Unsigncryption a Prova di Hacker: La Nuova Frontiera della Sicurezza Adattiva!

Ciao a tutti, appassionati di tecnologia e sicurezza! Oggi voglio parlarvi di un argomento che, lo ammetto, suona un po’ ostico all’inizio: unsigncryption di soglia adattivamente sicura, splittabile e robusta. Un bel parolone, vero? Ma non temete, cercherò di spiegarvelo in modo semplice e, spero, affascinante. Immaginate di dover inviare un messaggio super segreto e, allo stesso tempo, garantire che provenga proprio da voi, senza possibilità di smentita. Qui entra in gioco la “signcryption”, una tecnica crittografica che fa entrambe le cose – cifratura e firma digitale – in un unico colpo, rendendo tutto più efficiente.

Ma cosa succede se il destinatario non è una singola persona?

Pensate a scenari come il cloud computing, la blockchain o le aste elettroniche. Spesso, le informazioni sensibili devono essere accessibili o processate da un gruppo di entità, non da un singolo individuo. E se volessimo aumentare ulteriormente la sicurezza, evitando che una sola “chiave” compromessa possa mandare tutto all’aria? Ecco che spunta l’unsigncryption di soglia. In pratica, si distribuisce il “potere” di decifrare e verificare il messaggio tra più membri (diciamo n membri). Per sbloccare il messaggio, è necessario che un numero minimo di questi membri (una soglia, appunto, chiamata t) collabori. Figo, no? Questo sistema migliora tantissimo la sicurezza e la robustezza: se anche qualche membro viene messo fuori gioco o si rivela disonesto, finché abbiamo t membri onesti e operativi, il messaggio può essere recuperato.

Il problema dei “cattivi” che si adattano

Fin qui tutto bene. Molti sistemi di unsigncryption di soglia sono stati proposti nel corso degli anni. Tuttavia, la maggior parte di essi ha una pecca: considerano un modello di attacco che io chiamo “a corruzione statica”. Immaginate un cattivo dei film che deve decidere chi corrompere prima che la storia inizi e non può cambiare idea dopo. Poco realistico, vero? Nel mondo reale, gli avversari sono molto più furbi e dinamici: osservano, imparano e decidono chi e come attaccare durante lo svolgimento del protocollo. Questo è ciò che chiamiamo corruzione adattiva, ed è una minaccia molto più seria e complessa da affrontare. Fino ad ora, mancavano schemi di unsigncryption di soglia capaci di resistere a questi attacchi adattivi, specialmente se volevamo anche altre proprietà desiderabili.

La nostra proposta: sicurezza che si adatta e molto di più!

Ed è qui che entriamo in scena noi (o meglio, il nostro lavoro di ricerca!). Abbiamo sviluppato il primo schema di unsigncryption di soglia (t,n) dimostrabilmente sicuro nel modello standard contro avversari con corruzione adattiva. Cosa significa “dimostrabilmente sicuro nel modello standard”? In parole povere, la sua sicurezza non si basa su euristiche o assunzioni irrealistiche (come i cosiddetti “oracoli random”, che sono comodi per le prove ma difficili da implementare nella pratica), ma su solide fondamenta matematiche.

Ma non ci siamo fermati qui! Il nostro schema non è solo adattivamente sicuro, ma possiede anche un sacco di altre fantastiche proprietà:

• Non-interattività: i membri del gruppo di destinatari che devono collaborare per l’unsigncryption possono calcolare le loro “quote” di decifratura senza doversi parlare o sincronizzare continuamente. Questo è un enorme vantaggio perché elimina colli di bottiglia e non dipende dalla larghezza di banda della rete.
• Robustezza: anche se una minoranza disonesta di membri (inferiore alla soglia t) devia dal protocollo o invia dati spazzatura, le parti oneste possono comunque portare a termine il processo di unsigncryption. E, cosa ancora più importante, i membri malintenzionati possono essere identificati e isolati!
• Verificabilità pubblica: questa è una chicca. La validità del testo cifrato e l’identità di chi lo ha “signcriptato” possono essere verificate da chiunque, utilizzando solo informazioni pubbliche.
• Unsigncryption splittabile: il processo di “unsigncryption” può essere diviso in due fasi distinte: la verifica del testo cifrato (che, come detto, è pubblica) e la decifratura vera e propria. La fase di decifratura, inoltre, non richiede alcuna informazione sul mittente, garantendo così la sua anonimità in quel preciso stadio. Pensate alle aste elettroniche: vogliamo verificare che l’offerta sia valida e provenga da un offerente autorizzato, ma magari vogliamo mantenere segreta l’identità dell’offerente fino a un certo punto.

Come ci siamo riusciti? Un pizzico di magia crittografica

Per raggiungere questo livello di sicurezza e funzionalità, abbiamo impiegato una tecnica piuttosto sofisticata chiamata dual system technique, applicandola per la prima volta nel contesto dell’unsigncryption di soglia. Questa tecnica ci permette di costruire prove di sicurezza molto forti, specialmente contro avversari adattivi. Abbiamo anche integrato schemi di crittografia basata sull’identità (IBE) e firme digitali fortemente non falsificabili, il tutto orchestrato in modo da legare strettamente la cifratura e la firma, evitando attacchi furbeschi che potrebbero compromettere la sicurezza. Il nostro schema si basa su gruppi bilineari di ordine composito, che offrono le proprietà matematiche necessarie per far funzionare il tutto.

