Marcado de tiempo vinculado

El sellado de tiempo vinculado es un tipo de sellado de tiempo confiable donde los sellos de tiempo emitidos están relacionados entre sí. Cada sello de tiempo contiene datos que autentican el sello de tiempo anterior; la autenticación valida todo el mensaje, incluyendo la autenticación de los sellos de tiempo previos, creando una cadena. Esto imposibilita agregar un sello de tiempo en medio de la cadena, ya que cualquier sello de tiempo posterior sería diferente.

Descripción

El sellado de tiempo vinculado crea tokens de marca de tiempo interdependientes, integrados en una estructura de datos autenticada . Cualquier modificación posterior de las marcas de tiempo emitidas invalidaría esta estructura. El orden temporal de las marcas de tiempo emitidas también está protegido por esta estructura de datos, lo que imposibilita la modificación retroactiva de las mismas, incluso por parte del propio servidor emisor.

La parte superior de la estructura de datos autenticada se publica generalmente en algún medio difícil de modificar y ampliamente verificado, como un periódico impreso o una cadena de bloques pública . No se utilizan claves privadas (a largo plazo), lo que evita los riesgos relacionados con la infraestructura de clave pública (PKI ).

Entre los candidatos adecuados para la estructura de datos autenticada se incluyen:

Cadena hash lineal
Árbol Merkle (árbol hash binario)
Lista de saltos

El esquema de sellado de tiempo más simple basado en una cadena hash lineal se ilustra en el siguiente diagrama:

La autoridad de sellado de tiempo basada en enlaces (TSA) generalmente realiza las siguientes funciones distintas:

Agregación: Para una mayor escalabilidad, el TSA podría agrupar las solicitudes de sellado de tiempo que lleguen en un corto intervalo de tiempo. Estas solicitudes se agregan sin conservar su orden temporal y se les asigna el mismo valor de tiempo. La agregación crea una conexión criptográfica entre todas las solicitudes involucradas; el valor agregado de autenticación se utilizará como entrada para la operación de vinculación .

Enlace: La vinculación crea un enlace criptográfico verificable y ordenado entre los tokens de marca de tiempo actuales y los ya emitidos.

Publicación: La TSA publica periódicamente algunos enlaces, de modo que todos los tokens de marca de tiempo emitidos anteriormente dependen del enlace publicado, lo que hace prácticamente imposible falsificar los valores publicados. Al publicar enlaces ampliamente verificados, la TSA crea puntos de verificación infalsificables para validar todas las marcas de tiempo emitidas anteriormente.

Seguridad

El sellado de tiempo vinculado es intrínsecamente más seguro que el sellado de tiempo habitual basado en firmas de clave pública. Todos los sellos de tiempo posteriores "sellan" los emitidos anteriormente: la cadena hash (u otro diccionario autenticado en uso) solo puede construirse de una manera; modificar los sellos de tiempo emitidos es casi tan difícil como encontrar una preimagen para la función hash criptográfica utilizada . Los usuarios pueden observar la continuidad de la operación; las publicaciones periódicas en medios de comunicación de amplia difusión brindan mayor transparencia.

Los usuarios podrían detectar cualquier manipulación de los valores de tiempo absolutos, ya que las marcas de tiempo de estos últimos son relativamente comparables gracias al diseño del sistema.

La ausencia de claves secretas aumenta la confiabilidad del sistema. No hay claves que puedan filtrarse y los algoritmos hash se consideran más a prueba de futuro ^{[ 1 ]} que los algoritmos basados en aritmética modular , por ejemplo RSA .

El sellado de tiempo vinculado ofrece una buena escalabilidad: el hash es mucho más rápido que la criptografía de clave pública. No se necesita hardware criptográfico específico con sus limitaciones.

La tecnología común ^{[ 2 ]} para garantizar el valor de atestación a largo plazo de las marcas de tiempo emitidas (y los datos firmados digitalmente ^{[ 3 ]} ) es el sellado de tiempo periódico del token de marca de tiempo. Debido a los riesgos relacionados con la falta de clave y al margen de seguridad plausible de la función hash elegida razonablemente, este período de sellado de tiempo del token vinculado a hash podría ser un orden de magnitud más largo que el de un token firmado con clave pública.

