LW क्रिप्टोग्राफी: RFID सिस्टम के लिए सिफर

कम्प्यूटरीकृत छोटे उपकरणों के क्षेत्र में सबसे तेजी से बढ़ते क्षेत्रों में से एक आरएफआईडी सिस्टम हैं। RFID स्वचालित रूप से उन वस्तुओं की पहचान करने के लिए एक विधि है जिसमें तथाकथित RFID टैग में संग्रहीत डेटा को रेडियो संकेतों का उपयोग करके पढ़ा या लिखा जाता है।

किसी भी RFID सिस्टम में एक रीडर और एक RFID टैग होता है (कभी-कभी RFID टैग का उपयोग भी किया जाता है)।

अधिकांश RFID टैग में दो भाग होते हैं: भंडारण और प्रसंस्करण की जानकारी के लिए एक एकीकृत सर्किट और सिग्नल प्राप्त करने और संचारित करने के लिए एक एंटीना।

बिजली की आपूर्ति के प्रकार से, आरएफआईडी टैग निम्नलिखित श्रेणियों में विभाजित हैं:

• निष्क्रिय
• सक्रिय
• अर्ध-निष्क्रिय

निष्क्रिय आरएफआईडी टैग में एक एकीकृत शक्ति स्रोत नहीं है। रीडर से इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सिग्नल द्वारा ऐन्टेना में प्रेरित विद्युत प्रवाह टैग में रखी गई सिलिकॉन चिप के कामकाज और प्रतिक्रिया सिग्नल के प्रसारण के लिए पर्याप्त शक्ति प्रदान करता है।

सक्रिय आरएफआईडी टैग की अपनी बिजली की आपूर्ति होती है और पाठक की ऊर्जा से स्वतंत्र होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उन्हें लंबी दूरी पर पढ़ा जाता है, आकार में बड़े होते हैं और अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक्स से लैस हो सकते हैं। हालांकि, ऐसे लेबल सबसे महंगे हैं, और बैटरी का सीमित परिचालन समय है।

अर्ध-निष्क्रिय आरएफआईडी टैग, जिसे अर्ध-सक्रिय टैग भी कहा जाता है, बहुत निष्क्रिय टैग के समान हैं, लेकिन एक बैटरी से लैस हैं जो चिप को शक्ति प्रदान करता है।

वर्तमान में, RFID प्रौद्योगिकियों का उपयोग विभिन्न प्रकार के क्षेत्रों में किया जाता है: कृषि से परिवहन तक।

राज्य निगम रसेनो के सामान्य निदेशक के अनुसार, रूस आरएफआईडी इंटरैक्टिव रेडियो संचार के साथ बैंक कार्ड के लिए चिप्स पर स्विच कर सकता है, जिसकी मदद से अगले कुछ वर्षों में खुदरा क्रांति होनी चाहिए।

इसके समर्थन में, हम इस तथ्य का हवाला दे सकते हैं कि रुस्सानो ग्रुप ऑफ़ कंपनीज़ और आईटी कंपनी सिस्टेमैटिका आरएफआईडी टैग के विकास के लिए एक उद्यम बना रहे हैं। परियोजना में निवेश 690 मिलियन रूबल की राशि होगी, 2015 तक कंपनी का राजस्व 800 मिलियन रूबल तक पहुंच जाना चाहिए।

पूर्वगामी के आधार पर, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि ये प्रौद्योगिकियां जल्द ही सर्वव्यापी हो जाएंगी।

हालांकि, सुरक्षा मुद्दों के बारे में मत भूलना। सैन्य या वित्तीय क्षेत्रों में RFID तकनीकों को लागू करते समय यह समस्या विशेष रूप से तीव्र है। सख्त मूल्य प्रतिबंधों के कारण, सुरक्षा प्रणाली न केवल विश्वसनीय और उत्पादक होनी चाहिए, बल्कि लागू करने के लिए सस्ती भी होनी चाहिए।

यह LW क्रिप्टोग्राफी का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। क्रिप्टोग्राफी के इस खंड का उद्देश्य उन उपकरणों में उपयोग के लिए एल्गोरिदम विकसित करना है जो ऑपरेशन के लिए पर्याप्त संसाधनों के साथ अधिकांश मौजूदा सिफर प्रदान करने में सक्षम नहीं हैं।

चूंकि निष्क्रिय आरएफआईडी टैग सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, इसलिए उन पर लागू एल्गोरिदम को आगे माना जाता है।

