home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ 2,000 Greater & Lesser Mysteries / 2,000 Greater and Lesser Mysteries.iso / internet / mys01110.txt < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1994-06-10  |  101.3 KB

  1. From: crypt-comments@math.ncsu.edu
  2. Date: 1 Aug 93 04:00:31 GMT
  3. Newsgroups: sci.crypt,sci.answers,news.answers
  4. Subject: Cryptography FAQ (01/10: Overview; last mod 19930504)
  5.  
  6. Archive-name: cryptography-faq/part01
  7.  
  8.  
  9. This is the first of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  10. mostly independent, but you should read this part before the rest. We
  11. don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  12. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  13.  
  14. Disclaimer: This document is the product of the Crypt Cabal, a secret
  15. society which serves the National Secu---uh, no. Seriously, we're the
  16. good guys, and we've done what we can to ensure the completeness and
  17. accuracy of this document, but in a field of military and commercial
  18. importance like cryptography you have to expect that some people and
  19. organizations consider their interests more important than open
  20. scientific discussion. Trust only what you can verify firsthand.
  21. And don't sue us.
  22.  
  23. Many people have contributed to this FAQ. In alphabetical order:
  24. Eric Bach, Steve Bellovin, Dan Bernstein, Nelson Bolyard, Carl Ellison,
  25. Jim Gillogly, Mike Gleason, Doug Gwyn, Luke O'Connor, Tony Patti,
  26. William Setzer. We apologize for any omissions.
  27.  
  28. If you have suggestions, comments, or criticism, please let the current
  29. editors know by sending e-mail to crypt-comments@math.ncsu.edu. Bear in
  30. mind that this is a work in progress; there are some questions which we
  31. should add but haven't gotten around to yet.
  32.  
  33. Archives: sci.crypt has been archived since October 1991 on
  34. ripem.msu.edu, though these archives are available only to U.S. and
  35. Canadian users. Please contact crypt-comments@math.ncsu.edu if you know of
  36. other archives.
  37.  
  38. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  39. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  40. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, sci.answers, and news.answers 
  41. every 21 days.
  42.  
  43.  
  44. Table of contents:
  45.  
  46. 1. Overview
  47.  
  48. 2. Net Etiquette
  49. 2.1. What groups are around? What's a FAQ? Who am I? Why am I here?
  50. 2.2. Do political discussions belong in sci.crypt?
  51. 2.3. How do I present a new encryption scheme in sci.crypt?
  52.  
  53. 3. Basic Cryptology
  54. 3.1. What is cryptology? Cryptography? Plaintext? Ciphertext? Encryption? Key?
  55. 3.2. What references can I start with to learn cryptology?
  56. 3.3. How does one go about cryptanalysis?
  57. 3.4. What is a brute-force search and what is its cryptographic relevance?
  58. 3.5. What are some properties satisfied by every strong cryptosystem?
  59. 3.6. If a cryptosystem is theoretically unbreakable, then is it
  60.   guaranteed analysis-proof in practice?
  61. 3.7. Why are many people still using cryptosystems that are
  62.   relatively easy to break?
  63.  
  64. 4. Mathematical Cryptology
  65. 4.1. In mathematical terms, what is a private-key cryptosystem?
  66. 4.2. What is an attack?
  67. 4.3. What's the advantage of formulating all this mathematically?
  68. 4.4. Why is the one-time pad secure?
  69. 4.5. What's a ciphertext-only attack?
  70. 4.6. What's a known-plaintext attack?
  71. 4.7. What's a chosen-plaintext attack?
  72. 4.8. In mathematical terms, what can you say about brute-force attacks?
  73. 4.9. What's a key-guessing attack? What's entropy?
  74.  
  75. 5. Product Ciphers
  76. 5.1. What is a product cipher?
  77. 5.2. What makes a product cipher secure?
  78. 5.3. What are some group-theoretic properties of product ciphers?
  79. 5.4. What can be proven about the security of a product cipher?
  80. 5.5. How are block ciphers used to encrypt data longer than the block size?
  81. 5.6. Can symmetric block ciphers be used for message authentication?
  82. 5.7. What exactly is DES?
  83. 5.8. What is triple DES?
  84. 5.9. What is differential cryptanalysis?
  85. 5.10. How was NSA involved in the design of DES?
  86. 5.11. Is DES available in software?
  87. 5.12. Is DES available in hardware?
  88. 5.13. Can DES be used to protect classified information?
  89. 5.14. What are ECB, CBC, CFB, and OFB encryption?
  90.  
  91. 6. Public-Key Cryptography
  92. 6.1. What is public-key cryptography?
  93. 6.2. What's RSA?
  94. 6.3. Is RSA secure?
  95. 6.4. How fast can people factor numbers?
  96. 6.5. What about other public-key cryptosystems?
  97.  
  98. 7. Digital Signatures
  99. 7.1. What is a one-way hash function?
  100. 7.2. What is the difference between public, private, secret, shared, etc.?
  101. 7.3. What are MD4 and MD5?
  102. 7.4. What is Snefru?
  103.  
  104. 8. Technical Miscellany
  105. 8.1. How do I recover from lost passwords in WordPerfect?
  106. 8.2. How do I break a Vigenere (repeated-key) cipher?
  107. 8.3. How do I send encrypted mail under UNIX? [PGP, RIPEM, PEM, ...]
  108. 8.4. Is the UNIX crypt command secure?
  109. 8.5. How do I use compression with encryption?
  110. 8.6. Is there an unbreakable cipher?
  111. 8.7. What does ``random'' mean in cryptography?
  112. 8.8. What is the unicity point (a.k.a. unicity distance)?
  113. 8.9. What is key management and why is it important?
  114. 8.10. Can I use pseudo-random or chaotic numbers as a key stream?
  115. 8.11. What is the correct frequency list for English letters?
  116. 8.12. What is the Enigma?
  117. 8.13. How do I shuffle cards?
  118. 8.14. Can I foil S/W pirates by encrypting my CD-ROM?
  119. 8.15. Can you do automatic cryptanalysis of simple ciphers?
  120. 8.16. What is the coding system used by VCR+?
  121.  
  122. 9. Other Miscellany
  123. 9.1. What is the National Security Agency (NSA)?
  124. 9.2. What are the US export regulations?
  125. 9.3. What is TEMPEST?
  126. 9.4. What are the Beale Ciphers, and are they a hoax?