Investigación

Cimientos

Stuart Haber y W. Scott Stornetta propusieron ^{[ 4 ]} en 1990 vincular las marcas de tiempo emitidas en una cadena hash lineal, utilizando una función hash resistente a colisiones . La principal razón era disminuir los requisitos de confianza de TSA .

Los esquemas en forma de árbol y el funcionamiento en rondas fueron propuestos por Benaloh y de Mare en 1991 ^{[ 5 ]} y por Bayer, Haber y Stornetta en 1992. ^{[ 6 ]}

Benaloh y de Mare construyeron un acumulador unidireccional ^{[ 7 ]} en 1994 y propusieron su uso en el sellado de tiempo. Cuando se utiliza para la agregación, el acumulador unidireccional requiere solo un cálculo de tiempo constante para la verificación de pertenencia a la ronda.

Surety ^{[ 8 ]} inició el primer servicio comercial de sellado de tiempo vinculado en enero de 1995. El esquema de vinculación se describe y su seguridad se analiza en el siguiente artículo ^{[ 9 ]} de Haber y Sornetta.

Buldas et al. continuaron con una mayor optimización ^{[ 10 ]} y un análisis formal de esquemas basados en árboles binarios y árboles enhebrados ^{[ 11 ]} .

El sistema de sellado de tiempo basado en listas de salto se implementó en 2005; los algoritmos relacionados son bastante eficientes. ^{[ 12 ]}

seguridad demostrable

^{Buldas y Saarepera [ 13 ]} presentaron en 2004 una prueba de seguridad para esquemas de sellado de tiempo basados en funciones hash. Existe un límite superior explícito. $N$ En cuanto al número de marcas de tiempo emitidas durante el período de agregación, se sugiere que probablemente sea imposible demostrar la seguridad sin este límite explícito; las denominadas reducciones de caja negra fracasarán en esta tarea. Considerando que todas las pruebas de seguridad conocidas, relevantes y eficientes en la práctica, son de caja negra, este resultado negativo es bastante contundente.

A continuación, en 2005 se demostró ^{[ 14 ]} que los esquemas de sellado de tiempo limitados con una parte de auditoría de confianza (que revisa periódicamente la lista de todos los sellos de tiempo emitidos durante un período de agregación) pueden hacerse universalmente componibles : permanecen seguros en entornos arbitrarios (composiciones con otros protocolos y otras instancias del propio protocolo de sellado de tiempo).

Buldas, Laur demostró ^{[ 15 ]} en 2007 que los esquemas de sellado de tiempo limitados son seguros en un sentido muy fuerte: satisfacen la llamada condición de "vinculación de conocimiento". La garantía de seguridad ofrecida por Buldas, Saarepera en 2004 se mejora disminuyendo el coeficiente de pérdida de seguridad de $N$ a ${\sqrt {N}}$ .

Las funciones hash utilizadas en los esquemas de sellado de tiempo seguros no necesariamente tienen que ser resistentes a colisiones ^{[ 16 ]} ni siquiera unidireccionales ^{[ 17 ]} . Es probable que los esquemas de sellado de tiempo seguros sean posibles incluso en presencia de un algoritmo universal de detección de colisiones (es decir, un programa universal y de ataque capaz de encontrar colisiones para cualquier función hash). Esto sugiere que es posible encontrar pruebas aún más robustas basadas en otras propiedades de las funciones hash.

En la ilustración anterior, el sistema de sellado de tiempo basado en árbol hash funciona en rondas ( $t$ , $t+1$ , $t+2$ , ...), con un árbol de agregación por ronda. Capacidad del sistema ( $N$ ) está determinado por el tamaño del árbol ( $N=2^{l}$ , dónde $l$ (denota la profundidad del árbol binario). Las pruebas de seguridad actuales se basan en la suposición de que existe un límite estricto para el tamaño del árbol de agregación, posiblemente impuesto por la restricción de longitud del subárbol.

Estándares

La norma ISO 18014, parte 3, trata sobre los "Mecanismos que producen tokens vinculados".

