Ethereum-medeaoprichter Vitalik Buterin heeft vrijdag het derde deel gepubliceerd van zijn reeks over cryptografische obfuscatie, waarin hij een techniek onderzoekt die "local mixing" wordt genoemd en die roosters en elliptische krommen inruilt voor ideeën uit het ontwerp van hashfuncties.

De nieuwe publicatie volgt op deel I, gepubliceerd op 29 juni, en de uiteenzetting over diamond iO die op 28 juli verscheen, beide gericht op constructies die zwaar op roosters leunen — de wiskundige familie die ook de post-kwantumversleutelingsstandaarden onderbouwt die NIST in 2024 afrondde. Local mixing is daarentegen "a totally different way of doing cryptography", schreef Buterin in zijn nieuwste publicatie. Het ontwerp bevat volgens hem nergens elliptische krommen, priemfactorisatie of roosters. Volgens Buterin is de naaste verwant van local mixing de symmetrische cryptografie, het vakgebied achter alledaagse versleuteling en hashing. Dat is een in de praktijk beproefde traditie: symmetrische algoritmen zoals AES en SHA-2 zijn nog altijd breed in gebruik en hebben decennia van open cryptanalyse doorstaan, in tegenstelling tot constructies waarvan de veiligheid op nieuwere en minder geteste aannames berust.

Junkpoorten en een omgekeerd werkend circuit

Het proces van local mixing begint met een circuit dat is opgebouwd uit logische poorten zoals XOR, AND en NOT. Dat circuit doorloopt vervolgens een pijplijn die de uitvoer identiek houdt terwijl elk spoor van de interne logica wordt uitgewist. Buterin beschreef de volgorde: het oorspronkelijke circuit wordt omkeerbaar gemaakt, vervolgens verhard, gegadgetiseerd, gemengd en ten slotte geobfusceerd.

Tijdens de mengfase worden junkpoorten door het hele circuit verspreid, wordt de rangschikking geschud en worden kleine blokken vervangen door andere poorten die hetzelfde berekenen. Mengen alleen is niet voldoende, en daarom zijn de andere stappen belangrijk, want die verrichten het meeste werk. Omkeerbaarheid komt op de eerste plaats omdat die de rest van de pijplijn mogelijk maakt: Buterin legt uit dat een omkeerbare poort kan worden herschreven als een willekeurige stapel andere omkeerbare poorten met gelijk gedrag, iets wat moeilijker te bereiken is met een AND- of OR-poort.

Een gok gebouwd op eerdere mislukkingen

Buterin omschreef local mixing desondanks als een "wild and risky bet" en schreef dat de techniek rust op "a graveyard of failed attempts at white-box cryptography". White-boxcryptografie vraagt dat geheimen verborgen blijven in software die een aanvaller van begin tot eind kan inspecteren en aanpassen — het dreigingsmodel achter digital rights management en code voor mobiele betalingen — en gepubliceerde schema's van dat soort zijn herhaaldelijk gekraakt, terwijl gewone symmetrische cryptografie het probleem omzeilt door algoritmes openbaar te houden en geheimen onder te brengen in sleutels bij gebruikers. Buterin wees er echter op dat de auteurs van local mixing zeggen dat meer inspanning, samen met de bereidheid hogere overhead te accepteren, het idee zou kunnen laten standhouden.

Eén voorgestelde snelkoppeling is kunstmatige intelligentie, die de drie decennia die hashfuncties nodig hadden om te rijpen zou kunnen comprimeren tot een periode van een paar jaar. Die rijping vond in het openbaar plaats, via openbare competities zoals de SHA-3-wedstrijd van NIST, die liep van 2007 tot 2012, en jarenlange kraakpogingen door de bredere cryptanalysegemeenschap. De aanpak stapt wel af van de op roosters gebaseerde routes, waar de afweging betrekking had op veiligheidsaannames.

In zijn publicatie van juni noemde Buterin obfuscatie de "final boss of cryptography" en in het nieuwste deel "the final frontier of cryptography". De meest rigoureuze constructies hebben volgens hem "literally galactic" rekentijden — langer dan de levensduur van het universum.

Waarom obfuscatie de moeite waard is

Obfuscatie maakt het mogelijk een programma om te zetten in een versleutelde versie die nog steeds werkt op gewone invoer, waarbij gewone uitvoer wordt teruggegeven terwijl de onderliggende code verborgen blijft. In de strengste formele versie, indistinguishability obfuscation, moeten twee programma's die dezelfde functie berekenen geobfusceerde vormen opleveren die niet van elkaar te onderscheiden zijn. In combinatie met een blockchain komt dit dicht bij een "trustless trusted third party", wat toepassingen mogelijk maakt zoals besloten, collusiebestendige stemming zonder een M-of-N-commissie die vertrouwd moet worden.