  127. 9.5. What is the American Cryptogram Association, and how do I get in touch?
  128. 9.6. Is RSA patented?
  129. 9.7. What about the Voynich manuscript?
  130.  
  131. 10. References
  132. 10.1. Books on history and classical methods
  133. 10.2. Books on modern methods
  134. 10.3. Survey articles
  135. 10.4. Reference articles
  136. 10.5. Journals, conference proceedings
  137. 10.6. Other
  138. 10.7. How may one obtain copies of FIPS and ANSI standards cited herein?
  139. 10.8. Electronic sources
  140. 10.9. RFCs (available from [FTPRF])
  141. 10.10. Related newsgroups
  142.  
  143. From: crypt-comments@math.ncsu.edu
  144. Date: 1 Aug 93 04:00:34 GMT
  145. Newsgroups: sci.crypt,sci.answers,news.answers
  146. Subject: Cryptography FAQ (02/10: Net Etiquette; last mod 19930504)
  147.  
  148. Archive-name: cryptography-faq/part02
  149.  
  150.  
  151. This is the second of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  152. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  153. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  154. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  155.  
  156. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  157. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  158. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, sci.answers, and news.answers 
  159. every 21 days.
  160.  
  161.  
  162. Contents:
  163.  
  164. 2.1. What groups are around? What's a FAQ? Who am I? Why am I here?
  165. 2.2. Do political discussions belong in sci.crypt?
  166. 2.3. How do I present a new encryption scheme in sci.crypt?
  167.  
  168.  
  169. 2.1. What groups are around? What's a FAQ? Who am I? Why am I here?
  170.  
  171.   Read news.announce.newusers and news.answers for a few weeks. Always
  172.   make sure to read a newsgroup for some time before you post to it.
  173.   You'll be amazed how often the same question can be asked in the same
  174.   newsgroup. After a month you'll have a much better sense of what the
  175.   readers want to see.
  176.  
  177. 2.2. Do political discussions belong in sci.crypt?
  178.  
  179.   No. In fact some newsgroups (notably misc.legal.computing) were
  180.   created exactly so that political questions like ``Should RSA be
  181.   patented?'' don't get in the way of technical discussions. Many
  182.   sci.crypt readers also read misc.legal.computing, comp.org.eff.talk,
  183.   comp.patents, sci.math, comp.compression, et al.; for the benefit of
  184.   people who don't care about those other topics, try to put your
  185.   postings in the right group.
  186.  
  187.   Questions about microfilm and smuggling and other non-cryptographic
  188.   ``spy stuff'' don't belong in sci.crypt either.
  189.  
  190. 2.3. How do I present a new encryption scheme in sci.crypt?
  191.  
  192.   ``I just came up with this neat method of encryption. Here's some
  193.   ciphertext: FHDSIJOYW^&%$*#@OGBUJHKFSYUIRE. Is it strong?'' Without a
  194.   doubt questions like this are the most annoying traffic on sci.crypt.
  195.  
  196.   If you have come up with an encryption scheme, providing some
  197.   ciphertext from it is not adequate. Nobody has ever been impressed by
  198.   random gibberish. Any new algorithm should be secure even if the
  199.   opponent knows the full algorithm (including how any message key is
  200.   distributed) and only the private key is kept secret. There are some
  201.   systematic and unsystematic ways to take reasonably long ciphertexts
  202.   and decrypt them even without prior knowledge of the algorithm, but
  203.   this is a time-consuming and possibly fruitless exercise which most
  204.   sci.crypt readers won't bother with.
  205.  
  206.   So what do you do if you have a new encryption scheme? First of all,
  207.   find out if it's really new. Look through this FAQ for references and
  208.   related methods. Familiarize yourself with the literature and the
  209.   introductory textbooks.
  210.  
  211.   When you can appreciate how your cryptosystem fits into the world at
  212.   large, try to break it yourself! You shouldn't waste the time of tens
  213.   of thousands of readers asking a question which you could have easily
  214.   answered on your own.
  215.  
  216.   If you really think your system is secure, and you want to get some
  217.   reassurance from experts, you might try posting full details of your
  218.   system, including working code and a solid theoretical explanation, to
  219.   sci.crypt. (Keep in mind that the export of cryptography is regulated
  220.   in some areas.)
  221.  
  222.   If you're lucky an expert might take some interest in what you posted.
  223.   You can encourage this by offering cash rewards---for instance, noted
  224.   cryptographer Ralph Merkle is offering $1000 to anyone who can break
  225.   Snefru-4---but there are no guarantees. If you don't have enough
  226.   experience, then most likely any experts who look at your system will
  227.   be able to find a flaw. If this happens, it's your responsibility to
  228.   consider the flaw and learn from it, rather than just add one more
  229.   layer of complication and come back for another round.
  230.  
  231.   A different way to get your cryptosystem reviewed is to have the NSA
  232.   look at it. A full discussion of this procedure is outside the scope
  233.   of this FAQ.
  234.  
  235.   Among professionals, a common rule of thumb is that if you want to
  236.   design a cryptosystem, you have to have experience as a cryptanalyst.
  237.  
  238. From: crypt-comments@math.ncsu.edu
  239. Date: 1 Aug 93 04:00:35 GMT
  240. Newsgroups: sci.crypt,sci.answers,news.answers
  241. Subject: Cryptography FAQ (03/10: Basic Cryptology; last mod 19930504)
  242.  
  243. Archive-name: cryptography-faq/part03
  244.  
  245.  
  246. This is the third of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  247. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  248. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  249. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  250.  
  251. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  252. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  253. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, sci.answers, and news.answers 
  254. every 21 days.
  255.  
  256.  
  257. Contents:
  258.  
  259. 3.1. What is cryptology? Cryptography? Plaintext? Ciphertext? Encryption? Key?
  260. 3.2. What references can I start with to learn cryptology?
  261. 3.3. How does one go about cryptanalysis?
  262. 3.4. What is a brute-force search and what is its cryptographic relevance?
  263. 3.5. What are some properties satisfied by every strong cryptosystem?
  264. 3.6. If a cryptosystem is theoretically unbreakable, then is it
  265.   guaranteed analysis-proof in practice?
  266. 3.7. Why are many people still using cryptosystems that are
  267.   relatively easy to break?
  268.  
  269.  
  270. 3.1. What is cryptology? Cryptography? Plaintext? Ciphertext? Encryption? Key?
  271.  
