QARMA

QARMA (de Q ualcomm ARM Authenticator ^{[ 1 ]} ) es un cifrado de bloques ligero y configurable conocido principalmente por su uso en la arquitectura ARMv8 para la protección de software como un hash criptográfico para el Código de Autenticación de Puntero . ^{[ 2 ]} El cifrado fue propuesto por Roberto Avanzi en 2016. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Se definen dos versiones de QARMA: QARMA-64 (tamaño de bloque de 64 bits con una clave de cifrado de 128 bits ) y QARMA-128 (tamaño de bloque de 128 bits con una clave de 256 bits). El diseño de QARMA fue influenciado por PRINCE y MANTIS . ^{[ 3 ]} El cifrado está destinado a implementaciones de hardware completamente desplegadas con baja latencia (como el cifrado de memoria ). A diferencia del modo XTS , la dirección se puede usar directamente como un ajuste y no necesita ser blanqueada con el cifrado de bloques primero.

QARMA es un cifrado Even-Mansour que utiliza tres etapas, con claves de blanqueamiento w ⁰ y w ¹ combinadas mediante XOR entre ellas:

1. La permutación F utiliza la clave central k ⁰ y está parametrizada por un ajuste T. Tiene r rondas en su interior (r = 7 para QARMA-64, r = 11 para QARMA-128);
2. La permutación "central" C utiliza la clave k ¹ y está diseñada para ser reversible mediante una simple transformación de clave (contiene dos rondas centrales );
3. La tercera permutación es la inversa de la primera ( r rondas más).

Todas las claves se derivan de la clave maestra de cifrado K mediante especialización :

• K se divide en dos mitades como w ⁰ Concatenación k ⁰ , cada una tendrá bits de tamaño medio ;
• para cifrado w ¹ = (w ⁰ >>> 1) + (w ⁰ >> (halfsize-1));
• para cifrado k ¹ = k ⁰ ;
• Para el descifrado, se puede usar el mismo diseño siempre que se utilice k ⁰ +α como clave central, k ¹ = Q•k ⁰ , y se intercambien w ¹ y w ^{0. Aquí, α es una constante especial y Q una} matriz involutiva especial . Esta construcción es similar a la reflexión alfa en PRINCE.

Los datos se dividen en 16 celdas ( nibbles de 4 bits para QARMA-64, bytes de 8 bits para QARMA-128). El estado interno también contiene 16 celdas, dispuestas en una matriz de 4x4, y se inicializa con texto plano (XOR con w ⁰ ). En cada ronda de${\displaystyle \digama }$El estado se transforma a través de operaciones${\displaystyle \tau ,M,S}$:

• ${\displaystyle \tau }$es ShuffleCells , una permutación MIDORI de celdas ([ 0, 11, 6, 13, 10, 1, 12, 7, 5, 14, 3, 8, 15, 4, 9, 2]);
• ${\displaystyle M}$es MixColumns : cada columna se multiplica por una matriz fija M;
• ${\displaystyle S}$es SubCells : cada celda se transforma utilizando una S-box .

El ajuste para cada ronda se actualiza usando${\displaystyle h,\omega }$:

• ${\displaystyle h}$es una permutación de celdas de MANTIS ([ 6, 5, 14, 15, 0, 1, 2, 3, 7, 12, 13, 4, 8, 9, 10, 11]);
• ${\displaystyle \omega }$es un LFSR aplicado a cada una de las celdas con números [0, 1, 3, 4, 8, 11, 13]. Para QARMA-64, el LFSR es (b3, b2, b1, b0) ⇒ (b0 + b1, b3, b2, b1), para QARMA-128, (b7, b6, ..., b0) ⇒ (b0 + b2, b7, b6, ..., b1),

Las rondas de${\displaystyle {\overline {\digamma }}}$consisten en operaciones inversas${\displaystyle {\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}},{\overline {h}},{\overline {\omega }}}$. Rondas centrales, además de dos rondas (${\displaystyle \tau ,M,S}$y${\displaystyle {\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}}}$), incluyen la multiplicación del estado por una matriz involutiva Q.

• Avanzi, Roberto (2016). La familia de cifrados por bloques QARMA (PDF) . IACR Transactions on Symmetric Cryptology (ToSC) . Vol.  17 (publicado el 8 de marzo de 2017). pp. 4–44 . doi : 10.13154/tosc.v2017.i1.4-44 . Archivado del original (PDF) el 13 de mayo de 2020. 
• Zong, Rui; Dong, Xiaoyang (2016). "Ataque de encuentro en el medio contra el cifrado de bloques QARMA" (PDF) . iacr.org . IACR . Consultado el 10 de junio de 2022 .
• Kaur, Jasmin; Kermani, Mehran Mozaffari; Azarderakhsh, Reza (1 de enero de 2022). "Construcciones de hardware para el cifrado de bloques criptográfico ligero QARMA con mecanismos de detección de errores" . IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing . 10 (1): 514– 519. doi : 10.1109/TETC.2020.3027789 . eISSN 2376-4562 . S2CID 226665710 .  
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• Yang, Dong; Qi, Wen-feng; Chen, Hua-jin (2018). "Ataque diferencial imposible a la familia de cifrados de bloques QARMA" . Cryptology ePrint Archive .

• Implementación en Python de dominio público de QARMA-64
• Implementación de código abierto (licencia MIT) de QARMA-64 en C