks.
  217.  
  218.   When you can appreciate how your cryptosystem fits into the world at
  219.   large, try to break it yourself! You shouldn't waste the time of tens
  220.   of thousands of readers asking a question which you could have easily
  221.   answered on your own.
  222.  
  223.   If you really think your system is secure, and you want to get some
  224.   reassurance from experts, you might try posting full details of your
  225.   system, including working code and a solid theoretical explanation, to
  226.   sci.crypt. (Keep in mind that the export of cryptography is regulated
  227.   in some areas.)
  228.  
  229.   If you're lucky an expert might take some interest in what you posted.
  230.   You can encourage this by offering cash rewards---for instance, noted
  231.   cryptographer Ralph Merkle is offering $1000 to anyone who can break
  232.   Snefru-4---but there are no guarantees. If you don't have enough
  233.   experience, then most likely any experts who look at your system will
  234.   be able to find a flaw. If this happens, it's your responsibility to
  235.   consider the flaw and learn from it, rather than just add one more
  236.   layer of complication and come back for another round.
  237.  
  238.   A different way to get your cryptosystem reviewed is to have the NSA
  239.   look at it. A full discussion of this procedure is outside the scope
  240.   of this FAQ.
  241.  
  242.   Among professionals, a common rule of thumb is that if you want to
  243.   design a cryptosystem, you have to have experience as a cryptanalyst.
  244. Archive-name: cryptography-faq/part03
  245. Last-modified: 93/10/10
  246.  
  247.  
  248. This is the third of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  249. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  250. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  251. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  252.  
  253. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  254. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  255. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, talk.politics.crypto, 
  256. sci.answers, and news.answers every 21 days.
  257.  
  258.  
  259. Contents:
  260.  
  261. 3.1. What is cryptology? Cryptography? Plaintext? Ciphertext? Encryption? Key?
  262. 3.2. What references can I start with to learn cryptology?
  263. 3.3. How does one go about cryptanalysis?
  264. 3.4. What is a brute-force search and what is its cryptographic relevance?
  265. 3.5. What are some properties satisfied by every strong cryptosystem?
  266. 3.6. If a cryptosystem is theoretically unbreakable, then is it
  267.   guaranteed analysis-proof in practice?
  268. 3.7. Why are many people still using cryptosystems that are
  269.   relatively easy to break?
  270. 3.8. What are the basic types of cryptanalytic `attacks'?
  271.  
  272.  
  273. 3.1. What is cryptology? Cryptography? Plaintext? Ciphertext? Encryption? Key?
  274.  
  275.   The story begins: When Julius Caesar sent messages to his trusted
  276.   acquaintances, he didn't trust the messengers. So he replaced every A
  277.   by a D, every B by a E, and so on through the alphabet. Only someone
  278.   who knew the ``shift by 3'' rule could decipher his messages.
  279.  
  280.   A cryptosystem or cipher system is a method of disguising messages so
  281.   that only certain people can see through the disguise. Cryptography is
  282.   the art of creating and using cryptosystems. Cryptanalysis is the art
  283.   of breaking cryptosystems---seeing through the disguise even when
  284.   you're not supposed to be able to. Cryptology is the study of both
  285.   cryptography and cryptanalysis.
  286.  
  287.   The original message is called a plaintext. The disguised message is
  288.   called a ciphertext. Encryption means any procedure to convert
  289.   plaintext into ciphertext. Decryption means any procedure to convert
  290.   ciphertext into plaintext.
  291.  
  292.   A cryptosystem is usually a whole collection of algorithms. The
  293.   algorithms are labelled; the labels are called keys. For instance,
  294.   Caesar probably used ``shift by n'' encryption for several different
  295.   values of n. It's natural to say that n is the key here.
  296.  
  297.   The people who are supposed to be able to see through the disguise are
  298.   called recipients. Other people are enemies, opponents, interlopers,
  299.   eavesdroppers, or third parties.
  300.  
  301. 3.2. What references can I start with to learn cryptology?
  302.  
  303.   For an introduction to technical matter, the survey articles given
  304.   in part 10 are the best place to begin as they are, in general,
  305.   concise, authored by competent people, and well written. However,
  306.   these articles are mostly concerned with cryptology as it has
  307.   developed in the last 50 years or so, and are more abstract and
  308.   mathematical than historical. The Codebreakers by Kahn [KAH67] is
  309.   encyclopedic in its history and technical detail of cryptology up
  310.   to the mid-60's.
  311.  
  312.   Introductory cryptanalysis can be learned from Gaines [GAI44] or
  313.   Sinkov [SIN66]. This is recommended especially for people who want
  314.   to devise their own encryption algorithms since it is a common
  315.   mistake to try to make a system before knowing how to break one.
  316.  
  317.   The selection of an algorithm for the DES drew the attention of
  318.   many public researchers to problems in cryptology. Consequently
  319.   several textbooks and books to serve as texts have appeared. The
  320.   book of Denning [DEN82] gives a good introduction to a broad range
  321.   of security including encryption algorithms, database security,
  322.   access control, and formal models of security. Similar comments
  323.   apply to the books of Price & Davies [PRI84] and Pfleeger [PFL89].
  324.  
  325.   The books of Konheim [KON81] and Meyer & Matyas [MEY82] are quite
  326.   technical books. Both Konheim and Meyer were directly involved in
  327.   the development of DES, and both books give a thorough analysis of
  328.   DES. Konheim's book is quite mathematical, with detailed analyses
  329.   of many classical cryptosystems. Meyer and Matyas concentrate on
  330.   modern cryptographic methods, especially pertaining to key management
  331.   and the integration of security facilities into computer systems and
  332.   networks. For more recent documentation on related areas, try
  333.   G. Simmons in [SIM91].
  334.  
  335.   The books of Rueppel [RUE86] and Koblitz [KOB89] concentrate on
  336.   the application of number theory and algebra to cryptography.
  337.  
  338. 3.3. How does one go about cryptanalysis?
  339.  
  340.   Classical cryptanalysis involves an interesting combination of
  341.   analytical reasoning, application of mathematical tools, pattern
  342.   finding, patience, determination, and luck. The best available
  343.   textbooks on the subject are the Military Cryptanalytics series
  344.   [FRIE1]. It is clear that proficiency in cryptanalysis is, for
  345.   the most part, gained through the attempted solution of given
  346.   systems. Such experience is considered so valuable that some of the
  347.   cryptanalyses performed during WWII by the Allies are still
  348.   classified.
  349.  
  350.   Modern public-key cryptanalysis may consist of factoring an integer,
  351.   or taking a discrete logarithm. These are not the traditional fare
  352.   of the cryptanalyst. Computational number theorists are some of the
  353.   most successful cryptanalysts against public key systems.
  354.  
  355. 3.4. What is a brute-force search and what is its cryptographic relevance?
  356.  
  357.   In a nutshell: If f(x) = y and you know y and can compute f, you can
  358.   find x by trying every possible x. That's brute-force search.
  359.  
  360.   Example: Say a cryptanalyst has found a plaintext and a corresponding
  361.   ciphertext, but doesn't know the key. He can simply try encrypting the
  362.   plaintext using each possible key, until the ciphertext matches---or
  363.   decrypting the ciphertext to match the plaintext, whichever is faster.
  364.   Every well-designed cryptosystem has such a large key space that this
  365.   brute-force search is impractical.
  366.     
  367.   Advances in technology sometimes change what is considered
  368.   practical. For example, DES, which has been in use for over 10 years
  369.   now, has 2^56, or about 10^17, possible keys. A computation with
  370.   this many operations was certainly unlikely for most users in the
  371.   mid-70's. The situation is very different today given the dramatic
  372.   decrease in cost per processor operation. Massively parallel
  373.   machines threaten the security of DES against brute force search.
  374.   Some scenarios are described by Garron and Outerbridge [GAR91].
  375.  
  376.   One phase of a more sophisticated cryptanalysis may involve a
  377.   brute-force search of some manageably small space of possibilities.
  378.  
  379. 3.5. What are some properties satisfied by every strong cryptosystem?
  380.  
  381.   The security of a strong system resides with the secrecy of the key
  382.   rather than with the supposed secrecy of the algorithm.
  383.  
  384.   A strong cryptosystem has a large keyspace, as mentioned above. It
  385.   has a reasonably large unicity distance; see question 8.8.
  386.  
  387.   A strong cryptosystem will certainly produce ciphertext which appears
  388.   random to all standard statistical tests (see, for example, [CAE90]).
  389.     
  390.   A strong cryptosystem will resist all known previous attacks. A
  391.   system which has never been subjected to scrutiny is suspect.
  392.  
  393.   If a system passes all the tests mentioned above, is it necessarily
  394.   strong? Certainly not. Many weak cryptosystems looked good at first.
  395.   However, sometimes it is possible to show that a cryptosystem is
  396.   strong by mathematical proof. ``If Joe can break this system, then
  397.   he can also solve the well-known difficult problem of factoring
  398.   integers.'' See part 6. Failing that, it's a crap shoot.
  399.  
  400. 3.6. If a cryptosystem is theoretically unbreakable, then is it
  401.   guaranteed analysis-proof in practice?
  402.  
  403.   Cryptanalytic methods include what is known as ``practical
  404.   cryptanalysis'': the enemy doesn't have to just stare at your
  405.   ciphertext until he figures out the plaintext. For instance, he might
  406.   assume ``cribs''---stretches of probable plaintext. If the crib is
  407.   correct then he might be able to deduce the key and then decipher the
  408.   rest of the message. Or he might exploit ``isologs''---the same
  409.   plaintext enciphered in several cryptosystems or several keys. Thus
  410.   he might obtain solutions even when cryptanalytic theory says he
  411.   doesn't have a chance.
  412.  
  413.   Sometimes, cryptosystems malfunction or are misused. The one-time pad,
  414.   for example, loses all security if it is used more than once! Even
  415.   chosen-plaintext attacks, where the enemy somehow feeds plaintext into
  416.   the encryptor until he can deduce the key, have been employed. See
  417.   [KAH67].
  418.   
  419. 3.7. Why are many people still using cryptosystems that are
  420.   relatively easy to break?
  421.  
  422.   Some don't know any better. Often amateurs think they can design
  423.   secure systems, and are not aware of what an expert cryptanalyst
  424.   could do. And sometimes there is insufficient motivation for anybody
  425.   to invest the work needed to crack a system.
  426.  
  427. 3.8. What are the basic types of cryptanalytic `attacks'?
  428.  
  429.   A standard cryptanalytic attack is to know some plaintext matching a
  430.   given piece of ciphertext and try to determine the key which maps one 
  431.   to the other.  This plaintext can be known because it is standard (a
  432.   standard greeting, a known header or trailer, ...) or because it is
  433.   guessed.  If text is guessed to be in a message, its position is probably
  434.   not known, but a message is usually short enough that the cryptanalyst
  435.   can assume the known plaintext is in each possible position and do
  436.   attacks for each case in parallel.  In this case, the known plaintext can
  437.   be something so common that it is almost guaranteed to be in a message.
  438.  
  439.   A strong encryption algorithm will be unbreakable not only under known
  440.   plaintext (assuming the enemy knows all the plaintext for a given
  441.   ciphertext) but also under "adaptive chosen plaintext" -- an attack
  442.   making life much easier for the cryptanalyst.  In this attack, the enemy
  443.   gets to choose what plaintext to use and gets to do this over and over,
  444.   choosing the plaintext for round N+1 only after analyzing the result of
  445.   round N.
  446.  
  447.   For example, as far as we know, DES is reasonably strong even under an
  448.   adaptive chosen plaintext attack (the attack Biham and Shamir used).  Of
  449.   course, we do not have access to the secrets of government cryptanalytic
  450.   services.  Still, it is the working assumption that DES is reasonably
  451.   strong under known plaintext and triple-DES is very strong under all
  452.   attacks.
  453.  
  454.   To summarize, the basic types of cryptanalytic attacks in order of
  455.   difficulty for the attacker, hardest first, are:
  456.  
  457.   cyphertext only: the attacker has only the encoded message from which 
  458.     to determine the plaintext, with no knowledge whatsoever of the
  459.     latter.
  460.  
  461.     A cyphertext only attack is usually presumed to be possible, and
  462.     a code's resistance to it is considered the basis of its 
  463.     cryptographic security.
  464.  
  465.   known plaintext: the attacker has the plaintext and corresponding 
  466.     cyphertext of an arbitrary message not of his choosing. The
  467.     particular message of the sender's is said to be `compromised'.
  468.  
  469.     In some systems, one known cyphertext-plaintext pair will 
  470.     compromise the overall system, both prior and subsequent
  471.     transmissions, and resistance to this is characteristic of a 
  472.     secure code.
  473.  
  474.   Under the following attacks, the attacker has the far less likely
  475.   or plausible ability to `trick' the sender into encrypting or 
  476.   decrypting arbitrary plaintexts or cyphertexts. Codes that resist 
  477.   these attacks are considered to have the utmost security.
  478.  
  479.   chosen plaintext: the attacker has the capability to find the 
  480.     cyphertext corresponding to an arbitrary plaintext message of his 
  481.     choosing.
  482.  
  483.   chosen cyphertext: the attacker can choose arbitrary cyphertext and
  484.     find the corresponding decrypted plaintext. This attack can show
  485.     in public key systems, where it may reveal the private key.
  486.  
  487.   adaptive chosen plaintext: the attacker can determine the cyphertext
  488.     of chosen plaintexts in an interactive or iterative process based on
  489.     previous results. This is the general name for a method of attacking 
  490.     product ciphers called `differential cryptanalysis'.
  491.  
  492.   The next part of the FAQ gives the mathematical detail behind the 
  493.   various types of cryptoanalytic attacks.
  494.  
  495. Archive-name: cryptography-faq/part04
  496. Last-modified: 93/10/10
  497.  
  498. This is the fourth of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  499. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  500. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  501. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  502.  
  503. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  504. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  505. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, talk.politics.crypto, 
  506. sci.answers, and news.answers every 21 days.
  507.  
  508.  
  509.  
  510. Contents:
  511.  
  512. 4.1. In mathematical terms, what is a private-key cryptosystem?
  513. 4.2. What is an attack?
  514. 4.3. What's the advantage of formulating all this mathematically?
  515. 4.4. Why is the one-time pad secure?
  516. 4.5. What's a ciphertext-only attack?
  517. 4.6. What's a known-plaintext attack?
  518. 4.7. What's a chosen-plaintext attack?
  519. 4.8. In mathematical terms, what can you say about brute-force attacks?
  520. 4.9. What's a key-guessing attack? What's entropy?
  521.  
  522.  
  523. Reader, beware: This section is highly mathematical. Well, maybe not
  524. _highly_ mathematical, but it's got a bunch of symbols and scary-looking
  525. formulas. You have been warned.
  526.  
  527.  
  528. 4.1. In mathematical terms, what is a private-key cryptosystem?
  529.  