आरएफआईडी टैग में उपयोग किए जाने वाले किसी भी एलडब्ल्यू क्रिप्टोसिस्टम का आधार सममित एल्गोरिदम हैं। उनके उपयोग के कारण है, सबसे पहले, असममित सिफर की तुलना में ऑपरेशन की एक उच्च गति के लिए, जो कि विचाराधीन उपकरणों में महत्वपूर्ण है।

एलडब्ल्यू क्रिप्टोग्राफी के क्षेत्र में एल्गोरिदम के हर डेवलपर को विश्वसनीयता, प्रदर्शन और कीमत के बीच संतुलन बनाने के लिए मजबूर किया जाता है। उदाहरण के लिए, ब्लॉक सिफर के लिए, कुंजी आकार विश्वसनीयता / लागत अनुपात निर्धारित करता है, एन्क्रिप्शन राउंड की संख्या विश्वसनीयता / प्रदर्शन को निर्धारित करती है, और हार्डवेयर डिज़ाइन प्रदर्शन / मूल्य को प्रदर्शित करता है। एक नियम के रूप में, तीन विकास लक्ष्यों में से किसी भी दो को आसानी से प्राप्त किया जा सकता है, जबकि तीनों आवश्यकताओं को पूरा करना एक अत्यंत कठिन कार्य है। उदाहरण के लिए, आप विश्वसनीयता और प्रदर्शन के बीच एक स्वीकार्य संतुलन प्रदान कर सकते हैं, हालांकि, इस तरह के एल्गोरिदम को लागू करने के लिए सर्किट पर एक बड़े क्षेत्र की आवश्यकता होगी, जिससे लागत में वृद्धि होती है। दूसरी ओर, आप एक विश्वसनीय और सस्ती प्रणाली बना सकते हैं, लेकिन सीमित प्रदर्शन के साथ।

जाहिर है, इस समस्या के तीन समाधान हैं:

1. सिद्ध मानक एल्गोरिदम का उपयोग करना।
2. उत्पादकता बढ़ाने और तार्किक जटिलता को कम करने के लिए प्रसिद्ध एल्गोरिदम का संशोधन।
3. नए एल्गोरिदम का विकास।

पहले दृष्टिकोण के साथ समस्या यह है कि अधिकांश आधुनिक सिफर मूल रूप से हार्डवेयर अनुप्रयोगों के संबंध में सॉफ्टवेयर में उपयोग के लिए डिज़ाइन किए गए थे। बेशक, यह दृष्टिकोण उचित है, क्योंकि, सबसे पहले, अधिकांश एल्गोरिदम का उपयोग कंप्यूटर पर किया जाता है, और दूसरी बात, आधुनिक प्रोसेसर के सस्ते होने के कारण, उच्च-प्रदर्शन वाले सस्ते हार्डवेयर कार्यान्वयन बनाने में कोई समस्या नहीं है। हालाँकि, ये धारणाएँ RFID प्रणालियों के लिए काम नहीं करती हैं, जिसका अर्थ है कि उनमें मानक क्रिप्टोग्राफ़िक एल्गोरिदम का उपयोग करना असंभव है।

दूसरा दृष्टिकोण सिफर को अनुसंधान के समृद्ध इतिहास के साथ संशोधित करना है, जो मूल रूप से हार्डवेयर में उपयोग के लिए विकसित किया गया था। इस समाधान का निर्विवाद लाभ यह है कि प्रश्न में सिफर की विश्वसनीयता के लिए बहुत सारे शोध पहले से ही समर्पित हैं और इसलिए, निर्मित एल्गोरिदम की कमजोरियों को खत्म करने का काम सरल है। हालांकि, यह मत भूलो कि सिस्टम के लापरवाह संशोधन से गंभीर अवांछनीय परिणाम हो सकते हैं। इसलिए, एल्गोरिथ्म के कुछ तत्वों को बदलते समय, अतिरिक्त कमजोरियों की संभावना का सावधानीपूर्वक मूल्यांकन करना आवश्यक है।

LW क्रिप्टोग्राफी के क्षेत्र में अधिकांश समाधान तीसरे दृष्टिकोण पर आधारित हैं। यह स्पष्ट है कि स्थायित्व में कुछ खामियों के बिना एक नया सिफर बनाना एक कठिन काम है, लेकिन मौजूदा एल्गोरिदम अच्छे परिणाम दिखाते हैं और संभवतः, भविष्य में RFID उपकरणों की सुरक्षा सुनिश्चित करने वाले क्रिप्टोकरंसी में उनका उपयोग पाएंगे।