  272.   The story begins: When Julius Caesar sent messages to his trusted
  273.   acquaintances, he didn't trust the messengers. So he replaced every A
  274.   by a D, every B by a E, and so on through the alphabet. Only someone
  275.   who knew the ``shift by 3'' rule could decipher his messages.
  276.  
  277.   A cryptosystem or cipher system is a method of disguising messages so
  278.   that only certain people can see through the disguise. Cryptography is
  279.   the art of creating and using cryptosystems. Cryptanalysis is the art
  280.   of breaking cryptosystems---seeing through the disguise even when
  281.   you're not supposed to be able to. Cryptology is the study of both
  282.   cryptography and cryptanalysis.
  283.  
  284.   The original message is called a plaintext. The disguised message is
  285.   called a ciphertext. Encryption means any procedure to convert
  286.   plaintext into ciphertext. Decryption means any procedure to convert
  287.   ciphertext into plaintext.
  288.  
  289.   A cryptosystem is usually a whole collection of algorithms. The
  290.   algorithms are labelled; the labels are called keys. For instance,
  291.   Caesar probably used ``shift by n'' encryption for several different
  292.   values of n. It's natural to say that n is the key here.
  293.  
  294.   The people who are supposed to be able to see through the disguise are
  295.   called recipients. Other people are enemies, opponents, interlopers,
  296.   eavesdroppers, or third parties.
  297.  
  298. 3.2. What references can I start with to learn cryptology?
  299.  
  300.   For an introduction to technical matter, the survey articles given
  301.   in part 10 are the best place to begin as they are, in general,
  302.   concise, authored by competent people, and well written. However,
  303.   these articles are mostly concerned with cryptology as it has
  304.   developed in the last 50 years or so, and are more abstract and
  305.   mathematical than historical. The Codebreakers by Kahn [KAH67] is
  306.   encyclopedic in its history and technical detail of cryptology up
  307.   to the mid-60's.
  308.  
  309.   Introductory cryptanalysis can be learned from Gaines [GAI44] or
  310.   Sinkov [SIN66]. This is recommended especially for people who want
  311.   to devise their own encryption algorithms since it is a common
  312.   mistake to try to make a system before knowing how to break one.
  313.  
  314.   The selection of an algorithm for the DES drew the attention of
  315.   many public researchers to problems in cryptology. Consequently
  316.   several textbooks and books to serve as texts have appeared. The
  317.   book of Denning [DEN82] gives a good introduction to a broad range
  318.   of security including encryption algorithms, database security,
  319.   access control, and formal models of security. Similar comments
  320.   apply to the books of Price & Davies [PRI84] and Pfleeger [PFL89].
  321.  
  322.   The books of Konheim [KON81] and Meyer & Matyas [MEY82] are quite
  323.   technical books. Both Konheim and Meyer were directly involved in
  324.   the development of DES, and both books give a thorough analysis of
  325.   DES. Konheim's book is quite mathematical, with detailed analyses
  326.   of many classical cryptosystems. Meyer and Matyas concentrate on
  327.   modern cryptographic methods, especially pertaining to key management
  328.   and the integration of security facilities into computer systems and
  329.   networks.
  330.  
  331.   The books of Rueppel [RUE86] and Koblitz [KOB89] concentrate on
  332.   the application of number theory and algebra to cryptography.
  333.  
  334. 3.3. How does one go about cryptanalysis?
  335.  
  336.   Classical cryptanalysis involves an interesting combination of
  337.   analytical reasoning, application of mathematical tools, pattern
  338.   finding, patience, determination, and luck. The best available
  339.   textbooks on the subject are the Military Cryptanalytics series
  340.   [FRIE1]. It is clear that proficiency in cryptanalysis is, for
  341.   the most part, gained through the attempted solution of given
  342.   systems. Such experience is considered so valuable that some of the
  343.   cryptanalyses performed during WWII by the Allies are still
  344.   classified.
  345.  
  346.   Modern public-key cryptanalysis may consist of factoring an integer,
  347.   or taking a discrete logarithm. These are not the traditional fare
  348.   of the cryptanalyst. Computational number theorists are some of the
  349.   most successful cryptanalysts against public key systems.
  350.  
  351. 3.4. What is a brute-force search and what is its cryptographic relevance?
  352.  
  353.   In a nutshell: If f(x) = y and you know y and can compute f, you can
  354.   find x by trying every possible x. That's brute-force search.
  355.  
  356.   Example: Say a cryptanalyst has found a plaintext and a corresponding
  357.   ciphertext, but doesn't know the key. He can simply try encrypting the
  358.   plaintext using each possible key, until the ciphertext matches---or
  359.   decrypting the ciphertext to match the plaintext, whichever is faster.
  360.   Every well-designed cryptosystem has such a large key space that this
  361.   brute-force search is impractical.
  362.     
  363.   Advances in technology sometimes change what is considered
  364.   practical. For example, DES, which has been in use for over 10 years
  365.   now, has 2^56, or about 10^17, possible keys. A computation with
  366.   this many operations was certainly unlikely for most users in the
  367.   mid-70's. The situation is very different today given the dramatic
  368.   decrease in cost per processor operation. Massively parallel
  369.   machines threaten the security of DES against brute force search.
  370.   Some scenarios are described by Garron and Outerbridge [GAR91].
  371.  
  372.   One phase of a more sophisticated cryptanalysis may involve a
  373.   brute-force search of some manageably small space of possibilities.
  374.  
  375. 3.5. What are some properties satisfied by every strong cryptosystem?
  376.  
  377.   The security of a strong system resides with the secrecy of the key
  378.   rather than with the supposed secrecy of the algorithm.
  379.  
  380.   A strong cryptosystem has a large keyspace, as mentioned above. It
  381.   has a reasonably large unicity distance; see question 8.8.
  382.  
  383.   A strong cryptosystem will certainly produce ciphertext which appears
  384.   random to all standard statistical tests (see, for example, [CAE90]).
  385.     
  386.   A strong cryptosystem will resist all known previous attacks. A
  387.   system which has never been subjected to scrutiny is suspect.
  388.  
  389.   If a system passes all the tests mentioned above, is it necessarily
  390.   strong? Certainly not. Many weak cryptosystems looked good at first.
  391.   However, sometimes it is possible to show that a cryptosystem is
  392.   strong by mathematical proof. ``If Joe can break this system, then
  393.   he can also solve the well-known difficult problem of factoring
  394.   integers.'' See part 6. Failing that, it's a crap shoot.