  530.   A private-key cryptosystem consists of an encryption system E and a
  531.   decryption system D. The encryption system E is a collection of
  532.   functions E_K, indexed by ``keys'' K, mapping some set of
  533.   ``plaintexts'' P to some set of ``ciphertexts'' C. Similarly the
  534.   decryption system D is a collection of functions D_K such that
  535.   D_K(E_K(P)) = P for every plaintext P. That is, succesful decryption
  536.   of ciphertext into plaintext is accomplished using the same key
  537.   (index) as was used for the corresponding encryption of plaintext
  538.   into ciphertext. Such systems, where the same key value is used to
  539.   encrypt and decrypt, are also known as ``symmetric'' cryptoystems.
  540.  
  541. 4.2. What is an attack?
  542.  
  543.   In intuitive terms a (passive) attack on a cryptosystem is any method
  544.   of starting with some information about plaintexts and their
  545.   corresponding ciphertexts under some (unknown) key, and figuring out
  546.   more information about the plaintexts. It's possible to state
  547.   mathematically what this means. Here we go.
  548.  
  549.   Fix functions F, G, and H of n variables. Fix an encryption system E,
  550.   and fix a distribution of plaintexts and keys.
  551.  
  552.   An attack on E using G assuming F giving H with probability p is an
  553.   algorithm A with a pair f, g of inputs and one output h, such that
  554.   there is probability p of computing h = H(P_1,...,P_n), if we have
  555.   f = F(P_1,...,P_n) and g = G(E_K(P_1),...,E_K(P_n)). Note that this
  556.   probability depends on the distribution of the vector (K,P_1,...,P_n).
  557.  
  558.   The attack is trivial (or ``pointless'') if there is probability at
  559.   least p of computing h = H(P_1,...,P_n) if f = F(P_1,...,P_n) and
  560.   g = G(C_1,...,C_n). Here C_1,...,C_n range uniformly over the possible
  561.   ciphertexts, and have no particular relation to P_1,...,P_n. In other
  562.   words, an attack is trivial if it doesn't actually use the encryptions
  563.   E_K(P_1),...,E_K(P_n).
  564.  
  565.   An attack is called ``one-ciphertext'' if n = 1, ``two-ciphertext'' if
  566.   n = 2, and so on.
  567.  
  568. 4.3. What's the advantage of formulating all this mathematically?
  569.  
  570.   In basic cryptology you can never prove that a cryptosystem is secure.
  571.   Read part 3: we keep saying ``a strong cryptosystem must have this
  572.   property, but having this property is no guarantee that a cryptosystem
  573.   is strong!''
  574.  
  575.   In contrast, the purpose of mathematical cryptology is to precisely
  576.   formulate and, if possible, prove the statement that a cryptosystem is
  577.   strong. We say, for example, that a cryptosystem is secure against
  578.   all (passive) attacks if any nontrivial attack against the system (as
  579.   defined above) is too slow to be practical. If we can prove this
  580.   statement then we have confidence that our cryptosystem will resist
  581.   any (passive) cryptanalytic technique. If we can reduce this statement
  582.   to some well-known unsolved problem then we still have confidence that
  583.   the cryptosystem isn't easy to break.
  584.  
  585.   Other parts of cryptology are also amenable to mathematical
  586.   definition. Again the point is to explicitly identify what assumptions
  587.   we're making and prove that they produce the desired results. We can
  588.   figure out what it means for a particular cryptosystem to be used
  589.   properly: it just means that the assumptions are valid.
  590.  
  591.   The same methodology is useful for cryptanalysis too. The cryptanalyst
  592.   can take advantage of incorrect assumptions. Often he can try to
  593.   construct a proof of security for a system, see where the proof fails,
  594.   and use these failures as the starting points for his analysis.
  595.   
  596. 4.4. Why is the one-time pad secure?
  597.  
  598.   By definition, the one-time pad is a cryptosystem where the
  599.   plaintexts, ciphertexts, and keys are all strings (say byte strings)
  600.   of some length m, and E_K(P) is just the sum (let's say the exclusive
  601.   or) of K and P.
  602.  
  603.   It is easy to prove mathematically that there are _no_ nontrivial
  604.   single-ciphertext attacks on the one-time pad, assuming a uniform
  605.   distribution of keys. Note that we don't have to assume a uniform
  606.   distribution of plaintexts. (Here's the proof: Let A be an attack,
  607.   i.e., an algorithm taking two inputs f, g and producing one output h,
  608.   with some probability p that h = H(P) whenever f = F(P) and
  609.   g = G(E_K(P)) (i.e., g = G(K + P)). Then, because the distribution of
  610.   K is uniform and independent of P, the distribution of K + P must also
  611.   be uniform and independent of P. But also the distribution of C is
  612.   uniform and independent of P. Hence there is probability exactly p
  613.   that h = H(P) whenever f = F(P) and g = G(C), over all P and C. Thus
  614.   a fortiori A is trivial.)
  615.  
  616.   On the other hand the one-time pad is _not_ secure if a key K is used
  617.   for more than one plaintext: i.e., there are nontrivial
  618.   multiple-ciphertext attacks. So to be properly used a key K must be
  619.   thrown away after one encryption. The key is also called a ``pad'';
  620.   this explains the name ``one-time pad.''
  621.  
  622.   Also, a computer-based pseudo-random number generator does _not_ 
  623.   qualify as a true one-time pad because of its deterministic 
  624.   properties. See `pseudo-random number generators as key stream'.
  625.  
  626. 4.5. What's a ciphertext-only attack?
  627.  
  628.   In the notation above, a ciphertext-only attack is one where F is
  629.   constant. Given only some information G(E_K(P_1),...,E_K(P_n)) about
  630.   n ciphertexts, the attack has to have some chance of producing some
  631.   information H(P_1,...,P_n) about the plaintexts. The attack is trivial
  632.   if it has just as good a chance of producing H(P_1,...,P_n) when given
  633.   G(C_1,...,C_n) for random C_1,...,C_n.
  634.  
  635.   For example, say G(C) = C, and say H(P) is the first bit of P. We can
  636.   easily write down an attack---the ``guessing attack,'' which simply
  637.   guesses that H(P) is 1. This attack is trivial because it doesn't use
  638.   the ciphertext: it has a fifty-fifty chance of guessing correctly no
  639.   matter what. On the other hand there is an attack on RSA which
  640.   produces one bit of information about P, with 100% success, using C.
  641.   If it is fed a random C then the success rate drops to 50%. So this is
  642.   a nontrivial attack.
  643.  
  644. 4.6. What's a known-plaintext attack?
  645.  
  646.   The classic known-plaintext attack has F(P_1,P_2) = P_1,
  647.   G(C_1,C_2) = (C_1,C_2), and H(P_1,P_2) depending only on P_2.
  648.   In other words, given two ciphertexts C_1 and C_2 and one decryption
  649.   P_1, the known-plaintext attack should produce information about the
  650.   other decryption P_2.
  651.  
  652.   Note that known-plaintext attacks are often defined in the literature
  653.   as producing information about the key, but this is pointless: the
  654.   cryptanalyst generally cares about the key only insofar as it lets him
  655.   decrypt further messages.
  656.  
  657. 4.7. What's a chosen-plaintext attack?
  658.  
  659.   A chosen-plaintext attack is the first of an increasingly impractical
  660.   series of _active_ attacks on a cryptosystem: attacks where the
  661.   cryptanalyst feeds data to the encryptor. These attacks don't fit into
  662.   our model of passive attacks explained above. Anyway, a
  663.   chosen-plaintext attack lets the cryptanalyst choose a plaintext and
  664.   look at the corresponding ciphertext, then repeat until he has figured
  665.   out how to decrypt any message. More absurd examples of this sort of
  666.   attack are the ``chosen-key attack'' and ``chosen-system attack.''
  667.  
  668.   A much more important form of active attack is a message corruption
  669.   attack, where the attacker tries to change the ciphertext in such a
  670.   way as to make a useful change in the plaintext.
  671.  
  672.   There are many easy ways to throw kinks into all of these attacks:
  673.   for instance, automatically encrypting any plaintext P as
  674.   T,E_K(h(T+R+P),R,P), where T is a time-key (sequence number) chosen anew
  675.   for each message, R is a random number, and h is a one-way hash
  676.   function. Here comma means concatenation and plus means exclusive-or.
  677.  
  678. 4.8. In mathematical terms, what can you say about brute-force attacks?
  679.  
  680.   Consider the following known-plaintext attack. We are given some
  681.   plaintexts P_1,...,P_{n-1} and ciphertexts C_1,...,C_{n-1}. We're
  682.   also given a ciphertext C_n. We run through every key K. When we find
  683.   K such that E_K(P_i) = C_i for every i < n, we print D_K(C_n).
  684.  
  685.   If n is big enough that only one key works, this attack will succeed
  686.   on valid inputs all the time, while it will produce correct results
  687.   only once in a blue moon for random inputs. Thus this is a nontrivial
  688.   attack. Its only problem is that it is very slow if there are many
  689.   possible keys.
  690.  
  691. 4.9. What's a key-guessing attack? What's entropy?
  692.  
  693.   Say somebody is using the one-time pad---but isn't choosing keys
  694.   randomly and uniformly from all m-bit messages, as he was supposed to
  695.   for our security proof. In fact say he's known to prefer keys which
  696.   are English words. Then a cryptanalyst can run through all English
  697.   words as possible keys. This attack will often succeed, and it's much
  698.   faster than a brute-force search of the entire keyspace.
  699.  
  700.   We can measure how bad a key distribution is by calculating its
  701.   entropy. This number E is the number of ``real bits of information''
  702.   of the key: a cryptanalyst will typically happen across the key within
  703.   2^E guesses. E is defined as the sum of -p_K log_2 p_K, where p_K is
  704.   the probability of key K.
  705. Archive-name: cryptography-faq/part06
  706. Last-modified: 94/06/07
  707.  
  708.  
  709. This is the sixth of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  710. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  711. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  712. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  713.  
  714. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  715. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  716. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, talk.politics.crypto, 
  717. sci.answers, and news.answers every 21 days.
  718.  
  719.  
  720.  
  721. Contents:
  722.  
  723. 6.1. What is public-key cryptography?
  724. 6.2. How does public-key cryptography solve cryptography's Catch-22?
  725. 6.3. What is the role of the `trapdoor function' in public key schemes?
  726. 6.4. What is the role of the `session key' in public key schemes?
  727. 6.5. What's RSA?
  728. 6.6. Is RSA secure?
  729. 6.7. What's the difference between the RSA and Diffie-Hellman schemes?
  730. 6.8. What is `authentication' and the `key distribution problem'?
  731. 6.9. How fast can people factor numbers?
  732. 6.10. What about other public-key cryptosystems?
  733. 6.11. What is the `RSA Factoring Challenge?'
  734.  
  735.  
  736. 6.1. What is public-key cryptography?
  737.  
  738.   In a classic cryptosystem, we have encryption functions E_K and
  739.   decryption functions D_K such that D_K(E_K(P)) = P for any plaintext
  740.   P. In a public-key cryptosystem, E_K can be easily computed from some
  741.   ``public key'' X which in turn is computed from K. X is published, so
  742.   that anyone can encrypt messages. If decryption D_K cannot be easily 
  743.   computed from public key X without knowledge of private key K, but 
  744.   readily with knowledge of K, then only the person who generated K can 
  745.   decrypt messages. That's the essence of public-key cryptography, 
  746.   introduced by Diffie and Hellman in 1976. 
  747.   
  748.   This document describes only the rudiments of public key cryptography.
  749.   There is an extensive literature on security models for public-key 
  750.   cryptography, applications of public-key cryptography, other 
  751.   applications of the mathematical technology behind public-key 
  752.   cryptography, and so on; consult the references at the end for more 
  753.   refined and thorough presentations.
  754.  
  755. 6.2. How does public-key cryptography solve cryptography's Catch-22?
  756.  
  757.   In a classic cryptosystem, if you want your friends to be able to
  758.   send secret messages to you, you have to make sure nobody other than
  759.   them sees the key K. In a public-key cryptosystem, you just publish 
  760.   X, and you don't have to worry about spies. Hence public key 
  761.   cryptography `solves' one of the most vexing problems of all prior 
  762.   cryptography: the necessity of establishing a secure channel for the 
  763.   exchange of the key. To establish a secure channel one uses 
  764.   cryptography, but private key cryptography requires a secure channel! 
  765.   In resolving the dilemma, public key cryptography has been considered 
  766.   by many to be a `revolutionary technology,' representing a 
  767.   breakthrough that makes routine communication encryption practical 
  768.   and potentially ubiquitous.
  769.  
  770. 6.3. What is the role of the `trapdoor function' in public key schemes?
  771.   
  772.   Intrinsic to public key cryptography is a `trapdoor function' D_K 
  773.   with the properties that computation in one direction (encryption, 
  774.   E_K) is easy and in the other is virtually impossible (attack,
  775.   determining P from encryption E_K(P) and public key X). Furthermore, 
  776.   it has the special property that the reversal of the computation 
  777.   (decryption, D_K) is again tractable if the private key K is known.
  778.  
  779. 6.4. What is the role of the `session key' in public key schemes?
  780.  
  781.   In virtually all public key systems, the encryption and decryption 
  782.   times are very lengthy compared to other block-oriented 
  783.   algorithms such as DES for equivalent data sizes. Therefore in most
  784.   implementations of public-key systems, a temporary, random `session 
  785.   key' of much smaller length than the message is generated for each 
  786.   message and alone encrypted by the public key algorithm. The message 
  787.   is actually encrypted using a faster private key algorithm with the 
  788.   session key. At the receiver side, the session key is decrypted using 
  789.   the public-key algorithms and the recovered `plaintext' key is used 
  790.   to decrypt the message.
  791.   
  792.   The session key approach blurs the distinction between `keys' and 
  793.   `messages' -- in the scheme, the message includes the key, and the 
  794.   key itself is treated as an encryptable `message'. Under this 
  795.   dual-encryption approach, the overall cryptographic strength is 
  796.   related to the security of either the public- and private-key 
  797.   algorithms.
  798.  
  799. 6.5. What's RSA?
  800.  
  801.   RSA is a public-key cryptosystem defined by Rivest, Shamir, and
  802.   Adleman. Here's a small example. See also [FTPDQ].
  803.  
  804.   Plaintexts are positive integers up to 2^{512}. Keys are quadruples
  805.   (p,q,e,d), with p a 256-bit prime number, q a 258-bit prime number,
  806.   and d and e large numbers with (de - 1) divisible by (p-1)(q-1). We
  807.   define E_K(P) = P^e mod pq, D_K(C) = C^d mod pq. All quantities are
  808.   readily computed from classic and modern number theoretic algorithms 
  809.   (Euclid's algorithm for computing the greatest common divisor yields
  810.   an algorithm for the former, and historically newly explored
  811.   computational approaches to finding large `probable' primes, such as 
  812.   the Fermat test, provide the latter.)
  813.  
  814.   Now E_K is easily computed from the pair (pq,e)---but, as far as
  815.   anyone knows, there is no easy way to compute D_K from the pair
  816.   (pq,e). So whoever generates K can publish (pq,e). Anyone can send a
  817.   secret message to him; he is the only one who can read the messages.
  818.  
  819. 6.6. Is RSA secure?
  820.  
