Vitalik Buterin wendet sich im dritten Teil seiner Verschleierungsserie dem „Local Mixing“ zu
Wichtige Erkenntnisse
- •Buterins dritter Beitrag zur Verschleierung untersucht „Local Mixing“, eine Technik, die zugunsten von Prinzipien der symmetrischen Kryptografie und des Hash-Funktions-Designs auf Gitter, elliptische Kurven und Primfaktorzerlegung verzichtet.
- •Die Methode führt einen Logikschaltkreis durch die Stufen Umkehrbarkeit, Härtung, Gadgetisierung, Mischen mit Junk-Gattern und abschließende Verschleierung, während die Ausgabe des Schaltkreises unverändert bleibt.
- •Buterin beschreibt Local Mixing als „wilde und riskante Wette“ aufbauend auf einer Geschichte gebrochener White-Box-Kryptografie-Schemata, wobei die Autoren argumentieren, dass mehr Aufwand und die Bereitschaft zu höherem Overhead die Idee praktikabel machen könnten.
- •Er legt nahe, dass künstliche Intelligenz die rund drei Jahrzehnte, die Hash-Funktionen zur Reifung benötigten, auf eine Zeitspanne von wenigen Jahren verdichten könnte.
- •Buterin rahmt Verschleierung als „letzte Grenze“ der Kryptografie ein, stellt fest, dass die strengsten Konstruktionen galaktische Laufzeiten haben, und dass die Kombination von Verschleierung mit Blockchains private, kollusionsresistente Abstimmungen ohne vertrauenswürdiges Komitee ermöglichen könnte.
Der Ethereum-Mitgründer Vitalik Buterin hat am Freitag den dritten Teil seiner Serie zur kryptografischen Verschleierung veröffentlicht und darin eine Technik namens „Local Mixing“ untersucht, die Gitter und elliptische Kurven zugunsten von Ideen aus dem Design von Hash-Funktionen aufgibt.
Der neue Beitrag folgt auf Teil I, veröffentlicht am 29. Juni, und die Diamond-iO-Ausarbeitung, die am 28. Juli erschien; beide befassten sich mit gitterlastigen Konstruktionen – der mathematischen Familie, die auch die Post-Quantum-Verschlüsselungsstandards untermauert, die die NIST 2024 finalisiert hat. Local Mixing hingegen sei „ein völlig anderer Weg, Kryptografie zu betreiben“, schrieb Buterin in seinem neuesten Beitrag. Das Design enthalte keinerlei elliptische Kurven, keine Primfaktorzerlegung und keine Gitter, so Buterin. Laut Buterin ist der nächste Verwandte von Local Mixing die symmetrische Kryptografie – die Disziplin hinter alltäglicher Verschlüsselung und Hashing. Das ist eine kampferprobte Tradition: Symmetrische Algorithmen wie AES und SHA-2 sind weiterhin weit verbreitet und haben Jahrzehnte offener Kryptoanalyse standgehalten, anders als Konstruktionen, deren Sicherheit auf neueren und weniger geprüften Annahmen beruht.
Junk-Gatter und ein rückwärts betriebener Schaltkreis
Der Local-Mixing-Prozess beginnt mit einem Schaltkreis aus Logikgattern wie XOR, AND und NOT. Dieser Schaltkreis durchläuft anschließend eine Pipeline, die die Ausgabe identisch hält, während jede Spur der internen Logik beseitigt wird. Buterin beschrieb die Abfolge: Der ursprüngliche Schaltkreis wird umkehrbar gemacht, dann gehärtet, gadgetisiert, gemischt und schließlich verschleiert.
Während der Mischungsphase werden Junk-Gatter über den gesamten Schaltkreis verteilt, die Anordnung wird durchgemischt und kleine Blöcke werden durch andere Gatter ersetzt, die dasselbe berechnen. Mischen allein reicht nicht aus, weshalb die anderen Schritte wichtig sind, da sie den Großteil der Arbeit leisten. Die Umkehrbarkeit steht an erster Stelle, denn sie macht den Rest der Pipeline möglich: Buterin erklärt, dass ein umkehrbares Gatter als eine beliebige Ansammlung anderer umkehrbarer Gatter mit übereinstimmendem Verhalten umgeschrieben werden kann – etwas, das mit einem AND- oder OR-Gatter schwieriger zu erreichen ist.
Eine Wette, gebaut auf vergangenen Fehlschlägen
Buterin bezeichnete Local Mixing gleichwohl als „wilde und riskante Wette“ und schrieb, dass die Technik auf „einem Friedhof gescheiterter Versuche der White-Box-Kryptografie“ ruht. White-Box-Kryptografie verlangt, dass Geheimnisse in Software verborgen bleiben, die ein Angreifer vollständig einsehen und verändern kann – das Bedrohungsmodell hinter digitaler Rechteverwaltung und Code für mobile Zahlungen. Derartige veröffentlichte Schemata wurden wiederholt gebrochen, während die gewöhnliche symmetrische Kryptografie das Problem umgeht, indem sie Algorithmen öffentlich hält und Geheimnisse in Schlüsseln verwahrt, die bei den Nutzern liegen. Allerdings wies Buterin darauf hin, dass die Autoren von Local Mixing sagen, dass mehr Aufwand zusammen mit der Bereitschaft, höheren Overhead zu akzeptieren, die Idee tragfähig machen könnte.
Eine vorgeschlagene Abkürzung ist die künstliche Intelligenz, welche die drei Jahrzehnte, die Hash-Funktionen zur Reifung benötigten, auf eine Zeitspanne von wenigen Jahren verdichten könnte. Diese Reifung geschah in der Öffentlichkeit, durch Wettbewerbe wie den SHA-3-Wettbewerb der NIST, der von 2007 bis 2012 lief, sowie durch jahrelange Angriffsversuche der breiteren Kryptoanalyse-Community. Der Ansatz entfernt sich allerdings von den gitterbasierten Routen, bei denen der Kompromiss in den Sicherheitsannahmen lag.
Buterin nannte die Verschleierung in seiner Juni-Publikation den „letzten Boss der Kryptografie“ und in der neuesten Ausgabe „die letzte Grenze der Kryptografie“. Die strengsten Konstruktionen hätten „wörtlich galaktische“ Laufzeiten – länger als die Lebensdauer des Universums, so Buterin.
Warum sich die Verschleierung lohnt
Verschleierung ermöglicht es, ein Programm in eine verschlüsselte Version umzuwandeln, die weiterhin auf gewöhnlichen Eingaben läuft, dabei gewöhnliche Ausgaben liefert und den zugrunde liegenden Code verbirgt. In ihrer strengsten formalen Version, der Ununterscheidbarkeits-Verschleierung (Indistinguishability Obfuscation), sollten beliebige zwei Programme, die dieselbe Funktion berechnen, verschleierte Formen hervorbringen, die nicht auseinandergehalten werden können. Kombiniert man sie mit einer Blockchain, kommt sie einem „vertrauenslosen vertrauenswürdigen Dritten“ nahe und ermöglicht Anwendungen wie private, kollusionsresistente Abstimmungen ohne ein M-of-N-Komitee, dem man vertrauen müsste.