  395.  
  396. 3.6. If a cryptosystem is theoretically unbreakable, then is it
  397.   guaranteed analysis-proof in practice?
  398.  
  399.   Cryptanalytic methods include what is known as ``practical
  400.   cryptanalysis'': the enemy doesn't have to just stare at your
  401.   ciphertext until he figures out the plaintext. For instance, he might
  402.   assume ``cribs''---stretches of probable plaintext. If the crib is
  403.   correct then he might be able to deduce the key and then decipher the
  404.   rest of the message. Or he might exploit ``isologs''---the same
  405.   plaintext enciphered in several cryptosystems or several keys. Thus
  406.   he might obtain solutions even when cryptanalytic theory says he
  407.   doesn't have a chance.
  408.  
  409.   Sometimes, cryptosystems malfunction or are misused. The one-time pad,
  410.   for example, loses all security if it is used more than once! Even
  411.   chosen-plaintext attacks, where the enemy somehow feeds plaintext into
  412.   the encryptor until he can deduce the key, have been employed. See
  413.   [KAH67].
  414.   
  415. 3.7. Why are many people still using cryptosystems that are
  416.   relatively easy to break?
  417.  
  418.   Some don't know any better. Often amateurs think they can design
  419.   secure systems, and are not aware of what an expert cryptanalyst
  420.   could do. And sometimes there is insufficient motivation for anybody
  421.   to invest the work needed to crack a system.
  422.  
  423. From: crypt-comments@math.ncsu.edu
  424. Date: 1 Aug 93 04:00:37 GMT
  425. Newsgroups: sci.crypt,sci.answers,news.answers
  426. Subject: Cryptography FAQ (04/10: Mathematical Cryptology; last mod 19930504)
  427.  
  428. Archive-name: cryptography-faq/part04
  429.  
  430.  
  431. This is the fourth of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  432. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  433. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  434. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  435.  
  436. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  437. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  438. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, sci.answers, and news.answers
  439. every 21 days.
  440.  
  441.  
  442. Contents:
  443.  
  444. 4.1. In mathematical terms, what is a private-key cryptosystem?
  445. 4.2. What is an attack?
  446. 4.3. What's the advantage of formulating all this mathematically?
  447. 4.4. Why is the one-time pad secure?
  448. 4.5. What's a ciphertext-only attack?
  449. 4.6. What's a known-plaintext attack?
  450. 4.7. What's a chosen-plaintext attack?
  451. 4.8. In mathematical terms, what can you say about brute-force attacks?
  452. 4.9. What's a key-guessing attack? What's entropy?
  453.  
  454.  
  455. Reader, beware: This section is highly mathematical. Well, maybe not
  456. _highly_ mathematical, but it's got a bunch of symbols and scary-looking
  457. formulas. You have been warned.
  458.  
  459.  
  460. 4.1. In mathematical terms, what is a private-key cryptosystem?
  461.  
  462.   A private-key cryptosystem consists of an encryption system E and a
  463.   decryption system D. The encryption system E is a collection of
  464.   functions E_K, indexed by ``keys'' K, mapping some set of
  465.   ``plaintexts'' P to some set of ``ciphertexts'' C. Similarly the
  466.   decryption system D is a collection of functions D_K such that
  467.   D_K(E_K(P)) = P for every plaintext P. That is, succesful decryption
  468.   of ciphertext into plaintext is accomplished using the same key
  469.   (index) as was used for the corresponding encryption of plaintext
  470.   into ciphertext. Such systems, where the same key value is used to
  471.   encrypt and decrypt, are also known as ``symmetric'' cryptoystems.
  472.  
  473. 4.2. What is an attack?
  474.  
  475.   In intuitive terms a (passive) attack on a cryptosystem is any method
  476.   of starting with some information about plaintexts and their
  477.   corresponding ciphertexts under some (unknown) key, and figuring out
  478.   more information about the plaintexts. It's possible to state
  479.   mathematically what this means. Here we go.
  480.  
  481.   Fix functions F, G, and H of n variables. Fix an encryption system E,
  482.   and fix a distribution of plaintexts and keys.
  483.  
  484.   An attack on E using G assuming F giving H with probability p is an
  485.   algorithm A with a pair f, g of inputs and one output h, such that
  486.   there is probability p of computing h = H(P_1,...,P_n), if we have
  487.   f = F(P_1,...,P_n) and g = G(E_K(P_1),...,E_K(P_n)). Note that this
  488.   probability depends on the distribution of the vector (K,P_1,...,P_n).
  489.  
  490.   The attack is trivial (or ``pointless'') if there is probability at
  491.   least p of computing h = H(P_1,...,P_n) if f = F(P_1,...,P_n) and
  492.   g = G(C_1,...,C_n). Here C_1,...,C_n range uniformly over the possible
  493.   ciphertexts, and have no particular relation to P_1,...,P_n. In other
  494.   words, an attack is trivial if it doesn't actually use the encryptions
  495.   E_K(P_1),...,E_K(P_n).
  496.  
  497.   An attack is called ``one-ciphertext'' if n = 1, ``two-ciphertext'' if
  498.   n = 2, and so on.
  499.  
  500. 4.3. What's the advantage of formulating all this mathematically?
  501.  
  502.   In basic cryptology you can never prove that a cryptosystem is secure.
  503.   Read part 3: we keep saying ``a strong cryptosystem must have this
  504.   property, but having this property is no guarantee that a cryptosystem
  505.   is strong!''
  506.  
  507.   In contrast, the purpose of mathematical cryptology is to precisely
  508.   formulate and, if possible, prove the statement that a cryptosystem is
  509.   strong. We say, for example, that a cryptosystem is secure against
  510.   all (passive) attacks if any nontrivial attack against the system (as
  511.   defined above) is too slow to be practical. If we can prove this
  512.   statement then we have confidence that our cryptosystem will resist
  513.   any (passive) cryptanalytic technique. If we can reduce this statement
  514.   to some well-known unsolved problem then we still have confidence that
  515.   the cryptosystem isn't easy to break.
  516.  
  517.   Other parts of cryptology are also amenable to mathematical
  518.   definition. Again the point is to explicitly identify what assumptions
  519.   we're making and prove that they produce the desired results. We can
  520.   figure out what it means for a particular cryptosystem to be used
  521.   properly: it just means that the assumptions are valid.