  821.   Nobody knows. An obvious attack on RSA is to factor pq into p and q.
  822.   See below for comments on how fast state-of-the-art factorization
  823.   algorithms run. Unfortunately nobody has the slightest idea how to
  824.   prove that factorization---or any realistic problem at all, for that
  825.   matter---is inherently slow. It is easy to formalize what we mean by
  826.   ``RSA is/isn't strong''; but, as Hendrik W. Lenstra, Jr., says,
  827.   ``Exact definitions appear to be necessary only when one wishes to
  828.   prove that algorithms with certain properties do _not_ exist, and
  829.   theoretical computer science is notoriously lacking in such negative
  830.   results.''
  831.  
  832.   Note that there may even be a `shortcut' to breaking RSA other than
  833.   factoring. It is obviously sufficient but so far not provably 
  834.   necessary. That is, the security of the system depends on two 
  835.   critical assumptions: (1) factoring is required to break the system,
  836.   and (2) factoring is `inherently computationally intractable',
  837.   or, alternatively, `factoring is hard' and `any approach that can 
  838.   be used to break the system is at least as hard as factoring'.
  839.  
  840.   Historically even professional cryptographers have made mistakes
  841.   in estimating and depending on the intractability of various 
  842.   computational problems for secure cryptographic properties. For 
  843.   example, a system called a `Knapsack cipher' was in vogue in the
  844.   literature for years until it was demonstrated that the instances
  845.   typically generated could be efficiently broken, and the whole
  846.   area of research fell out of favor.
  847.  
  848. 6.7. What's the difference between the RSA and Diffie-Hellman schemes?
  849.  
  850.   Diffie and Hellman proposed a system that requires the dynamic 
  851.   exchange of keys for every sender-receiver pair (and in practice, 
  852.   usually every communications session, hence the term `session key').  
  853.   This two-way key negotiation is useful in further complicating 
  854.   attacks, but requires additional communications overhead. The RSA 
  855.   system reduces communications overhead with the ability to have 
  856.   static, unchanging keys for each receiver that are `advertised' by 
  857.   a formal `trusted authority' (the hierarchical model) or distributed 
  858.   in an informal `web of trust'.
  859.  
  860. 6.8. What is `authentication' and the `key-exchange problem'?
  861.  
  862.   The ``key exchange problem'' involves (1) ensuring that keys are
  863.   exchanged so that the sender and receiver can perform encryption and
  864.   decryption, and (2) doing so in such a way that ensures an
  865.   eavesdropper or outside party cannot break the code. `Authentication'
  866.   adds the requirement that (3) there is some assurance to the receiver
  867.   that a message was encrypted by `a given entity' and not `someone 
  868.   else'.
  869.  
  870.   The simplest but least available method to ensure all constraints 
  871.   above are satisfied (successful key exchange and valid authentication)
  872.   is employed by private key cryptography: exchanging the key secretly.
  873.   Note that under this scheme, the problem of authentication is 
  874.   implicitly resolved. The assumption under the scheme is that only the
  875.   sender will have the key capable of encrypting sensible messages
  876.   delivered to the receiver. 
  877.  
  878.   While public-key cryptographic methods solve a critical aspect of the 
  879.   `key-exchange problem', specifically their resistance to analysis
  880.   even with the presence a passive eavesdropper during exchange of keys, 
  881.   they do not solve all problems associated with key exchange. In
  882.   particular, since the keys are considered `public knowledge,'
  883.   (particularly with RSA) some other mechanism must be
  884.   developed to testify to authenticity, because possession of keys 
  885.   alone (sufficient to encrypt intelligible messages) is no evidence
  886.   of a particular unique identity of the sender.
  887.  
  888.   One solution is to develop a key distribution mechanism that assures
  889.   that listed keys are actually those of the given entities, sometimes
  890.   called a `trusted authority'. The authority typically does not actually
  891.   generate keys, but does ensure via some mechanism that the lists of 
  892.   keys and associated identities kept and advertised for reference
  893.   by senders and receivers are `correct'. Another method relies on users
  894.   to distribute and track each other's keys and trust in an informal,
  895.   distributed fashion. This has been popularized as a viable alternative
  896.   by the PGP software which calls the model the `web of trust'.
  897.  
  898.   Under RSA, if a person wishes to send evidence of their identity in
  899.   addition to an encrypted message, they simply encrypt some information
  900.   with their private key called the `signature', additionally included in
  901.   the message sent under the public-key encryption to the receiver. 
  902.   The receiver can use the RSA algorithm `in reverse' to verify that the
  903.   information decrypts sensibly, such that only the given entity could
  904.   have encrypted the plaintext by use of the secret key. Typically the
  905.   encrypted `signature' is a `message digest' that comprises a unique
  906.   mathematical `summary' of the secret message (if the signature were
  907.   static across multiple messages, once known previous receivers could 
  908.   use it falsely). In this way, theoretically only the sender of the
  909.   message could generate their valid signature for that message, thereby
  910.   authenticating it for the receiver. `Digital signatures' have many 
  911.   other design properties as described in Section 7.
  912.  
  913.  
  914. 6.9. How fast can people factor numbers?
  915.  
  916.   It depends on the size of the numbers, and their form. Numbers
  917.   in special forms, such as a^n - b for `small' b, are more readily
  918.   factored through specialized techniques and not necessarily related
  919.   to the difficulty of factoring in general. Hence a specific factoring 
  920.   `breakthrough' for a special number form may have no practical value 
  921.   or relevance to particular instances (and those generated for use
  922.   in cryptographic systems are specifically `filtered' to resist such
  923.   approaches.) The most important observation about factoring is that
  924.   all known algorithms require an exponential amount of time in the
  925.   _size_ of the number (measured in bits, log2(n) where `n' is the 
  926.   number). Cryptgraphic algorithms built on the difficulty of factoring
  927.   generally depend on this exponential-time property. (The distinction
  928.   of `exponential' vs. `polynomial time' algorithms, or NP vs. P, is a 
  929.   major area of active computational research, with insights very 
  930.   closely intertwined with cryptographic security.)
  931.   
  932.   In October 1992 Arjen Lenstra and Dan Bernstein factored 2^523 - 1 
  933.   into primes, using about three weeks of MasPar time. (The MasPar is 
  934.   a 16384-processor SIMD machine; each processor can add about 200000 
  935.   integers per second.) The algorithm there is called the ``number field 
  936.   sieve''; it is quite a bit faster for special numbers like 2^523 - 1 
  937.   than for general numbers n, but it takes time only 
  938.   exp(O(log^{1/3} n log^{2/3} log n)) in any case.
  939.  
  940.   An older and more popular method for smaller numbers is the ``multiple
  941.   polynomial quadratic sieve'', which takes time exp(O(log^{1/2} n
  942.   log^{1/2} log n))---faster than the number field sieve for small n,
  943.   but slower for large n. The breakeven point is somewhere between 100
  944.   and 150 digits, depending on the implementations.
  945.  
  946.   Factorization is a fast-moving field---the state of the art just a few
  947.   years ago was nowhere near as good as it is now. If no new methods are
  948.   developed, then 2048-bit RSA keys will always be safe from
  949.   factorization, but one can't predict the future. (Before the number
  950.   field sieve was found, many people conjectured that the quadratic
  951.   sieve was asymptotically as fast as any factoring method could be.)
  952.  
  953. 6.10. What about other public-key cryptosystems?
  954.  
  955.   We've talked about RSA because it's well known and easy to describe.
  956.   But there are lots of other public-key systems around, many of which
  957.   are faster than RSA or depend on problems more widely believed to be
  958.   difficult. This has been just a brief introduction; if you really want
  959.   to learn about the many facets of public-key cryptography, consult the
  960.   books and journal articles listed in part 10.
  961.  
  962. 6.11. What is the ``RSA Factoring Challenge''?
  963.  
  964.   [Note: The e-mail addresses below have been reported as invalid.]
  965.   In ~1992 the RSA Data Securities Inc., owner and licensor of multiple
  966.   patents on the RSA hardware and public key cryptographic techniques in
  967.   general, and maker of various software encryption packages and 
  968.   libraries, announced on sci.math and elsewhere the creation of an 
  969.   ongoing Factoring Challenge contest to gauge the state of the art in
  970.   factoring technology. Every month a series of numbers are posted and
  971.   monetary awards are given to the first respondent to break them into
  972.   factors. Very significant hardware resources are required to succeed 
  973.   by beating other participants. Information can be obtained via 
  974.   automated reply from
  975.  
  976.     challenge-rsa-honor-roll@rsa.com
  977.     challenge-partition-honor-roll@rsa.com
  978.  
  979. Archive-name: cryptography-faq/part07
  980. Last-modified: 93/10/10
  981.  
  982. This is the seventh of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  983. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  984. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  985. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  986.  
  987. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  988. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  989. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, talk.politics.crypto, 
  990. sci.answers, and news.answers every 21 days.
  991.  
  992.  
  993.  
  994. Contents:
  995.  
  996. 7.1. What is a one-way hash function?
  997. 7.2. What is the difference between public, private, secret, shared, etc.?
  998. 7.3. What are MD4 and MD5?
  999. 7.4. What is Snefru?
  1000.  
  1001.  
  1002. 7.1. What is a one-way hash function?
  1003.  
  1004.   A typical one-way hash function takes a variable-length message and
  1005.   produces a fixed-length hash. Given the hash it is computationally
  1006.   impossible to find a message with that hash; in fact one can't
  1007.   determine any usable information about a message with that hash, not
  1008.   even a single bit. For some one-way hash functions it's also
  1009.   computationally impossible to determine two messages which produce the
  1010.   same hash.
  1011.  
  1012.   A one-way hash function can be private or public, just like an
  1013.   encryption function. Here's one application of a public one-way hash
  1014.   function, like MD5 or Snefru. Most public-key signature systems are
  1015.   relatively slow. To sign a long message may take longer than the user
  1016.   is willing to wait. Solution: Compute the one-way hash of the message,
  1017.   and sign the hash, which is short. Now anyone who wants to verify the
  1018.   signature can do the same thing.
  1019.  
  1020.   Another name for one-way hash function is message digest function.
  1021.  
  1022. 7.2. What is the difference between public, private, secret, shared, etc.?
  1023.  
  1024.   There is a horrendous mishmash of terminology in the literature for a
  1025.   very small set of concepts. Here are the concepts: (1) When an
  1026.   algorithm depends on a key which isn't published, we call it a private
  1027.   algorithm; otherwise we call it a public algorithm. (2) We have
  1028.   encryption functions E and decryption functions D, so that D(E(M)) = M
  1029.   for any message M. (3) We also have hashing functions H and
  1030.   verification functions V, such that V(M,X) = 1 if and only if X = H(M).
  1031.  
  1032.   A public-key cryptosystem has public encryption and private
  1033.   decryption. Checksums, such as the application mentioned in the
  1034.   previous question, have public hashing and public verification.
  1035.   Digital signature functions have private hashing and public
  1036.   verification: only one person can produce the hash for a message,
  1037.   but everyone can verify that the hash is correct.
  1038.  
  1039.   Obviously, when an algorithm depends on a private key, it's meant to
  1040.   be unusable by anyone who doesn't have the key. There's no real
  1041.   difference between a ``shared'' key and a private key: a shared key
  1042.   isn't published, so it's private. If you encrypt data for a friend
  1043.   rather than ``for your eyes only'', are you suddenly doing
  1044.   ``shared-key encryption'' rather than private-key encryption? No.
  1045.  
  1046. 7.3. What are MD4 and MD5?
  1047.  
  1048.   MD4 and MD5 are message digest functions developed by Ron Rivest.
  1049.   Definitions appear in RFC 1320 and RFC 1321 (see part 10). Code is
  1050.   available from [FTPMD].
  1051.  
  1052.   Note that a transcription error was found in the original MD5 draft
  1053.   RFC. The corrected algorithm should be called MD5a, though some
  1054.   people refer to it as MD5.
  1055.  
  1056. 7.4. What is Snefru?
  1057.  
  1058.   Snefru is a family of message digest functions developed by Ralph
  1059.   Merkle. Snefru-8 is an 8-round function, the newest in the family.
  1060.   Definitions appear in Merkle's paper [ME91a]. Code is available from
  1061.   [FTPSF].
  1062. Archive-name: cryptography-faq/part05
  1063. Last-modified: 94/06/07
  1064.  
  1065.  
  1066. This is the fifth of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  1067. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  1068. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  1069. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  1070.  
  1071. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  1072. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  1073. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, talk.politics.crypto, 
  1074. sci.answers, and news.answers every 21 days.
  1075.  
  1076.  
  1077.  
  1078. Contents:
  1079.  
  1080. 5.1. What is a product cipher?
  1081. 5.2. What makes a product cipher secure?
  1082. 5.3. What are some group-theoretic properties of product ciphers?
  1083. 5.4. What can be proven about the security of a product cipher?
  1084. 5.5. How are block ciphers used to encrypt data longer than the block size?
  1085. 5.6. Can symmetric block ciphers be used for message authentication?
  1086. 5.7. What exactly is DES?
  1087. 5.8. What is triple DES?
  1088. 5.9. What is differential cryptanalysis?
  1089. 5.10. How was NSA involved in the design of DES?
  1090. 5.11. Is DES available in software?
  1091. 5.12. Is DES available in hardware?
  1092. 5.13. Can DES be used to protect classified information?
  1093. 5.14. What are ECB, CBC, CFB, OFB, and PCBC encryption?
  1094.  
  1095.  
  1096. 5.1. What is a product cipher?
  1097.  
  1098.   A product cipher is a block cipher that iterates several weak
  1099.   operations such as substitution, transposition, modular
  1100.   addition/multiplication, and linear transformation. (A ``block
  1101.   cipher'' just means a cipher that encrypts a block of data---8 bytes,
  1102.   say---all at once, then goes on to the next block.) The notion of
  1103.   product ciphers is due to Shannon [SHA49]. Examples of modern
  1104.   product ciphers include LUCIFER [SOR84], DES [NBS77], SP-networks
  1105.   [KAM78], LOKI [BRO90], FEAL [SHI84], PES [LAI90], Khufu and Khafre
  1106.   [ME91a]. The so-called Feistel ciphers are a class of product
  1107.   ciphers which operate on one half of the ciphertext at each round,
  1108.   and then swap the ciphertext halves after each round. LUCIFER,
  1109.   DES, LOKI, and FEAL are examples of Feistel ciphers.
  1110.  
  1111.   The following table compares the main parameters of several product 
  1112.   ciphers:
  1113.  
  1114.   cipher   |   block length   |   key bits   |   number of rounds
  1115.   LUCIFER          128               128                16
  1116.   DES               64                56                16
  1117.   LOKI              64                64                16
  1118.   FEAL              64               128            2^x, x >= 5
  1119.   PES               64               128                 8
  1120.  
  1121. 5.2. What makes a product cipher secure?
  1122.  
  1123.   Nobody knows how to prove mathematically that a product cipher is
  1124.   completely secure. So in practice one begins by demonstrating that the
  1125.   cipher ``looks highly random''. For example, the cipher must be
  1126.   nonlinear, and it must produce ciphertext which functionally depends
  1127.   on every bit of the plaintext and the key. Meyer [MEY78] has shown
  1128.   that at least 5 rounds of DES are required to guarantee such a
  1129.   dependence. In this sense a product cipher should act as a ``mixing''
  1130.   function which combines the plaintext, key, and ciphertext in a
  1131.   complex nonlinear fashion.
