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HAZY DATAGRAMS
25.10.2022 OWASP SAITAMA MTG #10 TALK #1

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SESSION FLAGS
? 録画?録音?公開: OK
Image by Nico Kaiser on flickr, CC-BY 2.0

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WHO I AM
? Takahiro Yoshimura (@alterakey)
https://keybase.io/alterakey
? Monolith Works Inc.
Co-founder, CTO
Security researcher
? 明治大学サイバーセキュリティ研究所
客員研究員

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WHAT I DO
? Security research and development
? iOS/Android Apps
→Financial, Games, IoT related, etc. (>200)
→trueseeing: Non-decompiling Android Application
Vulnerability Scanner [2017]
? Windows/Mac/Web/HTML5 Apps
→POS, RAD tools etc.
? Network/Web penetration testing
→PCI-DSS etc.
? Search engine reconnaissance
(aka. Google Hacking)
? Whitebox testing
? Forensic analysis

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WHAT I DO
? CTF
? Enemy10, Sutegoma2
? METI CTFCJ 2012 Qual.: Won
? METI CTFCJ 2012: 3rd
? DEF CON 21 CTF: 6th
? DEF CON 22 OpenCTF: 4th
? 発表?講演など
DEF CON 25 Demo Labs (2017)
DEF CON 27 AI Village (2019)
CODE BLUE (2017, 2019)
CYDEF (2020) etc.
Image by Wiyre Media on flickr, CC-BY 2.0

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WHAT IS NOISE?
? 暗号プロトコルを作るためのフレームワーク
? 暗号プロトコル (n.):
平文チャネルにおいて、秘匿性?完全性が保証
された通信チャネルの構築を目指すプロトコル
（e.g. TLS, IPsec, etc.）

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WHAT IS NOISE?
? 構成要素をブロック化
? s, e, ss, se, es, ee, pskを組み合わせて設計
? s: 長期鍵の公開鍵送付
e: 一時鍵の生成?公開鍵送付
ss/se/es/ee: Dif
fi
e-Hellman合意形成
psk: Pre-shared key適用
Image by Eric Haines on flickr, CC-BY 2.0

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WHAT IS NOISE?
? ネゴシエーション機構は提供しない（cf. TLS）
? 暗号系を限定（cf. TLS）
? DH: Curve25519/Curve448
? AEAD: ChaCha20-Poly1305/AES-GCM
? Hash: SHA256/512/BLAKE2s/BLAKE2d
Image by plenty.r. on flickr, CC-BY-SA 2.0

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WHAT IS NOISE?
? フレキシブルだが堅固な実装が得られる
? 先進的な特徴を持つプロトコル設計にも対応
? 0-RTT
? Post-quantum resistance (i.e. PSK) etc.
Image by Chris Elt on flickr, CC-BY-NC-ND 2.0

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WHAT IS NOISE?
? 採用例
? WireGuard
? WhatsApp
? Lightning Network
? I2P etc, etc..
Image by Patras Gagilas on flickr, CC-BY-SA 2.0

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SECURITY POSTURE
? これらは安全なのか…？
? 公式には24パターン提示している
xy; x: 送信側, y: 受信側として, 長期鍵を…
N: 持たない, K: 既知,
I: 即時送信, X: 随時送信 (identity hiding)
e.g. NN, IK, etc.
? IK(psk2): WireGuard
? IK/XX: WhatsApp
Image by Joel Penner on flickr, CC-BY 2.0

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SECURITY POSTURE
? 自作のものは…？
? ドキュメント7.3項に基準4点 → これに従っていれば…
https://noiseprotocol.org/noise.html#handshake-
pattern-validity
? 送付回数、ECDH合意回数規制: シンプルな設計
? 暗号化に先立ったECDH合意強制:
?ECDH鍵の再利用規制
?一時鍵によるForward-secrecy, key-compromise
impersonation resistanceの強制

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FORMAL VERIFICATION
? Noise Explorer [Kobeissi18]
? HandshakeについてProVerifモデル生成
Go/Rustによる安全な実装生成
? 公式＋派生: 全57パターンに対応
? 任意パターンについても対応
? 攻撃シナリオ: active/passive両対応
ただ… 膨大なルール量

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FORMAL VERIFICATION
? ProVerif: INRIA制作の暗号プロトコル検証ツール
? Dolev-Yaoモデルにおける系の特徴を証明
? Secrecy (秘匿性)
? Authenticity (真正性)
? Strong secrecy (強い秘匿性; 状態変化の秘匿)
etc.