  522.  
  523.   The same methodology is useful for cryptanalysis too. The cryptanalyst
  524.   can take advantage of incorrect assumptions. Often he can try to
  525.   construct a proof of security for a system, see where the proof fails,
  526.   and use these failures as the starting points for his analysis.
  527.   
  528. 4.4. Why is the one-time pad secure?
  529.  
  530.   By definition, the one-time pad is a cryptosystem where the
  531.   plaintexts, ciphertexts, and keys are all strings (say byte strings)
  532.   of some length m, and E_K(P) is just the sum (let's say the exclusive
  533.   or) of K and P.
  534.  
  535.   It is easy to prove mathematically that there are _no_ nontrivial
  536.   single-ciphertext attacks on the one-time pad, assuming a uniform
  537.   distribution of keys. Note that we don't have to assume a uniform
  538.   distribution of plaintexts. (Here's the proof: Let A be an attack,
  539.   i.e., an algorithm taking two inputs f, g and producing one output h,
  540.   with some probability p that h = H(P) whenever f = F(P) and
  541.   g = G(E_K(P)) (i.e., g = G(K + P)). Then, because the distribution of
  542.   K is uniform and independent of P, the distribution of K + P must also
  543.   be uniform and independent of P. But also the distribution of C is
  544.   uniform and independent of P. Hence there is probability exactly p
  545.   that h = H(P) whenever f = F(P) and g = G(C), over all P and C. Thus
  546.   a fortiori A is trivial.)
  547.  
  548.   On the other hand the one-time pad is _not_ secure if a key K is used
  549.   for more than one plaintext: i.e., there are nontrivial
  550.   multiple-ciphertext attacks. So to be properly used a key K must be
  551.   thrown away after one encryption. The key is also called a ``pad'';
  552.   this explains the name ``one-time pad.''
  553.  
  554. 4.5. What's a ciphertext-only attack?
  555.  
  556.   In the notation above, a ciphertext-only attack is one where F is
  557.   constant. Given only some information G(E_K(P_1),...,E_K(P_n)) about
  558.   n ciphertexts, the attack has to have some chance of producing some
  559.   information H(P_1,...,P_n) about the plaintexts. The attack is trivial
  560.   if it has just as good a chance of producing H(P_1,...,P_n) when given
  561.   G(C_1,...,C_n) for random C_1,...,C_n.
  562.  
  563.   For example, say G(C) = C, and say H(P) is the first bit of P. We can
  564.   easily write down an attack---the ``guessing attack,'' which simply
  565.   guesses that H(P) is 1. This attack is trivial because it doesn't use
  566.   the ciphertext: it has a fifty-fifty chance of guessing correctly no
  567.   matter what. On the other hand there is an attack on RSA which
  568.   produces one bit of information about P, with 100% success, using C.
  569.   If it is fed a random C then the success rate drops to 50%. So this is
  570.   a nontrivial attack.
  571.  
  572. 4.6. What's a known-plaintext attack?
  573.  
  574.   The classic known-plaintext attack has F(P_1,P_2) = P_1,
  575.   G(C_1,C_2) = (C_1,C_2), and H(P_1,P_2) depending only on P_2.
  576.   In other words, given two ciphertexts C_1 and C_2 and one decryption
  577.   P_1, the known-plaintext attack should produce information about the
  578.   other decryption P_2.
  579.  
  580.   Note that known-plaintext attacks are often defined in the literature
  581.   as producing information about the key, but this is pointless: the
  582.   cryptanalyst generally cares about the key only insofar as it lets him
  583.   decrypt further messages.
  584.  
  585. 4.7. What's a chosen-plaintext attack?
  586.  
  587.   A chosen-plaintext attack is the first of an increasingly impractical
  588.   series of _active_ attacks on a cryptosystem: attacks where the
  589.   cryptanalyst feeds data to the encryptor. These attacks don't fit into
  590.   our model of passive attacks explained above. Anyway, a
  591.   chosen-plaintext attack lets the cryptanalyst choose a plaintext and
  592.   look at the corresponding ciphertext, then repeat until he has figured
  593.   out how to decrypt any message. More absurd examples of this sort of
  594.   attack are the ``chosen-key attack'' and ``chosen-system attack.''
  595.  
  596.   A much more important form of active attack is a message corruption
  597.   attack, where the attacker tries to change the ciphertext in such a
  598.   way as to make a useful change in the plaintext.
  599.  
  600.   There are many easy ways to throw kinks into all of these attacks:
  601.   for instance, automatically encrypting any plaintext P as
  602.   T,E_K(h(T+R+P),R,P), where T is a time-key (sequence number) chosen anew
  603.   for each message, R is a random number, and h is a one-way hash
  604.   function. Here comma means concatenation and plus means exclusive-or.
  605.  
  606. 4.8. In mathematical terms, what can you say about brute-force attacks?
  607.  
  608.   Consider the following known-plaintext attack. We are given some
  609.   plaintexts P_1,...,P_{n-1} and ciphertexts C_1,...,C_{n-1}. We're
  610.   also given a ciphertext C_n. We run through every key K. When we find
  611.   K such that E_K(P_i) = C_i for every i < n, we print D_K(C_n).
  612.  
  613.   If n is big enough that only one key works, this attack will succeed
  614.   on valid inputs all the time, while it will produce correct results
  615.   only once in a blue moon for random inputs. Thus this is a nontrivial
  616.   attack. Its only problem is that it is very slow if there are many
  617.   possible keys.
  618.  
  619. 4.9. What's a key-guessing attack? What's entropy?
  620.  
  621.   Say somebody is using the one-time pad---but isn't choosing keys
  622.   randomly and uniformly from all m-bit messages, as he was supposed to
  623.   for our security proof. In fact say he's known to prefer keys which
  624.   are English words. Then a cryptanalyst can run through all English
  625.   words as possible keys. This attack will often succeed, and it's much
  626.   faster than a brute-force search of the entire keyspace.
  627.  
  628.   We can measure how bad a key distribution is by calculating its
  629.   entropy. This number E is the number of ``real bits of information''
  630.   of the key: a cryptanalyst will typically happen across the key within
  631.   2^E guesses. E is defined as the sum of -p_K log_2 p_K, where p_K is
  632.   the probability of key K.
  633.  