  1132.  
  1133.   The fixed per-round substitutions of the product cipher are
  1134.   referred to as S-boxes. For example, LUCIFER has 2 S-boxes, and DES
  1135.   has 8 S-boxes. The nonlinearity of a product cipher reduces to a
  1136.   careful design of these S-boxes. A list of partial design criteria
  1137.   for the S-boxes of DES, which apply to S-boxes in general, may be
  1138.   found in Brown [BRO89] and Brickell et al. [BRI86].
  1139.  
  1140. 5.3. What are some group-theoretic properties of product ciphers?
  1141.  
  1142.   Let E be a product cipher that maps N-bit blocks to N-bit blocks.
  1143.   Let E_K(X) be the encryption of X under key K. Then, for any fixed K,
  1144.   the map sending X to E_K(X) is a permutation of the set of N-bit
  1145.   blocks. Denote this permutation by P_K. The set of all N-bit
  1146.   permutations is called the symmetric group and is written S_{2^N}.
  1147.   The collection of all these permutations P_K, where K ranges over all
  1148.   possible keys, is denoted E(S_{2^N}). If E were a random mapping from
  1149.   plaintexts to ciphertexts then we would expect E(S_{2^N}) to generate
  1150.   a large subset of S_{2^N}.
  1151.  
  1152.   Coppersmith and Grossman [COP74] have shown that a very simple
  1153.   product cipher can generate the alternating group A_{2^N} given a
  1154.   sufficient number of rounds. (The alternating group is half of the
  1155.   symmetric group: it consists of all ``even'' permutations, i.e., all
  1156.   permutations which can be written as an even number of swaps.)
  1157.   Even and Goldreich [EVE83] were able to extend these results to show
  1158.   that Feistel ciphers can generate A_{2^N}, given a sufficient number
  1159.   of rounds.
  1160.  
  1161.   The security of multiple encipherment also depends on the
  1162.   group-theoretic properties of a cipher. Multiple encipherment is an
  1163.   extension over single encipherment if for keys K1, K2 there does
  1164.   not exist a third key K3 such that
  1165.  
  1166.   E_K2(E_K1(X)) == E_(K3)(X)                (**)
  1167.  
  1168.   which indicates that encrypting twice with two independent keys
  1169.   K1, K2 is equal to a single encryption under the third key K3. If
  1170.   for every K1, K2 there exists a K3 such that eq. (**) is true then
  1171.   we say that E is a group.
  1172.  
  1173.   This question of whether DES is a group under this definition was
  1174.   extensively studied by Sherman, Kaliski, and Rivest [SHE88]. In their
  1175.   paper they give strong evidence for the hypothesis that DES is not a
  1176.   group. In fact DES is not a group [CAM93].
  1177.  
  1178. 5.4. What can be proven about the security of a product cipher?
  1179.  
  1180.   Recall from above that P_K is a permutation produced by E under
  1181.   some key K. The goal of the designer of E is to ensure that P_K
  1182.   appears to be a random element of S_{2^N}, the symmetric group.
  1183.   Let R be an element of S_{2^N} selected randomly. We will say that P_K
  1184.   and R are indistinguishable if an observer given P_K and R in some
  1185.   order cannot distinguish between these two permutations in polynomial
  1186.   time. That is, with time bounded resources, the observer cannot
  1187.   determine which of the permutations is produced by E: the optimal
  1188.   decision is no better than simply guessing.
  1189.  
  1190.   Luby and Rackoff [LUB88] have shown that a class of Feistel ciphers
  1191.   are secure in this sense when the round mapping is replaced by
  1192.   random boolean functions.
  1193.  
  1194. 5.5. How are block ciphers used to encrypt data longer than the block size?
  1195.  
  1196.   There are four standard ``modes of operation'' (and numerous non-standard
  1197.   ones as well). The standard modes of operation are defined in the U.S.
  1198.   Department of Commerce Federal Information Processing Standard (FIPS) 81,
  1199.   published in 1980. See the question about ECB below for more details.
  1200.  
  1201.   Although they are defined for the DES block cipher, the ``modes of
  1202.   operation'' can be used with any block cipher.
  1203.  
  1204. 5.6. Can symmetric block ciphers be used for message authentication?
  1205.  
  1206.   You may use a symmetric cryptosystem block cipher to prove to yourself
  1207.   that you generated a message, and that the message wasn't altered
  1208.   after you created it. But you cannot prove these things to anyone else
  1209.   without revealing your key. Thereafter you cannot prove anything about
  1210.   messages authenticated with that key.
  1211.   
  1212.   See ANSI X3.106-1983 and FIPS 113 (1985) for a standard method of message
  1213.   authentication using DES.
  1214.  
  1215. 5.7. What exactly is DES?
  1216.  
  1217.   DES is the U.S. Government's Data Encryption Standard, a product 
  1218.   cipher that operates on 64-bit blocks of data, using a 56-bit key. 
  1219.  
  1220.   It is defined in FIPS 46-1 (1988) [which supersedes FIPS 46 (1977)].
  1221.   FIPS are Federal Information Processing Standards published by NTIS.
  1222.   DES is identical to the ANSI standard Data Encryption Algorithm (DEA)
  1223.   defined in ANSI X3.92-1981. 
  1224.  
  1225. 5.8. What is triple DES?
  1226.  
  1227.   Triple DES is a product cipher which, like DES, operates on 64-bit 
  1228.   data blocks. There are several forms, each of which uses the DES
  1229.   cipher 3 times. Some forms use two 56-bit keys, some use three.
  1230.   The DES ``modes of operation'' may also be used with triple-DES.
  1231.  
  1232.   Some people refer to E(K1,D(K2,E(K1,x))) as triple-DES.
  1233.  
  1234.   This method is defined in chapter 7.2 of the ANSI standard X9.17-1985
  1235.   ``Financial Institution Key Management'' and is intended for use in
  1236.   encrypting DES keys and IVs for ``Automated Key Distribution''. Its
  1237.   formal name is ``Encryption and Decryption of a Single Key by a Key
  1238.   Pair'', but it is referenced in other standards documents as EDE.
  1239.  
  1240.   That standard says (section 7.2.1): ``Key encrypting keys may be a single
  1241.   DEA key or a DEA key pair. Key pairs shoud be used where additional
  1242.   security is needed (e.g., the data protected by the key(s) has a long
  1243.   security life). A key pair shall not be encrypted or decrypted using a
  1244.   single key.''
  1245.  
  1246.   Others use the term ``triple-DES'' for E(K1,D(K2,E(K3,x))) or
  1247.   E(K1,E(K2,E(K3,x))).
  1248.  
  1249.   All of these methods are defined only for ECB mode of operation.  The
  1250.   security of various methods of achieving other modes of operation (such as
  1251.   CBC) is under study at the moment.  For now, it should be assumed that
  1252.   other modes be defined as they are today, but with E(K1,D(K2,E(K1,x))) as
  1253.   the block cipher within the feedback mechanism creating the mode.
  1254.  
  1255.   One of us (Ellison) has long advocated triple DES use in the form
  1256.  
  1257.     E(K1, Tran( E(K2, Tran( E(K3, Compress( x )))))),
  1258.  
  1259.   where each DES instance has its own key and IV (for CBC mode) and Tran is
  1260.   a large-block transposition program. Tran is available from [FTPTR].  This
  1261.   claims to gain security by diffusing single bit changes over a much larger
  1262.   block (Tran's block size).  Other compositions of weak ciphers with DES
  1263.   are possible.  For example, one could use:
  1264.  
  1265.    E(K1, Prngxor(K4, Tran( E(K2, Tran( Prngxor(K5, E(K3, Compress( x )))))))),
  1266.  
  1267.   where Prngxor() [FTPPX] is a simple stream cipher driven from a long-period
  1268.   pseudo-random number generator (PRNG), to make sure that all plaintext or
  1269.   ciphertext patterns are hidden while permitting the use of ECB mode for DES
  1270.   (since there are certain weaknesses in the use of inner CBC loops for
  1271.   multiple-DES, under some attacks, and we do not yet know if these show up
  1272.   under composition with Tran()).
  1273.  
  1274. 5.9. What is differential cryptanalysis?
  1275.  
  1276.   Differential cryptanalysis is a statistical attack that can be
  1277.   applied to any iterated mapping (i.e., any mapping which is based on
  1278.   a repeated round function). The method was recently popularized by
  1279.   Biham and Shamir [BIH91], but Coppersmith has remarked that the
  1280.   S-boxes of DES were optimized against this attack some 20 years ago.
  1281.   This method has proved effective against several product ciphers,
  1282.   notably FEAL [BI91a].
  1283.  
  1284.   Differential cryptanalysis is based on observing a large number of
  1285.   ciphertexts Y, Y' whose corresponding plaintexts X, X' satisfy a
  1286.   known difference D = X+X', where + is componentwise XOR. In the
  1287.   basic Biham-Shamir attack, 2^{47} such plaintext pairs are required
  1288.   to determine the key for DES. Substantially fewer pairs are required
  1289.   if DES is truncated to 6 or 8 rounds. In these cases, the actual key
  1290.   can be recovered in a matter of minutes using a few thousand pairs.
  1291.   For full DES this attack is impractical because it requires so many
  1292.   known plaintexts.
  1293.  
  1294.   The work of Biham and Shamir on DES revealed several startling
  1295.   observations on the algorithm. Most importantly, if the key
  1296.   schedule was removed from DES and a 16*48 = 768-bit key was used,
  1297.   the key could be recovered in less than 2^{64} steps. Thus
  1298.   independent subkeys do not add substantial security to DES.
  1299.   Further, the S-boxes of DES are extremely sensitive in that
  1300.   changing even single entries in these tables yields significant
  1301.   improvement in the differential attack.
  1302.  
  1303.   Adi Shamir is quoted to say (NYTimes Oct 13 1991), ``I would say
  1304.   that, contrary to what some people believe, there is no evidence
  1305.   of tampering with the DES so that the basic design was weakened.''
  1306.  
  1307. 5.10. How was NSA involved in the design of DES?
  1308.  
  1309.   According to Kinnucan [KIN78], Tuchman, a member of the group that
  1310.   developed DES at IBM is quoted as saying, ``We developed the DES
  1311.   algorithm entirely within IBM using IBMers. The NSA did not
  1312.   dictate a single wire!'' Tuchman and Meyer (another developer of
  1313.   DES) spent a year breaking ciphers and finding weaknesses in
  1314.   Lucifer. They then spent two years strengthening Lucifer. ``Their
  1315.   basic approach was to look for strong substitution, permutation,
  1316.   and key scheduling functions ... IBM has classified the notes
  1317.   containing the selection criteria at the request of the NSA....
  1318.   `The NSA told us we had inadvertently reinvented some of the deep
  1319.   secrets it uses to make its own algorithms,' explains Tuchman.''
  1320.   
  1321.   On the other hand, a document called ``Involvement of the NSA in
  1322.   the development of DES: unclassified summary of the United States
  1323.   Select Committee on Intelligence'', printed in the IEEE
  1324.   Communications Magazine, p53-55, 1978, states: ``In the development
  1325.   of DES, NSA convinced IBM that a reduced keysize was sufficient;
  1326.   indirectly assisted in the development of the S-box structures; and
  1327.   certified that the final DES algorithm was, to the best of their
  1328.   knowledge, free from any statistical or mathematical weakness.''
  1329.  
  1330.   Clearly the key size was reduced at the insistence of the NSA.
  1331.   The article further states that the NSA did not tamper with the
  1332.   algorithm itself, just the parameters, which in some sense
  1333.   resolves the apparent conflict in the remarks of Meyer and Tuchman
  1334.   presented above.
  1335.  
  1336. 5.11. Is DES available in software?
  1337.  
  1338.   Several people have made DES code available via ftp (see part 10 for
  1339.   pathnames): Stig Ostholm [FTPSO]; BSD [FTPBK]; Eric Young [FTPEY];
  1340.   Dennis Furguson [FTPDF]; Mark Riordan [FTPMR]; Phil Karn [FTPPK].
  1341.   A Pascal listing of DES is also given in Patterson [PAT87]. Antti 
  1342.   Louko <alo@kampi.hut.fi> has written a version of DES with BigNum
  1343.   packages in [FTPAL].
  1344.  
  1345.   FIPS 46-1 says ``The algorithm specified in this standard is to be
  1346.   implemented ... using hardware (not software) technology. ...
  1347.   Software implementations in general purpose computers are not in
  1348.   compliance with this standard.''  Despite this, software
  1349.   implementations abound, and are used by government agencies.
  1350.  
  1351. 5.12. Is DES available in hardware?
  1352.  
  1353.   The following paragraphs are quoted from messages sent to the editors.
  1354.   We don't vouch for the quality or even existence of the products.
  1355.  
  1356.   Christian Franke, franke@informatik.rwth-aachen.de, says: ``1.
  1357.   Cryptech CRY12C102: 22.5Mbit/s according to Data Sheet, with 32 Bit
  1358.   interface. We use this one, because it was the only one available when
  1359.   we started the project. No problems !  2. Pijnenburg PCC100: 20Mbit/s
  1360.   according to Data Sheet. Address: PIJNENBURG B.V., Boxtelswweg 26,
  1361.   NL-5261 NE Vught, The Netherlands. 3. INFOSYS DES Chip (Germany):
  1362.   S-Boxes must be loaded by software. So you can modify the Algorithm.
  1363.   Sorry, I don't have the data sheet handy. Please E-Mail me if you need
  1364.   further information.''
  1365.  
  1366.   Marcus J Ranum, mjr@tis.com, says: ``SuperCrypt'' 100Mb/sec and faster
  1367.   DES and Proprietary Storage for 16 56-bit keys Key stream generator
  1368.   Integrated hardware DES3 procedure Extended mode with 112 bit keys;
  1369.   Computer Elektronik Infosys; 512-A Herndon Parkway,; Herndon, VA
  1370.   22070; 800-322-3464.
  1371.  
  1372.   Tim Hember, thember@gandalf.ca, says: Newbridge Microsystems sells
  1373.   an AM9568 compatible DES chip that operates at 25MHz, performs a
  1374.   round of encryption in 18 clocks, has a three-stage pipeline,
  1375.   supports ECB, CBC, CFB-8 and >>> CFB-1 <<<<. Further it is very
  1376.   reasonable priced as opposed to other high-end DES chips. Call
  1377.   Newbridge Microsystems, Ottawa, 613-592-0714. (... there are no
  1378.   import/export issues with Canada and the US). If you require custom
  1379.   DES or Public Key ICs then Timestep Engineering developed
  1380.   Newbridge's crypto chips and ICs for other commercial and
  1381.   educational establishments. They can be reached at 613-820-0024.
  1382.  
  1383. 5.13. Can DES be used to protect classified information?
  1384.  