ब्लॉक और स्ट्रीम एलडब्ल्यू एल्गोरिदम दोनों हैं। फिलहाल, वर्णित धारा LW सिफर के केवल तीन को अपेक्षाकृत स्वीकार्य विशेषताओं के रूप में जाना जाता है। ये एल्गोरिदम मिक्की, ट्रिवियम और ग्रेिन हैं। हालांकि, ये सिफर उनमें से प्रत्येक की व्यक्तिगत विशेषताओं के कारण निष्क्रिय आरएफआईडी प्रणालियों में लागू नहीं होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, ट्रिवियम को चिप पर एक क्षेत्र की आवश्यकता होती है, जो स्वीकार्य से अधिक डेढ़ गुना (3488GE * 2000GE की सीमा के साथ) से अधिक है। GRAIN सिफर के वर्तमान संस्करण को संबद्ध कुंजियों के साथ सफलतापूर्वक हमला किया जा सकता है। मिकी के रूप में, डेवलपर्स ने केवल कुछ हमलों के लिए इसके प्रतिरोध का परीक्षण किया, लेकिन यह इसकी विश्वसनीयता में विश्वास सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त नहीं है।

इस प्रकार, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि वर्तमान में धारा सिफर के बीच कोई एल्गोरिथ्म नहीं है जो आरएफआईडी प्रणालियों की बुनियादी आवश्यकताओं को पूरा करता है।

ब्लॉक सिफर सेक्शन में, स्थिति कुछ बेहतर है। आइए कुछ ब्लॉक एलडब्ल्यू एल्गोरिदम पर करीब से नज़र डालें।

सबसे पहले, यह DESL सिफर को ध्यान देने योग्य है। यह डेस (डेटा एन्क्रिप्शन स्टैंडआर्ट) एल्गोरिथम के आधार पर विकसित किया गया था जो पिछली शताब्दी के शुरुआती 70 के दशक में वर्णित था। नए क्रिप्टोकरेंसी के आधार के रूप में इस सिफर का चुनाव आकस्मिक नहीं है। अन्य ज्ञात एल्गोरिदम पर डेस का लाभ यह है कि सबसे पहले, यह मूल रूप से हार्डवेयर उपकरणों में उपयोग के लिए विकसित किया गया था। इसके अलावा, इस तथ्य के कारण कि सिफर के पास तीस से अधिक वर्षों का शोध इतिहास है, यह माना जा सकता है कि इसकी मुख्य कमजोरियों का पता चला है और इसे समाप्त कर दिया गया है।

आरएफआईडी प्रणालियों में डेस के उपयोग का अनुकूलन करने के लिए, इसे संशोधित किया गया था। सबसे पहले, आईपी और आईपी ^{-1 के} क्रमपरिवर्तन को बाहर रखा गया था, जो स्थिरता को प्रभावित नहीं करते हैं, लेकिन सर्किट में एक स्थान पर कब्जा कर लेते हैं। फिर, आठ मूल एस-ब्लॉक को आठ बार दोहराया गया। लेखकों ने साबित किया कि यह परिवर्तन एल्गोरिदम के बड़े हमलों, जैसे रैखिक और अंतर क्रिप्टोनालिसिस के प्रतिरोध को प्रभावित नहीं करता है। परिणामी सिफर को DESL कहा जाता था। इसका मुख्य नुकसान छोटे कुंजी आकार - 56 बिट्स है। हालाँकि इसे पूरी तरह से प्रकट करने के लिए कई दर्जन कंप्यूटरों के समूह को काम करने में कई महीने लगेंगे, लेकिन सुपर कंप्यूटर पर इस कार्य को पूरा करने में सिर्फ तीन दिन लगते हैं। इसलिए, ऐसे एल्गोरिथ्म का उपयोग केवल वहीं किया जाना चाहिए जहां अल्पकालिक सुरक्षा की आवश्यकता होती है, या जहां संरक्षित डेटा का महत्व अपेक्षाकृत कम है। एल्गोरिथ्म को लागू करने के लिए, 1848GE की आवश्यकता होती है, जो एक LW सिफर के लिए एक स्वीकार्य आवश्यकता है।