  634. From: crypt-comments@math.ncsu.edu
  635. Date: 1 Aug 93 04:00:39 GMT
  636. Newsgroups: sci.crypt,sci.answers,news.answers
  637. Subject: Cryptography FAQ (05/10: Product Ciphers; last mod 19930504)
  638.  
  639. Archive-name: cryptography-faq/part05
  640.  
  641.  
  642. This is the fifth of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  643. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  644. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  645. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  646.  
  647. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  648. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  649. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, sci.answers, and news.answers
  650. every 21 days.
  651.  
  652.  
  653. Contents:
  654.  
  655. 5.1. What is a product cipher?
  656. 5.2. What makes a product cipher secure?
  657. 5.3. What are some group-theoretic properties of product ciphers?
  658. 5.4. What can be proven about the security of a product cipher?
  659. 5.5. How are block ciphers used to encrypt data longer than the block size?
  660. 5.6. Can symmetric block ciphers be used for message authentication?
  661. 5.7. What exactly is DES?
  662. 5.8. What is triple DES?
  663. 5.9. What is differential cryptanalysis?
  664. 5.10. How was NSA involved in the design of DES?
  665. 5.11. Is DES available in software?
  666. 5.12. Is DES available in hardware?
  667. 5.13. Can DES be used to protect classified information?
  668. 5.14. What are ECB, CBC, CFB, OFB, and PCBC encryption?
  669.  
  670.  
  671. 5.1. What is a product cipher?
  672.  
  673.   A product cipher is a block cipher that iterates several weak
  674.   operations such as substitution, transposition, modular
  675.   addition/multiplication, and linear transformation. (A ``block
  676.   cipher'' just means a cipher that encrypts a block of data---8 bytes,
  677.   say---all at once, then goes on to the next block.) The notion of
  678.   product ciphers is due to Shannon [SHA49]. Examples of modern
  679.   product ciphers include LUCIFER [SOR84], DES [NBS77], SP-networks
  680.   [KAM78], LOKI [BRO90], FEAL [SHI84], PES [LAI90], Khufu and Khafre
  681.   [ME91a]. The so-called Feistel ciphers are a class of product
  682.   ciphers which operate on one half of the ciphertext at each round,
  683.   and then swap the ciphertext halves after each round. LUCIFER,
  684.   DES, LOKI, and FEAL are examples of Feistel ciphers.
  685.  
  686.   The following table compares the main parameters of several product 
  687.   ciphers:
  688.  
  689.   cipher   |   block length   |   key bits   |   number of rounds
  690.   LUCIFER          128               128                16
  691.   DES               64                56                16
  692.   LOKI              64                64                16
  693.   FEAL              64               128            2^x, x >= 5
  694.   PES               64               128                 8
  695.  
  696. 5.2. What makes a product cipher secure?
  697.  
  698.   Nobody knows how to prove mathematically that a product cipher is
  699.   completely secure. So in practice one begins by demonstrating that the
  700.   cipher ``looks highly random''. For example, the cipher must be
  701.   nonlinear, and it must produce ciphertext which functionally depends
  702.   on every bit of the plaintext and the key. Meyer [MEY78] has shown
  703.   that at least 5 rounds of DES are required to guarantee such a
  704.   dependence. In this sense a product cipher should act as a ``mixing''
  705.   function which combines the plaintext, key, and ciphertext in a
  706.   complex nonlinear fashion.
  707.  
  708.   The fixed per-round substitutions of the product cipher are
  709.   referred to as S-boxes. For example, LUCIFER has 2 S-boxes, and DES
  710.   has 8 S-boxes. The nonlinearity of a product cipher reduces to a
  711.   careful design of these S-boxes. A list of partial design criteria
  712.   for the S-boxes of DES, which apply to S-boxes in general, may be
  713.   found in Brown [BRO89] and Brickell et al. [BRI86].
  714.  
  715. 5.3. What are some group-theoretic properties of product ciphers?
  716.  
  717.   Let E be a product cipher that maps N-bit blocks to N-bit blocks.
  718.   Let E_K(X) be the encryption of X under key K. Then, for any fixed K,
  719.   the map sending X to E_K(X) is a permutation of the set of N-bit
  720.   blocks. Denote this permutation by P_K. The set of all N-bit
  721.   permutations is called the symmetric group and is written S_{2^N}.
  722.   The collection of all these permutations P_K, where K ranges over all
  723.   possible keys, is denoted E(S_{2^N}). If E were a random mapping from
  724.   plaintexts to ciphertexts then we would expect E(S_{2^N}) to generate
  725.   a large subset of S_{2^N}.
  726.  
  727.   Coppersmith and Grossman [COP74] have shown that a very simple
  728.   product cipher can generate the alternating group A_{2^N} given a
  729.   sufficient number of rounds. (The alternating group is half of the
  730.   symmetric group: it consists of all ``even'' permutations, i.e., all
  731.   permutations which can be written as an even number of swaps.)
  732.   Even and Goldreich [EVE83] were able to extend these results to show
  733.   that Feistel ciphers can generate A_{2^N}, given a sufficient number
  734.   of rounds.
  735.  
  736.   The security of multiple encipherment also depends on the
  737.   group-theoretic properties of a cipher. Multiple encipherment is an
  738.   extension over single encipherment if for keys K1, K2 there does
  739.   not exist a third key K3 such that
  740.  
  741.   E_K2(E_K1(X)) == E_(K3)(X)                (**)
  742.  
  743.   which indicates that encrypting twice with two independent keys
  744.   K1, K2 is equal to a single encryption under the third key K3. If
  745.   for every K1, K2 there exists a K3 such that eq. (**) is true then
  746.   we say that E is a group.
  747.  
  748.   This question of whether DES is a group under this definition was
  749.   extensively studied by Sherman, Kaliski, and Rivest [SHE88]. In their
  750.   paper they give strong evidence for the hypothesis that DES is not a
  751.   group. In fact DES is not a group [CAM93].
  752.  
  753. 5.4. What can be proven about the security of a product cipher?
  754.  
  755.   Recall from above that P_K is a permutation produced by E under
  756.   some key K. The goal of the designer of E is to ensure that P_K
  757.   appears to be a random element of S_{2^N}, the symmetric group.
  758.   Let R be an element of S_{2^N} selected randomly. We will say that P_K
  759.   and R are indistinguishable if an observer given P_K and R in some
  760.   order cannot distinguish between these two permutations in polynomial
  761.   time. That is, with time bounded resources, the observer cannot
  762.   determine which of the permutations is produced by E: the optimal
  763.   decision is no better than simply guessing.