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FORMAL VERIFICATION
? 立証できない場合反証（i.e. 攻撃手段）を示す
…が、正しく理解するのは大変
? 証明を時々間違うが安全側に倒してある
→実行不能な攻撃を立案してくる場合がある
→特異度が高い設計
? 今回Dockerにまとめた
https://gist.github.com/alterakey/
9af9b6184ffce873f4d1e2eb0ac226c7

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FORMAL VERIFICATION
? Dolev-Yaoモデル
? 暗号系は完全 → CryptoVerif..
? トラフィックは盗聴改竄偽造可能
(i.e. “attacker carries message.”)
? メッセージ内容は無制限
? 無制限の多対多通信
? 無制限の多重セッション
Image by Charlie Nguyen on flickr, CC-BY 2.0

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FORMAL VERIFICATION
? Dolev-Yaoモデル
? 計算論的モデルよりは不完全
? 代数的手法を使えるのでより扱いやすい
? プロトコルを破るのには適している
(NB. 逆に完全性の検証には向いていない)
Image by Charlie Nguyen on flickr, CC-BY 2.0

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CASE STUDY: NEVER-AND-NEVER
? NN: 送信者も受信者も長期鍵を持たない…？
? NN:
-> e
<- e, ee
->
? 送信側が一時鍵を作って送る
受信側も一時鍵を作って送り、DH合意を形成
Image by SonnyandSandy on flickr, CC-BY-NC-ND 2.0

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? NN: 送信者も受信者も長期鍵を持たない
? Anonymous DH
? Passive

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? Anonymous DH
? Active

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? Anonymous DH
Passive: secrecyのみ (forward secrecy込み)
Active: 何の保護も提供しない（！）
? Noiseを使っているからと言って自動的に安全に
なるわけではない例

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CASE STUDY: IMMEDIATE-TO-KNOWN
? IKpsk2: WireGuardの場合
? Passive
? Msg A: forward secrecyはなくはない
Msg B..D: 問題なし

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? Active
? Msg A: forward secrecyはなくはない
Msg B: forward secrecyはまあ弱いかな
Msg C..D: 問題なし

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? Passive/Activeで経過が違うが…
? Handshake全体を見る限りは安全
? 秘匿性: キーは漏れない、また一時キーが割れ
た場合でもそれ以前の通信内容は解読できない
? 真正性: もともと長期キーがcompromiseされ
ていない限りは問題がない
Image by pfly on flickr, CC-BY-SA 2.0

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TAKEAWAYS
? Noiseは暗号プロトコルフレームワーク
? 構成要素を厳選?ブロック化?パターン化
→新規に追加もできるが…
? 単純?高速?安全なプロトコル設計に寄与
→先進的特性を持つプロトコル設計にも対応
(0-RTT, post-quantum resistanceなど)
? 証明可能性を開いたとも言える…
Image by Daisuke Matsumura on flickr, CC-BY-NC 2.0

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TAKEAWAYS
? Noise Explorer: Kobeissiらによる設計?モデリン
グ系 [Kobeissi18]
? 公式57パターンのみならず任意設計に対しても
ProVerifモデルを生成可能
攻撃的ネットワーク（Dolev-Yaoモデル）下にお
いて系の持つ安全性を代数的に証明
? 証明可能な安全性がかなりaccessibleになった

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TAKEAWAYS
? Noiseを使用しているからといって全てが安全な
わけではない
? 例: NN (= anonymous DHと等価)
? 自作する場合:
ドキュメント7.3項のガイドラインに従う他に、
できる限り証明を行う

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REFERENCES
? Noise: https://noiseprotocol.org/
? Noise Explorer: https://noiseexplorer.com/
? ProVerif: https://bblanche.gitlabpages.inria.fr/proverif/
? Docker
fi
le: https://gist.github.com/alterakey/
9af9b6184ffce873f4d1e2eb0ac226c7

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