  1385.   DES is not intended to protect classified data. FIPS 46-1 says:
  1386.   ``This standard will be used by Federal departments and agencies for
  1387.   the cryptographic protection of computer data when the following
  1388.   conditions apply: 1. ... cryptographic protection is required; and
  1389.   2. the data is not classified according to the National Security Act
  1390.   of 1947, as amended, or the Atomic Energy Act of 1954, as amended.''
  1391.  
  1392. 5.14. What are ECB, CBC, CFB, OFB, and PCBC encryption?
  1393.  
  1394.   These are methods for using block ciphers, such as DES, to encrypt 
  1395.   messages, files, and blocks of data, known as ``modes of operation.''
  1396.   Four ``modes of operation'' are defined in FIPS 81 (1980 December 2), 
  1397.   and also in ANSI X3.106-1983. 
  1398.  
  1399.   FIPS 81 specifies that when 7-bit ASCII data is sent in octets, the
  1400.   unused most-significant bit is to be set to 1.
  1401.  
  1402.   FIPS 81 also specifies the padding for short blocks.
  1403.  
  1404.   The four FIPS/ANSI standard DES modes of operation are: 
  1405.         Electronic Code Book  (ECB), 
  1406.         Cipher Block Chaining (CBC), 
  1407.         K-bit Cipher FeedBack (CFB), and 
  1408.         K-bit Output FeedBack (OFB).
  1409.  
  1410.   All four of the ANSI/FIPS modes have very little "error extension".
  1411.   For a single bit error in the cipherstream, none of them produce an
  1412.   error burst in the decrypted output stream of longer than 128 bits.
  1413.  
  1414.   A fifth mode of operation, used in Kerberos and elsewhere but not
  1415.   defined in any standard, is error-Propagating Cipher Block Chaining 
  1416.   (PCBC).  Unlike the 4 standard modes, PCBC extends or propagates the
  1417.   effect of a single bit error in the cipherstream throughout remainder 
  1418.   of the decrypted textstream after the point of error.
  1419.  
  1420.   These 5 methods are explained below in a C-language-like notation.
  1421.  
  1422.   Some symbols:
  1423.  
  1424.   P[n]  The n'th block of plaintext, input to encryption, output from
  1425.         decryption. Size of block determined by the mode.
  1426.  
  1427.   C[n]  The n'th block of ciphertext, output from encryption, input to
  1428.         decryption. Size of block determined by the mode.
  1429.  
  1430.   E(m)  The DES encryption function, performed on 64-bit block m, using
  1431.         the 16-key schedule derived from some 56-bit key.
  1432.  
  1433.   D(m)  The DES decryption function, performed on 64-bit block m, using
  1434.         the same key schedule as in E(m), except that the 16 keys
  1435.         in the schedule are used in the opposite order as in E(m).
  1436.  
  1437.   IV    A 64-bit ``initialization vector'', a secret value which, along with
  1438.         the key, is shared by both encryptor and decryptor.
  1439.  
  1440.   I[n]  The n'th value of a 64-bit variable, used in some modes.
  1441.   R[n]  The n'th value of a 64-bit variable, used in some modes.
  1442.  
  1443.   LSB(m,k) The k least significant (right-most) bits of m.
  1444.         e.g. m & ((1 << k) - 1)
  1445.  
  1446.   MSB(m,k) The k most significant (left-most) bits of m.
  1447.         e.g. (m >> (64-k)) & ((1 << k) - 1)
  1448.  
  1449.   = ^ << >> &  operators as defined in the c langage.
  1450.  
  1451.  
  1452.   Electronic Code Book (ECB):
  1453.  
  1454.           P[n] and C[n] are each 64-bits long.
  1455.  
  1456.           Encryption:                   Decryption:
  1457.           C[n] = E(P[n])                P[n] = D(C[n])
  1458.  
  1459.  
  1460.   Cipher Block Chaining (CBC):
  1461.  
  1462.           P[n] and C[n] are each 64-bits long.
  1463.  
  1464.           Encryption:                   Decryption:
  1465.           C[0] = E(P[0]^IV)             P[0] = D(C[0])^IV
  1466.   (n>0)   C[n] = E(P[n]^C[n-1])         P[n] = D(C[n])^C[n-1]
  1467.  
  1468.  
  1469.   Propagating Cipher Block Chaining (PCBC):
  1470.  
  1471.           P[n] and C[n] are each 64-bits long.
  1472.  
  1473.           Encryption:                   Decryption:
  1474.           C[0] = E(P[0]^IV)             P[0] = D(C[0])^IV
  1475.   (n>0)   C[n] = E(P[n]^P[n-1]^C[n-1])  P[n] = D(C[n])^P[n-1]^C[n-1]
  1476.  
  1477.  
  1478.   k-bit Cipher FeedBack (CFB):
  1479.  
  1480.           P[n] and C[n] are each k bits long, 1 <= k <= 64. 
  1481.  
  1482.           Encryption:                   Decryption:
  1483.           I[0] = IV                     I[0] = IV
  1484.   (n>0)   I[n] = I[n-1]<<k | C[n-1]     I[n] = I[n-1]<<k | C[n-1]       
  1485.   (all n) R[n] = MSB(E(I[n]),k)         R[n] = MSB(E(I[n]),k)
  1486.   (all n) C[n] = P[n]^R[n]              P[n] = C[n]^R[n]
  1487.  
  1488.           Note that for k==64, this reduces to:
  1489.  
  1490.           I[0] = IV                     I[0] = IV
  1491.   (n>0)   I[n] = C[n-1]                 I[n] = C[n-1]   
  1492.   (all n) R[n] = E(I[n])                R[n] = E(I[n])
  1493.   (all n) C[n] = P[n]^R[n]              P[n] = C[n]^R[n]
  1494.  
  1495.   CFB notes: Since I[n] depends only on the plain or cipher text from the
  1496.   previous operation, the E() function can be performed in parallel with
  1497.   the reception of the text with which it is used.
  1498.  
  1499.  
  1500.   k-bit Output FeedBack (OFB):
  1501.  
  1502.           P[n] and C[n] are each k bits long, 1 <= k <= 64. 
  1503.  
  1504.           Encryption:                   Decryption:
  1505.           I[0] = IV                     I[0] = IV
  1506.   (n>0)   I[n] = I[n-1]<<k | R[n-1]     I[n] = I[n-1]<<k | R[n-1]       
  1507.   (all n) R[n] = MSB(E(I[n]),k)         R[n] = MSB(E(I[n]),k)
  1508.   (all n) C[n] = P[n]^R[n]              P[n] = C[n]^R[n]
  1509.  
  1510.           Note that for k==64, this reduces to:
  1511.  
  1512.           I[0] = IV                     I[0] = IV
  1513.   (n>0)   I[n] = R[n-1]                 I[n] = R[n-1]   
  1514.   (all n) R[n] = E(I[n])                R[n] = E(I[n])
  1515.   (all n) C[n] = P[n]^R[n]              P[n] = C[n]^R[n]
  1516.  
  1517.   OFB notes: encryption and decryption are identical. Since I[n] is
  1518.   independent of P and C, the E() function can be performed in advance of
  1519.   the receipt of the plain/cipher text with which it is to be used.
  1520.  
  1521.  
  1522.   Additional notes on DES ``modes of operation'':
  1523.  
  1524.   ECB and CBC use E() to encrypt and D() to decrypt, but the feedback
  1525.   modes use E() to both encrypt and decrypt. This disproves the following 
  1526.   erroneous claim: ``DES implementations which provide E() but not D()
  1527.   cannot be used for data confidentiality.''
  1528. Archive-name: cryptography-faq/part08
  1529. Last-modified: 94/01/25
  1530.  
  1531.  
  1532. This is the eighth of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  1533. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  1534. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  1535. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  1536.  
  1537. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  1538. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  1539. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, talk.politics.crypto, 
  1540. sci.answers, and news.answers every 21 days.
  1541.  
  1542.  
  1543.  
  1544. Contents
  1545.  
  1546. 8.1. How do I recover from lost passwords in WordPerfect?
  1547. 8.2. How do I break a Vigenere (repeated-key) cipher?
  1548. 8.3. How do I send encrypted mail under UNIX? [PGP, RIPEM, PEM, ...]
  1549. 8.4. Is the UNIX crypt command secure?
  1550. 8.5. How do I use compression with encryption?
  1551. 8.6. Is there an unbreakable cipher?
  1552. 8.7. What does ``random'' mean in cryptography?
  1553. 8.8. What is the unicity point (a.k.a. unicity distance)?
  1554. 8.9. What is key management and why is it important?
  1555. 8.10. Can I use pseudo-random or chaotic numbers as a key stream?
  1556. 8.11. What is the correct frequency list for English letters?
  1557. 8.12. What is the Enigma?
  1558. 8.13. How do I shuffle cards?
  1559. 8.14. Can I foil S/W pirates by encrypting my CD-ROM?
  1560. 8.15. Can you do automatic cryptanalysis of simple ciphers?
  1561. 8.16. What is the coding system used by VCR+?
  1562.  
  1563.  
  1564. 8.1. How do I recover from lost passwords in WordPerfect?
  1565.  
  1566.   WordPerfect encryption has been shown to be very easy to break.
  1567.   The method uses XOR with two repeating key streams: a typed password
  1568.   and a byte-wide counter initialized to 1+<the password length>. Full
  1569.   descriptions are given in Bennett [BEN87] and Bergen and Caelli
  1570.   [BER91].
  1571.  
  1572.   Chris Galas writes: ``Someone awhile back was looking for a way to
  1573.   decrypt WordPerfect document files and I think I have a solution. 
  1574.   There is a software company named: Accessdata (87 East 600 South,
  1575.   Orem, UT 84058), 1-800-658-5199 that has a software package that will
  1576.   decrypt any WordPerfect, Lotus 1-2-3, Quatro-Pro, MS Excel and Paradox
  1577.   files. The cost of the package is $185. Steep prices, but if you
  1578.   think your pw key is less than 10 characters, (or 10 char) give them a
  1579.   call and ask for the free demo disk. The demo disk will decrypt files
  1580.   that have a 10 char or less pw key.'' Bruce Schneier says the phone
  1581.   number for AccessData is 801-224-6970.
  1582.  
  1583. 8.2. How do I break a Vigenere (repeated-key) cipher?
  1584.  
  1585.   A repeated-key cipher, where the ciphertext is something like the
  1586.   plaintext xor KEYKEYKEYKEY (and so on), is called a Vigenere cipher.
  1587.   If the key is not too long and the plaintext is in English, do the
  1588.   following: 
  1589.  
  1590.   1. Discover the length of the key by counting coincidences.
  1591.   (See Gaines [GAI44], Sinkov [SIN66].) Trying each displacement of
  1592.   the ciphertext against itself, count those bytes which are equal. 
  1593.   If the two ciphertext portions have used the same key, something
  1594.   over 6% of the bytes will be equal. If they have used different
  1595.   keys, then less than 0.4% will be equal (assuming random 8-bit bytes
  1596.   of key covering normal ASCII text). The smallest displacement which
  1597.   indicates an equal key is the length of the repeated key.
  1598.  
  1599.   2. Shift the text by that length and XOR it with itself. This
  1600.   removes the key and leaves you with text XORed with itself. Since
  1601.   English has about 1 bit of real information per byte, 2 streams of
  1602.   text XORed together has 2 bits of info per 8-bit byte, providing
  1603.   plenty of redundancy for choosing a unique decryption. (And in fact
  1604.   one stream of text XORed with itself has just 1 bit per byte.)
  1605.  
  1606.   If the key is short, it might be even easier to treat this as a
  1607.   standard polyalphabetic substitution. All the old cryptanalysis
  1608.   texts show how to break those. It's possible with those methods, in
  1609.   the hands of an expert, if there's only ten times as much text as key.
  1610.   See, for example, Gaines [GAI44], Sinkov [SIN66].
  1611.  
  1612. 8.3. How do I send encrypted mail under UNIX? [PGP, RIPEM, PEM, ...]
  1613.  
  1614.   Here's one popular method, using the des command:
  1615.  
  1616.     cat file | compress | des private_key | uuencode | mail
  1617.  
  1618.   Meanwhile, there is a de jure Internet standard in the works called
  1619.   PEM (Privacy Enhanced Mail). It is described in RFCs 1421 through
  1620.   1424. To join the PEM mailing list, contact pem-dev-request@tis.com.
  1621.   There is a beta version of PEM being tested at the time of this
  1622.   writing.
  1623.  
  1624.   There are also two programs available in the public domain for encrypting
  1625.   mail: PGP and RIPEM. Both are available by FTP. Each has its own
  1626.   newsgroup: alt.security.pgp and alt.security.ripem. Each has its own FAQ
  1627.   as well.
  1628.  
  1629.   PGP is most commonly used outside the USA since it uses the RSA algorithm
  1630.   without a license and RSA's patent is valid only (or at least primarily)
  1631.   in the USA.
  1632.  
  1633.   RIPEM is most commonly used inside the USA since it uses the RSAREF which
  1634.   is freely available within the USA but not available for shipment outside
  1635.   the USA.
  1636.  
  1637.   Since both programs use a secret key algorithm for encrypting the body of
  1638.   the message (PGP used IDEA; RIPEM uses DES) and RSA for encrypting the
  1639.   message key, they should be able to interoperate freely. Although there
  1640.   have been repeated calls for each to understand the other's formats and
  1641.   algorithm choices, no interoperation is available at this time (as far as
  1642.   we know).
  1643.  
  1644. 8.4. Is the UNIX crypt command secure?
  1645.  
  1646.   No. See [REE84]. There is a program available called cbw (crypt
  1647.   breaker's workbench) which can be used to do ciphertext-only attacks
  1648.   on files encrypted with crypt. One source for CBW is [FTPCB].
  1649.  
  1650. 8.5. How do I use compression with encryption?
  1651.  
  1652.   A number of people have proposed doing perfect compression followed by
  1653.   some simple encryption method (e.g., XOR with a repeated key).  This
  1654.   would work, if you could do perfect compression.  Unfortunately, you can
  1655.   only compress perfectly if you know the exact distribution of possible
  1656.   inputs, and that is almost certainly not possible.
  1657.  
  1658.   Compression aids encryption by reducing the redundancy of the plaintext.
  1659.   This increases the amount of ciphertext you can send encrypted under a
  1660.   given number of key bits.  (See "unicity distance")
  1661.  
  1662.   Nearly all practical compression schemes, unless they have been designed
  1663.   with cryptography in mind, produce output that actually starts off with
  1664.   high redundancy. For example, the output of UNIX compress begins with a
  1665.   well-known three-byte ``magic number''.  This produces a field of "known
  1666.   plaintext" which can be used for some forms of cryptanalytic attack.
  1667.   Compression is generally of value, however, because it removes other
  1668.   known plaintext in the middle of the file being encrypted.  In general,
  1669.   the lower the redundancy of the plaintext being fed an encryption
  1670.   algorithm, the more difficult the cryptanalysis of that algorithm.
  1671.  
  1672.   In addition, compression shortens the input file, shortening the output
  1673.   file and reducing the amount of CPU required to do the encryption
  1674.   algorithm, so even if there were no enhancement of security, compression
  1675.   before encryption would be worthwhile.