  764.  
  765.   Luby and Rackoff [LUB88] have shown that a class of Feistel ciphers
  766.   are secure in this sense when the round mapping is replaced by
  767.   random boolean functions.
  768.  
  769. 5.5. How are block ciphers used to encrypt data longer than the block size?
  770.  
  771.   There are four standard ``modes of operation'' (and numerous non-standard
  772.   ones as well). The standard modes of operation are defined in the U.S.
  773.   Department of Commerce Federal Information Processing Standard (FIPS) 81,
  774.   published in 1980. See the question about ECB below for more details.
  775.  
  776.   Although they are defined for the DES block cipher, the ``modes of
  777.   operation'' can be used with any block cipher.
  778.  
  779. 5.6. Can symmetric block ciphers be used for message authentication?
  780.  
  781.   You may use a symmetric cryptosystem block cipher to prove to yourself
  782.   that you generated a message, and that the message wasn't altered
  783.   after you created it. But you cannot prove these things to anyone else
  784.   without revealing your key. Thereafter you cannot prove anything about
  785.   messages authenticated with that key.
  786.   
  787.   See ANSI X3.106-1983 and FIPS 113 (1985) for a standard method of message
  788.   authentication using DES.
  789.  
  790. 5.7. What exactly is DES?
  791.  
  792.   DES is the U.S. Government's Data Encryption Standard, a product 
  793.   cipher that operates on 64-bit blocks of data, using a 56-bit key. 
  794.  
  795.   It is defined in FIPS 46-1 (1988) [which supersedes FIPS 46 (1977)].
  796.   FIPS are Federal Information Processing Standards published by NTIS.
  797.   DES is identical to the ANSI standard Data Encryption Algorithm (DEA)
  798.   defined in ANSI X3.92-1981. 
  799.  
  800. 5.8. What is triple DES?
  801.  
  802.   Triple DES is a product cipher which, like DES, operates on 64-bit 
  803.   data blocks. There are several forms, each of which uses the DES
  804.   cipher 3 times. Some forms use two 56-bit keys, some use three.
  805.   The DES ``modes of operation'' may also be used with triple-DES.
  806.  
  807.   Some people refer to E(K1,D(K2,E(K1,x))) as triple-DES.
  808.  
  809.   This method is defined in chapter 7.2 of the ANSI standard X9.17-1985
  810.   ``Financial Institution Key Management'' and is intended for use in
  811.   encrypting DES keys and IVs for ``Automated Key Distribution''. Its
  812.   formal name is ``Encryption and Decryption of a Single Key by a Key
  813.   Pair'', but it is referenced in other standards documents as EDE.
  814.  
  815.   That standard says (section 7.2.1): ``Key encrypting keys may be a single
  816.   DEA key or a DEA key pair. Key pairs shoud be used where additional
  817.   security is needed (e.g., the data protected by the key(s) has a long
  818.   security life). A key pair shall not be encrypted or decrypted using a
  819.   single key.''
  820.  
  821.   Others use the term ``triple-DES'' for E(K1,D(K2,E(K3,x))) or
  822.   E(K1,E(K2,E(K3,x))).
  823.  
  824.   Carl Ellison advocates triple DES use in the form
  825.  
  826.     E(K1, Tran( E(K2, Tran( E(K3, Compress( x )))))),
  827.  
  828.   where each DES instance has its own key and IV (for CBC mode) and Tran
  829.   is a large-block transposition program. Tran is available from [FTPTR].
  830.  
  831. 5.9. What is differential cryptanalysis?
  832.  
  833.   Differential cryptanalysis is a statistical attack that can be
  834.   applied to any iterated mapping (i.e., any mapping which is based on
  835.   a repeated round function). The method was recently popularized by
  836.   Biham and Shamir [BIH91], but Coppersmith has remarked that the
  837.   S-boxes of DES were optimized against this attack some 20 years ago.
  838.   This method has proved effective against several product ciphers,
  839.   notably FEAL [BI91a].
  840.  
  841.   Differential cryptanalysis is based on observing a large number of
  842.   ciphertexts Y, Y' whose corresponding plaintexts X, X' satisfy a
  843.   known difference D = X+X', where + is componentwise XOR. In the
  844.   basic Biham-Shamir attack, 2^{47} such plaintext pairs are required
  845.   to determine the key for DES. Substantially fewer pairs are required
  846.   if DES is truncated to 6 or 8 rounds. In these cases, the actual key
  847.   can be recovered in a matter of minutes using a few thousand pairs.
  848.   For full DES this attack is impractical because it requires so many
  849.   known plaintexts.
  850.  
  851.   The work of Biham and Shamir on DES revealed several startling
  852.   observations on the algorithm. Most importantly, if the key
  853.   schedule was removed from DES and a 16*48 = 768-bit key was used,
  854.   the key could be recovered in less than 2^{64} steps. Thus
  855.   independent subkeys do not add substantial security to DES.
  856.   Further, the S-boxes of DES are extremely sensitive in that
  857.   changing even single entries in these tables yields significant
  858.   improvement in the differential attack.
  859.  
  860.   Adi Shamir is quoted to say (NYTimes Oct 13 1991), ``I would say
  861.   that, contrary to what some people believe, there is no evidence
  862.   of tampering with the DES so that the basic design was weakened.''
  863.  
  864. 5.10. How was NSA involved in the design of DES?
  865.  
  866.   According to Kinnucan [KIN78], Tuchman, a member of the group that
  867.   developed DES at IBM is quoted as saying, ``We developed the DES
  868.   algorithm entirely within IBM using IBMers. The NSA did not
  869.   dictate a single wire!'' Tuchman and Meyer (another developer of
  870.   DES) spent a year breaking ciphers and finding weaknesses in
  871.   Lucifer. They then spent two years strengthening Lucifer. ``Their
  872.   basic approach was to look for strong substitution, permutation,
  873.   and key scheduling functions ... IBM has classified the notes
  874.   containing the selection criteria at the request of the NSA....
  875.   `The NSA told us we had inadvertently reinvented some of the deep
  876.   secrets it uses to make its own algorithms,' explains Tuchman.''
  877.   