La norma nacional estadounidense para servicios financieros "Gestión y seguridad de sellos de tiempo confiables" ( norma ANSI ASC X9.95 ) de junio de 2005 abarca los esquemas de sellado de tiempo basados en enlaces e híbridos.

No existe ningún RFC o borrador estándar de la IETF sobre el sellado de tiempo basado en enlaces. El RFC 4998 (Sintaxis de registro de evidencia) abarca el árbol hash y el sellado de tiempo como garantía de integridad para el archivado a largo plazo.

Referencias

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Enlaces externos

"Serie de miniconferencias sobre funciones hash criptográficas" ; incluye aplicaciones en el sellado de tiempo y la seguridad demostrable; por A. Buldas, 2011.

[1] Buchmann, J.; Dahmen, E.; Szydlo, M. (2009). "Esquemas de firma digital basados en hash". Criptografía poscuántica . pag. 35.doi : 10.1007 /978-3-540-88702-7_3 . ISBN 978-3-540-88701-0.

[2] Véase ISO/IEC 18014-1:2002, Capítulo 4.2

[3] Por ejemplo, véase XAdES-A .

[4] Haber, S.; Stornetta, WS (1991). "Cómo marcar con fecha y hora un documento digital" . Journal of Cryptology . 3 (2): 99– 111. CiteSeerX 10.1.1.46.8740 . doi : 10.1007/BF00196791 . S2CID 14363020 .

[5] Benaloh, Josh; de Mare, Michael (1991). "Marcado de tiempo de transmisión eficiente". Informe técnico 1. Departamento de Matemáticas e Informática de la Universidad de Clarkson. CiteSeerX 10.1.1.38.9199 . {{cite journal}}: Para citar una revista se requiere |journal=( ayuda )

[6] Bayer, Dave; Stuart A., Haber; Wakefield Scott, Stornetta (1992). "Mejora de la eficiencia y confiabilidad del sellado de tiempo digital". Secuencias II: Métodos en comunicación, seguridad e informática . Springer-Verlag: 329–334 . CiteSeerX 10.1.1.46.5923 .

[7] Benaloh, J.; Mare, M. (1994). «Acumuladores unidireccionales: una alternativa descentralizada a las firmas digitales» . Avances en criptología – EUROCRYPT '93 . Notas de clase en informática. Vol. 765. p. 274. doi : 10.1007/3-540-48285-7_24 . ISBN 978-3-540-57600-6.

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[10] Buldas, A.; Laud, P.; Lipmaa, H.; Villemson, J. (1998). Marcado de tiempo con esquemas de enlace binario . Lecture Notes in Computer Science. Vol. 1462. p. 486. CiteSeerX 10.1.1.35.9724 . doi : 10.1007/BFb0055749 . ISBN 978-3-540-64892-5.

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[14] Buldas, A.; Laud, P.; Saarepera, MR; Willemson, J. (2005). Esquemas de sellado de tiempo universalmente componibles con Audit S. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 3650. pp. 359–373 . CiteSeerX 10.1.1.59.2070 . doi : 10.1007/11556992_26 . ISBN 978-3-540-31930-6.

[15] Buldas, A.; Laur, S. (2007). Compromisos vinculantes del conocimiento con aplicaciones en el sellado de tiempo . Lecture Notes in Computer Science. Vol. 4450. pp. 150–165 . CiteSeerX 10.1.1.102.2680 . doi : 10.1007/978-3-540-71677-8_11 . ISBN 978-3-540-71676-1.

[16] Buldas, A.; Jürgenson, A. (2007). ¿Implica el sellado de tiempo seguro funciones hash libres de colisiones? . Lecture Notes in Computer Science. Vol. 4784. pp. 138– 150. CiteSeerX 10.1.1.110.4564 . doi : 10.1007/978-3-540-75670-5_9 . ISBN 978-3-540-75669-9.

[17] Buldas, A.; Laur, S. (2006). ¿Afectan las funciones hash defectuosas a la seguridad de los esquemas de sellado de tiempo? (PDF) . Lecture Notes in Computer Science. Vol. 3989. pp. 50–65 . CiteSeerX 10.1.1.690.7011 . doi : 10.1007/11767480_4 . ISBN 978-3-540-34703-3.

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Buldas y Saarepera [ 13 ]

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