  1676.  
  1677.   Compression after encryption is silly.  If an encryption algorithm is
  1678.   good, it will produce output which is statistically indistinguishable
  1679.   from random numbers and no compression algorithm will successfully
  1680.   compress random numbers.  On the other hand, if a compression algorithm
  1681.   succeeds in finding a pattern to compress out of an encryption's output,
  1682.   then a flaw in that algorithm has been found.
  1683.  
  1684. 8.6. Is there an unbreakable cipher?
  1685.  
  1686.   Yes. The one-time pad is unbreakable; see part 4. Unfortunately the
  1687.   one-time pad requires secure distribution of as much key material as
  1688.   plaintext.
  1689.  
  1690.   Of course, a cryptosystem need not be utterly unbreakable to be
  1691.   useful. Rather, it needs to be strong enough to resist attacks by
  1692.   likely enemies for whatever length of time the data it protects is
  1693.   expected to remain valid.
  1694.  
  1695. 8.7. What does ``random'' mean in cryptography?
  1696.  
  1697.   Cryptographic applications demand much more out of a pseudorandom
  1698.   number generator than most applications. For a source of bits to be
  1699.   cryptographically random, it must be computationally impossible to
  1700.   predict what the Nth random bit will be given complete knowledge of
  1701.   the algorithm or hardware generating the stream and the sequence of
  1702.   0th through N-1st bits, for all N up to the lifetime of the source.
  1703.  
  1704.   A software generator (also known as pseudo-random) has the function
  1705.   of expanding a truly random seed to a longer string of apparently
  1706.   random bits. This seed must be large enough not to be guessed by
  1707.   the opponent. Ideally, it should also be truly random (perhaps
  1708.   generated by a hardware random number source).
  1709.  
  1710.   Those who have Sparcstation 1 workstations could, for example,
  1711.   generate random numbers using the audio input device as a source of
  1712.   entropy, by not connecting anything to it. For example,
  1713.  
  1714.         cat /dev/audio | compress - >foo
  1715.  
  1716.   gives a file of high entropy (not random but with much randomness in
  1717.   it). One can then encrypt that file using part of itself as a key,
  1718.   for example, to convert that seed entropy into a pseudo-random
  1719.   string.
  1720.  
  1721.   When looking for hardware devices to provide this entropy, it is
  1722.   important really to measure the entropy rather than just assume that
  1723.   because it looks complicated to a human, it must be "random". For
  1724.   example, disk operation completion times sound like they might be
  1725.   unpredictable (to many people) but a spinning disk is much like a
  1726.   clock and its output completion times are relatively low in entropy.
  1727.  
  1728. 8.8. What is the unicity point (a.k.a. unicity distance)?
  1729.  
  1730.   See [SHA49]. The unicity distance is an approximation to that amount
  1731.   of ciphertext such that the sum of the real information (entropy) in
  1732.   the corresponding source text and encryption key equals the number
  1733.   of ciphertext bits used. Ciphertexts significantly longer than this
  1734.   can be shown probably to have a unique decipherment. This is used to
  1735.   back up a claim of the validity of a ciphertext-only cryptanalysis. 
  1736.   Ciphertexts significantly shorter than this are likely to have
  1737.   multiple, equally valid decryptions and therefore to gain security
  1738.   from the opponent's difficulty choosing the correct one.
  1739.  
  1740.   Unicity distance, like all statistical or information-theoretic
  1741.   measures, does not make deterministic predictions but rather gives
  1742.   probabilistic results: namely, the minimum amount of ciphertext
  1743.   for which it is likely that there is only a single intelligible
  1744.   plaintext corresponding to the ciphertext, when all possible keys
  1745.   are tried for the decryption. Working cryptologists don't normally
  1746.   deal with unicity distance as such. Instead they directly determine
  1747.   the likelihood of events of interest.
  1748.  
  1749.   Let the unicity distance of a cipher be D characters. If fewer than
  1750.   D ciphertext characters have been intercepted, then there is not
  1751.   enough information to distinguish the real key from a set of
  1752.   possible keys. DES has a unicity distance of 17.5 characters,
  1753.   which is less than 3 ciphertext blocks (each block corresponds to
  1754.   8 ASCII characters). This may seem alarmingly low at first, but
  1755.   the unicity distance gives no indication of the computational work
  1756.   required to find the key after approximately D characters have been
  1757.   intercepted.
  1758.  
  1759.   In fact, actual cryptanalysis seldom proceeds along the lines used
  1760.   in discussing unicity distance. (Like other measures such as key
  1761.   size, unicity distance is something that guarantees insecurity if
  1762.   it's too small, but doesn't guarantee security if it's high.) Few
  1763.   practical cryptosystems are absolutely impervious to analysis; all
  1764.   manner of characteristics might serve as entering ``wedges'' to crack
  1765.   some cipher messages. However, similar information-theoretic
  1766.   considerations are occasionally useful, for example, to determine a
  1767.   recommended key change interval for a particular cryptosystem.
  1768.   Cryptanalysts also employ a variety of statistical and
  1769.   information-theoretic tests to help guide the analysis in the most
  1770.   promising directions.
  1771.  
  1772.   Unfortunately, most literature on the application of information
  1773.   statistics to cryptanalysis remains classified, even the seminal
  1774.   1940 work of Alan Turing (see [KOZ84]). For some insight into the
  1775.   possibilities, see [KUL68] and [GOO83].
  1776.  
  1777. 8.9. What is key management and why is it important?
  1778.  
  1779.   One of the fundamental axioms of cryptography is that the enemy is in
  1780.   full possession of the details of the general cryptographic system,
  1781.   and lacks only the specific key data employed in the encryption. (Of
  1782.   course, one would assume that the CIA does not make a habit of telling
  1783.   Mossad about its cryptosystems, but Mossad probably finds out anyway.)
  1784.   Repeated use of a finite amount of key provides redundancy that can
  1785.   eventually facilitate cryptanalytic progress. Thus, especially in
  1786.   modern communication systems where vast amounts of information are
  1787.   transferred, both parties must have not only a sound cryptosystem but
  1788.   also enough key material to cover the traffic.
  1789.  
  1790.   Key management refers to the distribution, authentication, and
  1791.   handling of keys.
  1792.  
  1793.   A publicly accessible example of modern key management technology
  1794.   is the STU III secure telephone unit, which for classified use
  1795.   employs individual coded ``Crypto Ignition Keys'' and a central Key
  1796.   Management Center operated by NSA. There is a hierarchy in that
  1797.   certain CIKs are used by authorized cryptographic control
  1798.   personnel to validate the issuance of individual traffic keys and
  1799.   to perform installation/maintenance functions, such as the
  1800.   reporting of lost CIKs.
  1801.  
  1802.   This should give an inkling of the extent of the key management
  1803.   problem. For public-key systems, there are several related issues,
  1804.   many having to do with ``whom do you trust?''
  1805.  
  1806. 8.10. Can I use pseudo-random or chaotic numbers as a key stream?
  1807.  
  1808.   Chaotic equations and fractals produce an apparent randomness from
  1809.   relatively compact generators. Perhaps the simplest example is a
  1810.   linear congruential sequence, one of the most popular types of random
  1811.   number generators, where there is no obvious dependence between seeds
  1812.   and outputs. Unfortunately the graph of any such sequence will, in a
  1813.   high enough dimension, show up as a regular lattice. Mathematically
  1814.   this lattice corresponds to structure which is notoriously easy for
  1815.   cryptanalysts to exploit. More complicated generators have more
  1816.   complicated structure, which is why they make interesting pictures---
  1817.   but a cryptographically strong sequence will have no computable
  1818.   structure at all.
  1819.  
  1820.   See [KNU81], exercise 3.5-7; [REE77]; and [BOY89].
  1821.  
  1822. 8.11. What is the correct frequency list for English letters?
  1823.  
  1824.   There are three answers to this question, each slightly deeper than
  1825.   the one before. You can find the first answer in various books:
  1826.   namely, a frequency list computed directly from a certain sample of
  1827.   English text.
  1828.  
  1829.   The second answer is that ``the English language'' varies from author
  1830.   to author and has changed over time, so there is no definitive list.
  1831.   Of course the lists in the books are ``correctly'' computed, but
  1832.   they're all different: exactly which list you get depends on which
  1833.   sample was taken. Any particular message will have different
  1834.   statistics from those of the language as a whole.
  1835.  
  1836.   The third answer is that yes, no particular message is going to have
  1837.   exactly the same characteristics as English in general, but for all
  1838.   reasonable statistical uses these slight discrepancies won't matter.
  1839.   In fact there's an entire field called ``Bayesian statistics'' (other
  1840.   buzzwords are ``maximum entropy methods'' and ``maximum likelihood
  1841.   estimation'') which studies questions like ``What's the chance that a
  1842.   text with these letter frequencies is in English?'' and comes up with
  1843.   reasonably robust answers.
  1844.  
  1845.   So make your own list from your own samples of English text. It will
  1846.   be good enough for practical work, if you use it properly.
  1847.  
  1848. 8.12. What is the Enigma?
  1849.  
  1850.   ``For a project in data security we are looking for sources of
  1851.   information about the German Enigma code and how it was broken by
  1852.   the British during WWII.''
  1853.  
  1854.   See [WEL82], [DEA85], [KOZ84], [HOD83], [KAH91].
  1855.  
  1856. 8.13. How do I shuffle cards?
  1857.  
  1858.   Card shuffling is a special case of the permutation of an array of
  1859.   values, using a random or pseudo-random function. All possible output
  1860.   permutations of this process should be equally likely. To do this, you
  1861.   need a random function (modran(x)) which will produce a uniformly
  1862.   distributed random integer in the interval [0..x-1]. Given that
  1863.   function, you can shuffle with the following [C] code: (assuming ARRLTH
  1864.   is the length of array arr[] and swap() interchanges values at the two
  1865.   addresses given)
  1866.  
  1867.   for ( n = ARRLTH-1; n > 0 ; n-- ) swap( &arr[modran( n+1 )], &arr[n] ) ;
  1868.  
  1869.   modran(x) can not be achieved exactly with a simple (ranno() % x) since
  1870.   ranno()'s interval may not be divisible by x, although in most cases the
  1871.   error will be very small. To cover this case, one can take ranno()'s
  1872.   modulus mod x, call that number y, and if ranno() returns a value less
  1873.   than y, go back and get another ranno() value.
  1874.  
  1875.   See [KNU81] for further discussion.
  1876.  
  1877. 8.14. Can I foil S/W pirates by encrypting my CD-ROM?
  1878.  
  1879.   Someone will frequently express the desire to publish a CD-ROM with
  1880.   possibly multiple pieces of software, perhaps with each encrypted
  1881.   separately, and will want to use different keys for each user (perhaps
  1882.   even good for only a limited period of time) in order to avoid piracy.
  1883.  
  1884.   As far as we know, this is impossible, since there is nothing in standard
  1885.   PC or workstation hardware which uniquely identifies the user at the
  1886.   keyboard. If there were such an identification, then the CD-ROM could be
  1887.   encrypted with a key based in part on the one sold to the user and in
  1888.   part on the unique identifier. However, in this case the CD-ROM is one
  1889.   of a kind and that defeats the intended purpose.
  1890.  
  1891.   If the CD-ROM is to be encrypted once and then mass produced, there must
  1892.   be a key (or set of keys) for that encryption produced at some stage in
  1893.   the process. That key is useable with any copy of the CD-ROM's data.
  1894.   The pirate needs only to isolate that key and sell it along with the
  1895.   illegal copy.
  1896.  
  1897. 8.15. Can you do automatic cryptanalysis of simple ciphers?
  1898.  
  1899.   Certainly. For commercial products you can try AccessData; see
  1900.   question 8.1. We are not aware of any FTP sites for such software,
  1901.   but there are many papers on the subject. See [PEL79], [LUC88],
  1902.   [CAR86], [CAR87], [KOC87], [KOC88], [KIN92], [KIN93], [SPI93].
  1903.  
  1904. 8.16. What is the coding system used by VCR+?
  1905.  
  1906.   One very frequently asked question in sci.crypt is how the VCR+ codes
  1907.   work. The codes are used to program a VCR based on numerical input.
  1908.   See [SHI92] for an attempt to describe it.
  1909. Archive-name: cryptography-faq/part09
  1910. Last-modified: 94/06/07
  1911.  
  1912.  
  1913. This is the ninth of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  1914. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  1915. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  1916. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  1917.  
  1918. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  1919. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  1920. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, talk.politics.crypto, 
  1921. sci.answers, and news.answers every 21 days.
  1922.  
  1923.  
  1924. Contents:
  1925.  
  1926. 9.1. What is the National Security Agency (NSA)?
  1927. 9.2. What are the US export regulations?
  1928. 9.3. What is TEMPEST?
  1929. 9.4. What are the Beale Ciphers, and are they a hoax?
  1930. 9.5. What is the American Cryptogram Association, and how do I get in touch?
  1931. 9.6. Is RSA patented?
  1932. 9.7. What about the Voynich manuscript?
  1933.  
  1934.  
  1935. 9.1. What is the National Security Agency (NSA)?
  1936.  
  1937.   The NSA is the official communications security body of the U.S.
  1938.   government. It was given its charter by President Truman in the early
  1939.   50's, and has continued research in cryptology till the present. The 
  1940.   NSA is known to be the largest employer of mathematicians in the world,
  1941.   and is also the largest purchaser of computer hardware in the
  1942.   world. Governments in general have always been prime employers of
  1943.   cryptologists. The NSA probably possesses cryptographic expertise many
  1944.   years ahead of the public state of the art, and can undoubtedly break
  1945.   many of the systems used in practice; but for reasons of national
  1946.   security almost all information about the NSA is classified.
  1947.  
  1948.   Bamford's book [BAMFD] gives a history of the people and operations of
  1949.   the NSA. The following quote from Massey [MAS88] highlights the
  1950.   difference between public and private research in cryptography:
  1951.  
  1952.   ``... if one regards cryptology as the prerogative of government,
  1953.   one accepts that most cryptologic research will be conducted
  1954.   behind closed doors. Without doubt, the number of workers engaged
  1955.   today in such secret research in cryptology far exceeds that of
  1956.   those engaged in open research in cryptology. For only about 10
  1957.   years has there in fact been widespread open research in
  1958.   cryptology. There have been, and will continue to be, conflicts
  1959.   between these two research communities. Open research is common
  1960.   quest for knowledge that depends for its vitality on the open
  1961.   exchange of ideas via conference presentations and publications in
  1962.   scholarly journals. But can a government agency, charged with
  1963.   responsibilities of breaking the ciphers of other nations,
  1964.   countenance the publication of a cipher that it cannot break? Can
  1965.   a researcher in good conscience publish such a cipher that might
  1966.   undermine the effectiveness of his own government's code-breakers?
  1967.   One might argue that publication of a provably-secure cipher would
  1968.   force all governments to behave like Stimson's `gentlemen', but one
  1969.   must be aware that open research in cryptography is fraught with
  1970.   political and ethical considerations of a severity than in most
  1971.   scientific fields. The wonder is not that some conflicts have
  1972.   occurred between government agencies and open researchers in
  1973.   cryptology, but rather that these conflicts (at least those of which
  1974.   we are aware) have been so few and so mild.''