La definizione formale di uno schema di unsigncryption di soglia come il nostro prevede diverse fasi:

• Setup: un algoritmo iniziale che genera i parametri pubblici del sistema, comuni a tutti.
• Generazione delle chiavi (KeyGen): il mittente genera la sua coppia di chiavi pubblica/privata. Per il gruppo di destinatari, un’entità fidata (trusted dealer) genera una chiave pubblica unica per il gruppo e distribuisce quote della chiave privata e chiavi di verifica a ciascuno degli n membri.
• Signcryption: il mittente prende il messaggio, la sua chiave privata, la chiave pubblica del mittente e la chiave pubblica del gruppo di destinatari e produce un testo cifrato.
• Unsigncryption di Soglia (TUnsigncrypt): almeno t membri del gruppo di destinatari usano il testo cifrato, la chiave pubblica del mittente, la chiave pubblica del proprio gruppo, le proprie quote di chiave privata e le proprie chiavi di verifica. Ogni membro calcola una “quota di unsigncryption”. Se ci sono almeno t quote valide, queste vengono combinate per recuperare il messaggio originale. Altrimenti, si ottiene un errore.

La correttezza è garantita se, seguendo tutti i passaggi, si riesce a recuperare il messaggio originale. La robustezza, come accennato, permette di identificare i “traditori” e procedere comunque.

Sicurezza a 360 gradi: confidenzialità, integrità, autenticazione e non ripudio

Grazie alla sicurezza adattiva contro attacchi a testo cifrato scelto (adaptive-CCA), il nostro schema garantisce la confidenzialità del messaggio: anche se un avversario potente corrompe fino a t-1 destinatari in modo adattivo, non riuscirà a carpire informazioni sul contenuto del messaggio. Questo ci protegge da una vasta gamma di attacchi, dall’intercettazione passiva fino ai più complessi attacchi a testo cifrato scelto.
Inoltre, la proprietà di non falsificabilità esistenziale contro attacchi a messaggio scelto (UF-CMA) assicura che solo le parti autorizzate possano generare testi cifrati validi. Questo implica tre cose importantissime:

• Integrità: il messaggio non può essere alterato durante la trasmissione senza che ce ne si accorga.
• Autenticazione: si ha la certezza che il messaggio provenga effettivamente dal mittente dichiarato.
• Non-ripudio: il mittente non può negare di aver inviato il messaggio “signcriptato”.

Queste garanzie ci difendono da attacchi di manomissione, falsificazione di dati o identità, e attacchi alla reputazione.

Ma è pratico? Performance e Applicazioni

Tutto molto bello, ma funziona nel mondo reale? Abbiamo messo alla prova il nostro schema implementandolo e testandolo su diverse piattaforme, utilizzando gruppi di curve ellittiche con differenti livelli di sicurezza (80-bit e 128-bit). I risultati sono promettenti! Ad esempio, con un gruppo di 20 destinatari e una soglia di 18, su una curva ellittica con sicurezza a 80-bit, un singolo destinatario impiega solo circa 16.61 secondi per eseguire la sua parte della fase di unsigncryption di soglia. Certo, c’è un piccolo compromesso in termini di prestazioni rispetto agli schemi sicuri solo staticamente, dovuto all’uso di gruppi di ordine composito, ma il guadagno in termini di sicurezza adattiva è, a mio avviso, enorme e giustifica questo leggero overhead.
Inoltre, la natura non-interattiva del nostro schema mantiene basso l’overhead di comunicazione. Ad esempio, a un livello di sicurezza di 80-bit, il mittente deve trasmettere solo circa 1.85 KB di testo cifrato, e ogni destinatario deve diffondere solo 0.76 KB per la sua quota di unsigncryption.

Pensate alle applicazioni:

• Voto elettronico: le informazioni di voto vengono “signcriptate”. I risultati possono essere ottenuti solo quando un numero sufficiente di membri autorizzati (ad esempio, il comitato elettorale) collabora. Questo garantisce sicurezza, integrità e affidabilità, aumentando la credibilità del sistema. Immaginate 15 membri del comitato, con una soglia di 8. Ogni elettore invia il suo voto (circa 1.85KB cifrato). Ogni membro del comitato calcola la sua quota (0.76KB) e la condivide. Con 8 quote, il voto è svelato.
• Gestione distribuita delle chiavi
• Cloud computing sicuro
• Blockchain e aste sigillate

Cosa ci riserva il futuro?

Questo lavoro apre la strada a future ricerche. Un obiettivo potrebbe essere quello di migliorare ulteriormente le prestazioni degli schemi di unsigncryption di soglia adattivamente sicuri, magari esplorando tecniche che non richiedano gruppi di ordine composito o accoppiamenti bilineari, per trovare un equilibrio ancora migliore tra sicurezza ed efficienza.

In conclusione, il nostro schema non è solo un piccolo passo avanti, ma un vero e proprio balzo per la sicurezza delle comunicazioni distribuite in scenari complessi e dinamici. Fornisce una soluzione robusta, flessibile e, soprattutto, sicura contro avversari che non giocano secondo le vecchie regole, ma si adattano e colpiscono quando meno ce lo aspettiamo. Spero di avervi incuriosito e di avervi dato un’idea di come la crittografia continui a evolversi per proteggere il nostro mondo sempre più digitale!

Fonte: Springer