आरएफआईडी सिस्टम की सभी आवश्यकताओं को पूरा करने वाला अगला ब्लॉक एलडब्ल्यू एल्गोरिथ्म वर्तमान में है।
DESL के विपरीत, यह सिफर 80-बिट कुंजी का उपयोग करता है, जो इसकी विश्वसनीयता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है। डेवलपर्स ने इस एल्गोरिदम की रैखिक और अंतर विश्लेषण, बीजीय हमले और कुछ अन्य प्रकार के हमलों की भेद्यता का अध्ययन किया। दिखाया गया PRESENT ताकत खरोंच से निर्मित सिफर के लिए एक उत्कृष्ट परिणाम है। एल्गोरिथ्म के पूर्ण-दौर संस्करण पर कोई भी सफल हमले वर्तमान में ज्ञात नहीं हैं।

वर्तमान में विभिन्न कार्यान्वयन हैं। उनमें से सबसे कॉम्पैक्ट को केवल 1000GE की आवश्यकता होती है, जो LW सिफर के लिए सबसे अच्छे परिणामों में से एक है।

RFID प्रणालियों में संचारित डेटा की सुरक्षा सुनिश्चित करने के अलावा, PRESENT के कुछ संशोधनों का उपयोग अन्य संसाधन-निर्भर उपकरणों में भी किया जाता है। उदाहरण के लिए, H-PRESENT-128 ज्ञात हैश कार्यों का सबसे कॉम्पैक्ट है। इसके अलावा, क्रिप्टो-जीपीएस योजना के लिए छद्म यादृच्छिक संख्या जनरेटर के रूप में एल्गोरिथ्म का उपयोग करना संभव है।

LW सिफर के बीच, कोई एल्गोरिथम के KATAN और KTANTAN परिवारों को अलग कर सकता है।
प्रत्येक परिवार में तीन सिफर होते हैं, जो एन्क्रिप्शन राउंड की संख्या में भिन्न होते हैं: 32, 48 या 64. सभी सिफर में 80-बिट कुंजी होती है। KTANTAN और KATAN के बीच अंतर यह है कि पूर्व में इस तथ्य के कारण कम संसाधनों की आवश्यकता होती है कि एन्क्रिप्शन कुंजी डिवाइस में "सिलना" है और इसे बदला नहीं जा सकता है। सिफर्स के विवरण में, डेवलपर्स ने ऐसे हमलों का प्रतिरोध और रैखिक विश्लेषण, संबंधित कुंजियों पर हमला और बीजगणितीय हमले के रूप में प्रतिरोध दिखाया।

केपटान प्रतिनिधियों के हार्डवेयर कार्यान्वयन क्रिप्टोग्राफी के इस क्षेत्र में सर्वोत्तम परिणाम दिखाते हैं। उदाहरण के लिए, KTANTAN48 एल्गोरिथम को केवल 588GE का उपयोग करके लागू किया जा सकता है, जो कि सबसे कॉम्पैक्ट PRESENT कार्यान्वयन का लगभग आधा आकार है।

हालांकि, ऊपर वर्णित ब्लॉक सिफर के सभी लाभों के बावजूद, उनके लिए कुछ खतरे हैं जो उन्हें हर जगह उपयोग करने की अनुमति नहीं देते हैं। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, DESL एल्गोरिथ्म एक अपेक्षाकृत छोटी कुंजी का उपयोग करता है, जो उन उपकरणों में इसका उपयोग करता है जिनकी सुरक्षा उच्च स्तर पर असंभव सुनिश्चित की जानी चाहिए। पिछले कुछ वर्षों में किए गए कई अध्ययनों के बावजूद, PRESENT और KTANTAN एल्गोरिदम महत्वपूर्ण भेद्यताएं ले सकते हैं जो कई अन्य लाभों को नकार देंगे।

कई और ब्लॉक एलडब्ल्यू एल्गोरिदम हैं। हालांकि, उनके कुछ नुकसान हैं। उदाहरण के लिए, MIBS और TWIS अच्छे परिणाम दिखाते हैं, दोनों गति और लागत के मामले में, लेकिन पर्याप्त शोध नहीं किया गया है, जो कि स्ट्रीम एल्गोरिदम के मामले में, हमें उनकी विश्वसनीयता के बारे में निश्चितता के साथ न्याय करने की अनुमति नहीं देता है। अन्य सिफर, जैसे HIGHT या mCrypton, को हार्डवेयर कार्यान्वयन के लिए चिप पर बहुत अधिक स्थान की आवश्यकता होती है।

इस प्रकार, उपरोक्त सभी को सारांशित करते हुए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि निष्क्रिय RFID टैग के लिए स्ट्रीम और ब्लॉक एन्क्रिप्शन एल्गोरिथम दोनों बनाने का कार्य अभी भी प्रासंगिक है और इसके समाधान की आवश्यकता है।