  1975.  
  1976. 9.2. What are the US export regulations?
  1977.  
  1978.   In a nutshell, there are two government agencies which control
  1979.   export of encryption software. One is the Bureau of Export
  1980.   Administration (BXA) in the Department of Commerce, authorized by
  1981.   the Export Administration Regulations (EAR). Another is the Office
  1982.   of Defense Trade Controls (DTC) in the State Department, authorized
  1983.   by the International Traffic in Arms Regulations (ITAR). As a rule
  1984.   of thumb, BXA (which works with COCOM) has less stringent
  1985.   requirements, but DTC (which takes orders from NSA) wants to see
  1986.   everything first and can refuse to transfer jurisdiction to BXA.
  1987.  
  1988.   The newsgroup misc.legal.computing carries many interesting
  1989.   discussions on the laws surrounding cryptographic export, what
  1990.   people think about those laws, and many other complex issues which
  1991.   go beyond the scope of technical groups like sci.crypt. Make sure to
  1992.   consult your lawyer before doing anything which will get you thrown in
  1993.   jail; if you are lucky, your lawyer might know a lawyer who has at
  1994.   least heard of the ITAR.
  1995.  
  1996. 9.3. What is TEMPEST?
  1997.  
  1998.   TEMPEST is a standard for electromagnetic shielding for computer
  1999.   equipment. It was created in response to the discovery that
  2000.   information can be read from computer radiation (e.g., from a CRT) at
  2001.   quite a distance and with little effort.
  2002.  
  2003.   Needless to say, encryption doesn't do much good if the cleartext
  2004.   is available this way.
  2005.  
  2006. 9.4. What are the Beale Ciphers, and are they a hoax?
  2007.  
  2008.   (Thanks to Jim Gillogly for this information and John King for
  2009.   corrections.)
  2010.  
  2011.   The story in a pamphlet by J. B. Ward (1885) goes: Thomas
  2012.   Jefferson Beale and a party of adventurers accumulated a huge mass
  2013.   of treasure and buried it in Bedford County, Virginia, leaving
  2014.   three ciphers with an innkeeper; the ciphers describe the
  2015.   location, contents, and intended beneficiaries of the treasure.
  2016.   Ward gives a decryption of the second cipher (contents) called B2;
  2017.   it was encrypted as a book cipher using the initial letters of the
  2018.   Declaration of Independence (DOI) as key. B1 and B3 are unsolved;
  2019.   many documents have been tried as the key to B1.
  2020.  
  2021.   Aficionados can join a group that attempts to solve B1 by various
  2022.   means with an eye toward splitting the treasure:
  2023.  
  2024.   The Beale Cypher Association
  2025.   P.O. Box 975
  2026.   Beaver Falls, PA 15010
  2027.  
  2028.   You can get the ciphers from the rec.puzzles FAQL by including the
  2029.   line:
  2030.  
  2031.   send index
  2032.  
  2033.   in a message to netlib@peregrine.com and following the directions.
  2034.   (There are apparently several different versions of the cipher
  2035.   floating around. The correct version is based on the 1885 pamphlet,
  2036.   says John King <kingj@hpcc01.corp.hp.com>.)
  2037.  
  2038.   Some believe the story is a hoax. Kruh [KRU88] gives a long list of
  2039.   problems with the story. Gillogly [GIL80] decrypted B1 with the DOI
  2040.   and found some unexpected strings, including ABFDEFGHIIJKLMMNOHPP.
  2041.   Hammer (president of the Beale Cypher Association) agrees that this
  2042.   string couldn't appear by chance, but feels there must be an
  2043.   explanation; Gwyn (sci.crypt expert) is unimpressed with this
  2044.   string.
  2045.  
  2046. 9.5. What is the American Cryptogram Association, and how do I get in touch?
  2047.  
  2048.   The ACA is an organization devoted to cryptography, with an emphasis
  2049.   on cryptanalysis of systems that can be attacked either with
  2050.   pencil-and-paper or computers. Its organ ``The Cryptogram'' includes
  2051.   articles and challenge ciphers. Among the more than 50 cipher types in
  2052.   English and other languages are simple substitution, Playfair,
  2053.   Vigenere, bifid, Bazeries, grille, homophonic, and cryptarithm.
  2054.  
  2055.   Dues are $20 per year (6 issues) for new members, $15 thereafter; more
  2056.   outside North America; less for students under 18 and seniors.  Send
  2057.   checks to ACA Treasurer, P.O. Box 198, Vernon Hills, IL 60061-0198.
  2058.  
  2059. 9.6. Is RSA patented?
  2060.  
  2061.   Yes. The patent number is 4,405,829, filed 12/14/77, granted 9/20/83.
  2062.   For further discussion of this patent, whether it should have been
  2063.   granted, algorithm patents in general, and related legal and moral
  2064.   issues, see comp.patents and misc.legal.computing. For information
  2065.   about the League for Programming Freedom see [FTPPF]. Note that one of
  2066.   the original purposes of comp.patents was to collect questions such as
  2067.   ``should RSA be patented?'', which often flooded sci.crypt and other
  2068.   technical newsgroups, into a more appropriate forum.
  2069.  
  2070. 9.7. What about the Voynich manuscript?
  2071.  
  2072.   The Voynich manuscript is an elaborately lettered and illustrated
  2073.   document, in a script never deciphered. It has been handed down for
  2074.   centuries by a line of art collectors and has uncertain origination.
  2075.   Much speculation and attention has been focused on its potential
  2076.   meaning.
  2077.  
  2078.   nelson@reed.edu (Nelson Minar) says there is a mailing list on the
  2079.   subject. The address to write to subscribe to the VMS mailing list
  2080.   is: <voynich-request@rand.org>
  2081.  
  2082.   the ftp archive is: rand.org:/pub/voynich
  2083.  
  2084.   There's all sorts of information about the manuscript itself, of
  2085.   course. A good bibliography can be found on the ftp site. [KAH67]
  2086.   gives a good introduction.
  2087. Archive-name: cryptography-faq/part10
  2088. Last-modified: 94/06/13
  2089.  
  2090.  
  2091. This is the tenth of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  2092. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  2093. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  2094. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in this part.
  2095.  
  2096. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  2097. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  2098. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, talk.politics.crypto, 
  2099. sci.answers, and news.answers every 21 days.
  2100.  
  2101.  
  2102.  
  2103. Contents
  2104.  
  2105. 10.1. Books on history and classical methods
  2106. 10.2. Books on modern methods
  2107. 10.3. Survey articles
  2108. 10.4. Reference articles
  2109. 10.5. Journals, conference proceedings
  2110. 10.6. Other
  2111. 10.7. How may one obtain copies of FIPS and ANSI standards cited herein?
  2112. 10.8. Electronic sources
  2113. 10.9. RFCs (available from [FTPRF])
  2114. 10.10. Related newsgroups
  2115.  
  2116.  
  2117. 10.1. Books on history and classical methods
  2118.  
  2119.   [FRIE1] Lambros D. Callimahos, William F. Friedman, Military Cryptanalytics.
  2120.           Aegean Park Press, ?.
  2121.   [DEA85] Cipher A. Deavours & Louis Kruh, Machine Cryptography and
  2122.           Modern Cryptanalysis. Artech House, 610 Washington St.,
  2123.           Dedham, MA 02026, 1985.
  2124.   [FRIE2] William F. Friedman, Solving German Codes in World War I.
  2125.           Aegean Park Press, ?.
  2126.   [GAI44] H. Gaines, Cryptanalysis, a study of ciphers and their
  2127.           solution. Dover Publications, 1944.
  2128.   [HIN00] F.H.Hinsley, et al., British Intelligence in the Second
  2129.           World War. Cambridge University Press. (vol's 1, 2, 3a, 3b
  2130.           & 4, so far). XXX Years and authors, fix XXX
  2131.   [HOD83] Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma. Burnett Books
  2132.           Ltd., 1983
  2133.   [KAH91] David Kahn, Seizing the Enigma. Houghton Mifflin, 1991.
  2134.   [KAH67] D. Kahn, The Codebreakers. Macmillan Publishing, 1967.
  2135.           [history] [The abridged paperback edition left out most
  2136.           technical details; the original hardcover edition is
  2137.           recommended.]
  2138.   [KOZ84] W. Kozaczuk, Enigma. University Publications of America, 1984
  2139.   [KUL76] S. Kullback, Statistical Methods in Cryptanalysis. Aegean
  2140.           Park Press, 1976.
  2141.   [SIN66] A. Sinkov, Elementary Cryptanalysis. Math. Assoc. Am. 1966.
  2142.   [WEL82] Gordon Welchman, The Hut Six Story. McGraw-Hill, 1982.
  2143.   [YARDL] Herbert O. Yardley, The American Black Chamber. Aegean Park
  2144.           Press, ?.
  2145.  
  2146. 10.2. Books on modern methods
  2147.  
  2148.   [BEK82] H. Beker, F. Piper, Cipher Systems. Wiley, 1982.
  2149.   [BRA88] G. Brassard, Modern Cryptology: a tutorial.
  2150.           Spinger-Verlag, 1988.
  2151.   [DEN82] D. Denning, Cryptography and Data Security. Addison-Wesley
  2152.           Publishing Company, 1982.
  2153.   [KOB89] N. Koblitz, A course in number theory and cryptography.
  2154.           Springer-Verlag, 1987.
  2155.   [KON81] A. Konheim, Cryptography: a primer. Wiley, 1981.
  2156.   [MEY82] C. Meyer and S. Matyas, Cryptography: A new dimension in
  2157.           computer security. Wiley, 1982.
  2158.   [PAT87] Wayne Patterson, Mathematical Cryptology for Computer
  2159.           Scientists and Mathematicians. Rowman & Littlefield, 1987.
  2160.   [PFL89] C. Pfleeger, Security in Computing. Prentice-Hall, 1989.
  2161.   [PRI84] W. Price, D. Davies, Security for computer networks. Wiley, 1984. 
  2162.   [RUE86] R. Rueppel, Design and Analysis of Stream Ciphers.
  2163.           Springer-Verlag, 1986.
  2164.   [SAL90] A. Saloma, Public-key cryptography. Springer-Verlag, 1990.
  2165.   [SCH94] B. Schneier, Applied Cryptography. John Wiley & Sons, 1994.
  2166.       [errata avbl from schneier@chinet.com]
  2167.   [WEL88] D. Welsh, Codes and Cryptography. Claredon Press, 1988.
  2168.  
  2169. 10.3. Survey articles
  2170.  
  2171.   [ANG83] D. Angluin, D. Lichtenstein, Provable Security in Crypto-
  2172.           systems: a survey. Yale University, Department of Computer
  2173.           Science, #288, 1983.
  2174.   [BET90] T. Beth, Algorithm engineering for public key algorithms.
  2175.           IEEE Selected Areas of Communication, 1(4), 458--466,
  2176.           1990.
  2177.   [DAV83] M. Davio, J. Goethals, Elements of cryptology. in Secure
  2178.           Digital Communications, G. Longo ed., 1--57, 1983.
  2179.   [DIF79] W. Diffie, M. Hellman, Privacy and Authentication: An
  2180.           introduction to cryptography. IEEE proceedings, 67(3),
  2181.           397--427, 1979.
  2182.   [DIF88] W. Diffie, The first ten years of public key cryptography.
  2183.           IEEE proceedings, 76(5), 560--577, 1988.
  2184.   [FEI73] H. Feistel, Cryptography and Computer Privacy. Scientific 
  2185.           American, 228(5), 15--23, 1973.
  2186.   [FEI75] H. Feistel, H, W. Notz, J. Lynn Smith. Some cryptographic
  2187.           techniques for machine-to-machine data communications,
  2188.           IEEE IEEE proceedings, 63(11), 1545--1554, 1975.
  2189.   [HEL79] M. Hellman, The mathematics of public key cryptography.
  2190.           Scientific American, 130--139, 1979.
  2191.   [LAK83] S. Lakshmivarahan, Algorithms for public key
  2192.           cryptosystems. In Advances in Computers, M. Yovtis ed.,
  2193.           22, Academic Press, 45--108, 1983.
  2194.   [LEM79] A. Lempel, Cryptology in transition, Computing Surveys,
  2195.           11(4), 285--304, 1979.
  2196.   [MAS88] J. Massey, An introduction to contemporary cryptology, IEEE
  2197.           proceedings, 76(5), 533--549, 1988.
  2198.   [SIM91] G. Simmons (ed.), Contemporary Cryptology: the Science of
  2199.           Information Integrity. IEEE press, 1991.
  2200.  
  2201. 10.4. Reference articles
  2202.  
  2203.   [AND83] D. Andelman, J. Reeds, On the cryptanalysis of rotor and
  2204.           substitution-permutation networks. IEEE Trans. on Inform.
  2205.           Theory, 28(4), 578--584, 1982.
  2206.   [BEN87] John Bennett, Analysis of the Encryption Algorithm Used in
  2207.           the WordPerfect Word Processing Program. Cryptologia 11(4),
  2208.           206--210, 1987.
  2209.   [BER91] H. A. Bergen and W. J. Caelli, File Security in WordPerfect
  2210.           5.0. Cryptologia 15(1), 57--66, January 1991.
  2211.   [BIH91] E. Biham and A. Shamir, Differential cryptanalysis of
  2212.           DES-like cryptosystems. Journal of Cryptology, vol. 4, #1,
  2213.           3--72, 1991.
  2214.   [BI91a] E. Biham, A. Shamir, Differential cryptanalysis of Snefru,
  2215.           Khafre, REDOC-II, LOKI and LUCIFER. In Proceedings of CRYPTO
  2216.           '91, ed. by J. Feigenbaum, 156--171, 1992.
  2217.   [BOY89] J. Boyar, Inferring Sequences Produced by Pseudo-Random
  2218.           Number Generators. Journal of the ACM, 1989.
  2219.   [BRI86] E. Brickell, J. Moore, M. Purtill, Structure in the
  2220.           S-boxes of DES. In Proceedings of CRYPTO '86, A. M. Odlyzko
  2221.           ed., 3--8, 1987.
  2222.   [BRO89] L. Brown, A proposed design for an extended DES, Computer
  2223.           Security in the Computer Age. Elsevier Science Publishers
  2224.           B.V. (North Holland), IFIP, W. J. Caelli ed., 9--22, 1989.
  2225.   [BRO90] L. Brown, J. Pieprzyk, J. Seberry, LOKI - a cryptographic
  2226.           primitive for authentication and secrecy applications.
  2227.           In Proceedings of AUSTCRYPT 90, 229--236, 1990.
  2228.   [CAE90] H. Gustafson, E. Dawson, W. Caelli, Comparison of block
  2229.           ciphers. In Proceedings of AUSCRYPT '90, J. Seberry and J.
  2230.           Piepryzk eds., 208--220, 1990.
  2231.   [CAM93] K. W. Campbell, M. J. Wiener, Proof the DES is Not a Group.
  2232.           In Proceedings of CRYPTO '92, 1993.
  2233.   [CAR86] John Carrol and Steve Martin, The Automated Cryptanalysis
  2234.           of Substitution Ciphers. Cryptologia 10(4), 193--209, 1986.
  2235.   [CAR87] John Carrol and Lynda Robbins, Automated Cryptanalysis of
  2236.           Polyalphabetic Ciphers. Cryptologia 11(4), 193--205, 1987.
  2237.   [ELL88] Carl M. Ellison, A Solution of the Hebern Messages. Cryptologia,
  2238.           vol. XII, #3, 144-158, Jul 1988.
  2239.   [EVE83] S. Even, O. Goldreich, DES-like functions can generate the
  2240.           alternating group. IEEE Trans. on Inform. Theory, vol. 29,
  2241.           #6, 863--865, 1983.
  2242.   [GAR91] G. Garon, R. Outerbridge, DES watch: an examination of the
  2243.           sufficiency of the Data Encryption Standard for financial
  2244.           institutions in the 1990's. Cryptologia, vol. XV, #3,
  2245.           177--193, 1991.
  2246.   [GIL80] Gillogly, ?. Cryptologia 4(2), 1980.
  2247.   [GM82]  Shafi Goldwasser, Silvio Micali, Probabilistic Encryption and
  2248.           How To Play Mental Poker Keeping Secret All Partial Information.
  2249.           Proceedings of the Fourteenth Annual ACM Symposium on Theory of
  2250.           Computing, 1982.
  2251.   [HUM83] D. G. N. Hunter and A. R. McKenzie, Experiments with
  2252.           Relaxation Algorithms for Breaking Simple Substitution
  2253.           Ciphers. Computer Journal 26(1), 1983.
  2254.   [KAM78] J. Kam, G. Davida, A structured design of substitution-
  2255.           permutation encryption networks. IEEE Trans. Information
  2256.           Theory, 28(10), 747--753, 1978.
  2257.   [KIN78] P. Kinnucan, Data encryption gurus: Tuchman and Meyer.
  2258.           Cryptologia, vol. II #4, 371--XXX, 1978.
  2259.   [KIN92] King and Bahler, Probabilistic Relaxation in the
  2260.           Cryptanalysis of Simple Substitution Ciphers. Cryptologia
  2261.           16(3), 215--225, 1992.
  2262.   [KIN93] King and Bahler, An Algorithmic Solution of Sequential
  2263.           Homophonic Ciphers. Cryptologia 17(2), in press.
  2264.   [KOC87] Martin Kochanski, A Survey of Data Insecurity Packages.
  2265.           Cryptologia 11(1), 1--15, 1987.
  2266.   [KOC88] Martin Kochanski, Another Data Insecurity Package.
  2267.           Cryptologia 12(3), 165--177, 1988.
  2268.   [KRU88] Kruh, ?. Cryptologia 12(4), 1988.
  2269.   [LAI90] X. Lai, J. Massey, A proposal for a new block encryption 
  2270.           standard. EUROCRYPT 90, 389--404, 1990.
  2271.   [LUB88] C. Rackoff, M. Luby, How to construct psuedorandom
  2272.           permutations from psuedorandom functions. SIAM Journal of
  2273.           Computing, vol. 17, #2, 373--386, 1988.
  2274.   [LUC88] Michael Lucks, A Constraint Satisfaction Algorithm for the
  2275.           Automated Decryption of Simple Substitution Ciphers. In
  2276.           CRYPTO '88.
  2277.   [MAS88] J. Massey, An introduction to contemporary cryptology.
  2278.           IEEE proceedings, 76(5), 533--549, 1988.
  2279.   [ME91a] R. Merkle, Fast software encryption functions. In Proceedings
  2280.           of CRYPTO '90, Menezes and Vanstone ed., 476--501, 1991.
  2281.   [MEY78] C. Meyer, Ciphertext/plaintext and ciphertext/key
  2282.           dependence vs. number of rounds for the Data Encryption
  2283.           Standard. AFIPS Conference proceedings, 47, 1119--1126,
  2284.           1978.
  2285.   [NBS77] Data Encryption Standard. National Bureau of Standards,
  2286.           FIPS PUB 46, Washington, DC, January 1977.
  2287.   [PEL79] S. Peleg and A. Rosenfeld, Breaking Substitution Ciphers
  2288.           Using a Relaxation Algorithm. CACM 22(11), 598--605, 1979.
  2289.   [REE77] J. Reeds, `Cracking' a Random Number Generator.
  2290.           Cryptologia 1(1), 20--26, 1977.
  2291.   [REE84] J. A. Reeds and P. J. Weinberger, File Security and the UNIX
  2292.           Crypt Command. AT&T Bell Laboratories Technical Journal,
  2293.           Vol. 63 #8, part 2, 1673--1684, October, 1984.
  2294.   [SHA49] C. Shannon, Communication Theory of Secrecy Systems. Bell
  2295.           System Technical Journal 28(4), 656--715, 1949.
  2296.   [SHE88] B. Kaliski, R. Rivest, A. Sherman, Is the Data Encryption
  2297.           Standard a Group. Journal of Cryptology, vol. 1, #1,
  2298.           1--36, 1988.
  2299.   [SHI88] A. Shimizu, S. Miyaguchi, Fast data encipherment algorithm
  2300.           FEAL. EUROCRYPT '87, 267--278, 1988.
  2301.   [SHI92] K. Shirriff, C. Welch, A. Kinsman, Decoding a VCR Controller
  2302.           Code. Cryptologia 16(3), 227--234, 1992.
  2303.   [SOR84] A. Sorkin, LUCIFER: a cryptographic algorithm.
  2304.           Cryptologia, 8(1), 22--35, 1984.
  2305.   [SPI93] R. Spillman et al., Use of Genetic Algorithms in
  2306.           Cryptanalysis of Simple Substitution Ciphers. Cryptologia
  2307.           17(1), 31--44, 1993.
  2308.         
  2309. 10.5. Journals, conference proceedings
  2310.  
  2311.   CRYPTO
  2312.   Eurocrypt
  2313.   IEEE Transactions on Information Theory
  2314.   Cryptologia: a cryptology journal, quarterly since Jan 1977.
  2315.           Cryptologia; Rose-Hulman Institute of Technology; Terre Haute
  2316.           Indiana 47803 [general: systems, analysis, history, ...]
  2317.   Journal of Cryptology; International Association for Cryptologic
  2318.           Research; published by Springer Verlag (quarterly since
  2319.           1988).
  2320.   The Cryptogram (Journal of the American Cryptogram Association);
  2321.           18789 West Hickory Street; Mundelein, IL 60060; [primarily
  2322.           puzzle cryptograms of various sorts]
  2323.   Cryptosystems Journal, Published by Tony Patti, P.O. Box 188,
  2324.           Newtown PA, USA 18940-0188 or tony_s_patti@cup.portal.com.
  2325.           Publisher's comment: Includes complete cryptosystems with
  2326.           source and executable programs on diskettes. Tutorial. The
  2327.           typical cryptosystems supports multi-megabit keys and Galois
  2328.           Field arithmetic. Inexpensive hardware random number
  2329.           generator details.
  2330.   Computer and Communication Security Reviews, published by Ross Anderson.
  2331.           Sample issue available from various ftp sites, including
  2332.           black.ox.ac.uk. Editorial c/o rja14@cl.cam.ac.uk. Publisher's
  2333.           comment: We review all the conference proceedings in this field,
  2334.           including not just Crypto and Eurocrypt, but regional gatherings
  2335.           like Auscrypt and Chinacrypt. We also abstract over 50 journals,
  2336.           and cover computer security as well as cryptology, so readers can
  2337.           see the research trends in applications as well as theory.
  2338.   Infosecurity News, MIS Training Institute Press, Inc. 498 Concord Street
  2339.           Framingham MA 01701-2357. This trade journal is oriented toward 
  2340.           administrators and covers viruses, physical security, hackers, 
  2341.           and so on more than cryptology. Furthermore, most of the articles 
  2342.           are written by vendors and hence are biased.  Nevertheless, there 
  2343.           are occasionally some rather good cryptography articles.
  2344.  
  2345. 10.6. Other
  2346.  
  2347.   Address of note: Aegean Park Press, P.O. Box 2837, Laguna Hills, CA
  2348.   92654-0837. Answering machine at 714-586-8811.  Toll Free at 800 736-
  2349.   3587, and FAX at 714 586-8269.
  2350.  
  2351.   The ``Orange Book'' is DOD 5200.28-STD, published December 1985 as
  2352.   part of the ``rainbow book'' series. Write to Department of Defense,
  2353.   National Security Agency, ATTN: S332, 9800 Savage Road, Fort Meade, MD
  2354.   20755-6000, and ask for the Trusted Computer System Evaluation
  2355.   Criteria. Or call 301-766-8729.
  2356.  
  2357.   The ``Orange Book'' will eventually be replaced by the U.S. Federal 
  2358.   Criteria for Information Technology Security (FC) online at the NIST
  2359.   site [FTPNS], which also contains information on other various proposed 
  2360.   and active federal standards.
  2361.  
  2362.   [BAMFD] Bamford, The Puzzle Palace. Penguin Books, 1982.
  2363.   [GOO83] I. J. Good, Good Thinking: the foundations of probability and
  2364.           its applications. University of Minnesota Press, 1983.
  2365.   [KNU81] D. E. Knuth, The Art of Computer Programming, volume 2:
  2366.           Seminumerical Algorithms. Addison-Wesley, 1981.
  2367.   [KUL68] Soloman Kullback, Information Theory and Statistics.
  2368.           Dover, 1968.
  2369.   [YAO88] A. Yao, Computational Information Theory. In Complexity in
  2370.           Information Theory, ed. by Abu-Mostafa, 1988.
  2371.  
  2372. 10.7. How may one obtain copies of FIPS and ANSI standards cited herein?
  2373.  
  2374.   Many textbooks on cryptography contain complete reprints of the FIPS
  2375.   standards, which are not copyrighted.
  2376.  
  2377.   The following standards may be ordered from the
  2378.       U.S. Department of Commerce, National Technical Information Service,
  2379.       Springfield, VA 22161.
  2380.  
  2381.       FIPS PUB 46-1 Data Encryption Standard  (this is DES)
  2382.       FIPS PUB 74   Guidelines for Implementing as Using the NBS DES
  2383.       FIPS PUB 81   DES Modes of Operation
  2384.       FIPS PUB 113  Computer Data Authentication (using DES)
  2385.  
  2386.   [Note: The address below has been reported as invalid.]
  2387.   The following standards may be ordered from the
  2388.       American National Standards Institute Sales Office,
  2389.       1430 Broadway, New York, NY 10018.
  2390.       Phone 212.642.4900
  2391.  
  2392.       ANSI X3.92-1981  Data Encryption Algorithm (identical to FIPS 46-1)
  2393.       ANSI X3.106-1983 DEA Modes of Operation    (identical to FIPS 113)
  2394.  
  2395.   Notes:  Figure 3 in FIPS PUB 46-1 is in error, but figure 3 in X3.92-1981
  2396.       is correct. The text is correct in both publications.
  2397.  
  2398.  
  2399. 10.8. Electronic sources
  2400.  
  2401.   Anonymous ftp:
  2402.  
  2403.   [FTPAL] kampi.hut.fi:alo/des-dist.tar.Z
  2404.   [FTPBK] ftp.uu.net:bsd-sources/usr.bin/des/
  2405.   [FTPCB] ftp.uu.net:usenet/comp.sources.unix/volume10/cbw/
  2406.   [FTPCP] soda.berkeley.edu:/pub/cypherpunks
  2407.   [FTPDF] ftp.funet.fi:pub/unix/security/destoo.tar.Z
  2408.   [FTPDQ] rsa.com:pub/faq/
  2409.   [FTPEY] ftp.psy.uq.oz.au:pub/DES/
  2410.   [FTPMD] rsa.com:?
  2411.   [FTPMR] ripem.msu.edu:pub/crypt/newdes.tar.Z
  2412.   [FTPNS] csrc.nist.gov:/bbs/nistpubs
  2413.   [FTPOB] ftp.3com.com:Orange-Book
  2414.   [FTPPF] prep.ai.mit.edu:pub/lpf/
  2415.   [FTPPK] ucsd.edu:hamradio/packet/tcpip/crypto/des.tar.Z
  2416.   [FTPPX] ripem.msu.edu:pub/crypt/other/tran-and-prngxor.shar
  2417.   [FTPRF] nic.merit.edu:documents/rfc/
  2418.   [FTPSF] beta.xerox.com:pub/hash/
  2419.   [FTPSO] chalmers.se:pub/unix/des/des-2.2.tar.Z
  2420.   [FTPTR] ripem.msu.edu:pub/crypt/other/tran-and-prngxor.shar
  2421.   [FTPUF] ftp.uu.net:usenet/comp.sources.unix/volume28/ufc-crypt/
  2422.   [FTPWP] garbo.uwasa.fi:pc/util/wppass2.zip
  2423.  
  2424.   World Wide Web pages:
  2425.  
  2426.   [WWWQC] http://www.quadralay.com/www/Crypt/Crypt.html
  2427.           Quadralay Cryptography archive
  2428.   [WWWVC] ftp://furmint.nectar.cs.cmu.edu/security/README.html
  2429.           Vince Cate's Cypherpunk Page 
  2430.  
  2431. 10.9. RFCs (available from [FTPRF])
  2432.  
  2433.   [1424]  B. Kaliski, Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail:
  2434.           Part IV: Key Certification and Related Services. RFC 1424,
  2435.           February 1993.
  2436.   [1423]  D. Balenson, Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail:
  2437.           Part III: Algorithms, Modes, and Identifiers. RFC 1423,
  2438.           February 1993.
  2439.   [1422]  S. Kent, Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail:
  2440.           Part II: Certificate-Based Key Management. RFC 1422, February
  2441.           1993.
  2442.   [1421]  J. Linn, Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail:
  2443.           Part I: Message Encryption and Authentication Procedures. RFC
  2444.           1421, February 1993.
  2445.  
  2446. 10.10. Related newsgroups
  2447.  
  2448.   There are other newsgroups which a sci.crypt reader might want also to
  2449.   read. Some have their own FAQs as well.
  2450.  
  2451.   alt.privacy.clipper           Clipper, Capstone, Skipjack, Key Escrow
  2452.   alt.security                  general security discussions
  2453.   alt.security.index            index to alt.security
  2454.   alt.security.pgp              discussion of PGP
  2455.   alt.security.ripem            discussion of RIPEM
  2456.   alt.society.civil-liberty     general civil liberties, including privacy
  2457.   comp.compression              discussion of compression algorithms and code
  2458.   comp.org.eff.news             News reports from EFF
  2459.   comp.org.eff.talk             discussion of EFF related issues
  2460.   comp.patents                  discussion of S/W patents, including RSA
  2461.   comp.risks                    some mention of crypto and wiretapping
  2462.   comp.society.privacy          general privacy issues
  2463.   comp.security.announce        announcements of security holes
  2464.   misc.legal.computing          software patents, copyrights, computer laws
  2465.   sci.math                      general math discussion
  2466.   talk.politics.crypto        politics of cryptography
  2467.