  878.   On the other hand, a document called ``Involvement of the NSA in
  879.   the development of DES: unclassified summary of the United States
  880.   Select Committee on Intelligence'', printed in the IEEE
  881.   Communications Magazine, p53-55, 1978, states: ``In the development
  882.   of DES, NSA convinced IBM that a reduced keysize was sufficient;
  883.   indirectly assisted in the development of the S-box structures; and
  884.   certified that the final DES algorithm was, to the best of their
  885.   knowledge, free from any statistical or mathematical weakness.''
  886.  
  887.   Clearly the key size was reduced at the insistence of the NSA.
  888.   The article further states that the NSA did not tamper with the
  889.   algorithm itself, just the parameters, which in some sense
  890.   resolves the apparent conflict in the remarks of Meyer and Tuchman
  891.   presented above.
  892.  
  893. 5.11. Is DES available in software?
  894.  
  895.   Several people have made DES code available via ftp (see part 10 for
  896.   pathnames): Stig Ostholm [FTPSO]; BSD [FTPBK]; Eric Young [FTPEY];
  897.   Dennis Furguson [FTPDF]; Mark Riordan [FTPMR]; Phil Karn [FTPPK].
  898.   A Pascal listing of DES is also given in Patterson [PAT87].
  899.  
  900.   FIPS 46-1 says ``The algorithm specified in this standard is to be
  901.   implemented ... using hardware (not software) technology. ...
  902.   Software implementations in general purpose computers are not in
  903.   compliance with this standard.''  Despite this, software
  904.   implementations abound, and are used by government agencies.
  905.  
  906. 5.12. Is DES available in hardware?
  907.  
  908.   The following paragraphs are quoted from messages sent to the editors.
  909.   We don't vouch for the quality or even existence of the products.
  910.  
  911.   Chip Rosenthal says: ``Dallas Semiconductor makes a DES
  912.   encryption/decryption device for use on standard, digital 64Kbps PCM
  913.   telecom data streams. It is capable of processing data in real time,
  914.   e.g. one sample/frame. It is the DS2160. Their phone number is
  915.   214-450-0400. You would probably need to talk with Dewight in Telecom
  916.   marketing.''
  917.  
  918.   Christian Franke, franke@informatik.rwth-aachen.de, says: ``1.
  919.   Cryptech CRY12C102: 22.5Mbit/s according to Data Sheet, with 32 Bit
  920.   interface. We use this one, because it was the only one available when
  921.   we started the project. No problems !  2. Pijnenburg PCC100: 20Mbit/s
  922.   according to Data Sheet. Address: PIJNENBURG B.V., Boxtelswweg 26,
  923.   NL-5261 NE Vught, The Netherlands. 3. INFOSYS DES Chip (Germany):
  924.   S-Boxes must be loaded by software. So you can modify the Algorithm.
  925.   Sorry, I don't have the data sheet handy. Please E-Mail me if you need
  926.   further information.''
  927.  
  928.   Marcus J Ranum, mjr@tis.com, says: ``SuperCrypt'' 100Mb/sec and faster
  929.   DES and Proprietary Storage for 16 56-bit keys Key stream generator
  930.   Integrated hardware DES3 procedure Extended mode with 112 bit keys;
  931.   Computer Elektronik Infosys; 512-A Herndon Parkway,; Herndon, VA
  932.   22070; 800-322-3464.
  933.  
  934.   Tim Hember, thember@gandalf.ca, says: Newbridge Microsystems sells
  935.   an AM9568 compatible DES chip that operates at 25MHz, performs a
  936.   round of encryption in 18 clocks, has a three-stage pipeline,
  937.   supports ECB, CBC, CFB-8 and >>> CFB-1 <<<<. Further it is very
  938.   reasonable priced as opposed to other high-end DES chips. Call
  939.   Newbridge Microsystems, Ottawa, 613-592-0714. (... there are no
  940.   import/export issues with Canada and the US). If you require custom
  941.   DES or Public Key ICs then Timestep Engineering developed
  942.   Newbridge's crypto chips and ICs for other commercial and
  943.   educational establishments. They can be reached at 613-820-0024.
  944.  
  945. 5.13. Can DES be used to protect classified information?
  946.  
  947.   DES is not intended to protect classified data. FIPS 46-1 says:
  948.   ``This standard will be used by Federal departments and agencies for
  949.   the cryptographic protection of computer data when the following
  950.   conditions apply: 1. ... cryptographic protection is required; and
  951.   2. the data is not classified according to the National Security Act
  952.   of 1947, as amended, or the Atomic Energy Act of 1954, as amended.''
  953.  
  954. 5.14. What are ECB, CBC, CFB, OFB, and PCBC encryption?
  955.  
  956.   These are methods for using block ciphers, such as DES, to encrypt 
  957.   messages, files, and blocks of data, known as ``modes of operation.''
  958.   Four ``modes of operation'' are defined in FIPS 81 (1980 December 2), 
  959.   and also in ANSI X3.106-1983. 
  960.  
  961.   FIPS 81 specifies that when 7-bit ASCII data is sent in octets, the
  962.   unused most-significant bit is to be set to 1.
  963.  
  964.   FIPS 81 also specifies the padding for short blocks.
  965.  
  966.   The four FIPS/ANSI standard DES modes of operation are: 
  967.         Electronic Code Book  (ECB), 
  968.         Cipher Block Chaining (CBC), 
  969.         K-bit Cipher FeedBack (CFB), and 
  970.         K-bit Output FeedBack (OFB).
  971.  
  972.   All four of the ANSI/FIPS modes have very little "error extension".
  973.   For a single bit error in the cipherstream, none of them produce an
  974.   error burst in the decrypted output stream of longer than 128 bits.
  975.  
  976.   A fifth mode of operation, used in Kerberos and elsewhere but not
  977.   defined in any standard, is error-Propagating Cipher Block Chaining 
  978.   (PCBC).  Unlike the 4 standard modes, PCBC extends or propagates the
  979.   effect of a single bit error in the cipherstream throughout remainder 
  980.   of the decrypted textstream after the point of error.
  981.  
  982.   These 5 methods are explained below in a C-language-like notation.
  983.  
  984.   Some symbols:
  985.  
  986.   P[n]  The n'th block of plaintext, input to encryption, output from
  987.         decryption. Size of block determined by the mode.
  988.  
  989.   C[n]  The n'th block of ciphertext, output from encryption, input to
  990.         decryption. Size of block determined by the mode.
  991.  
  992.   E(m)  The DES encryption function, performed on 64-bit block m, using
  993.         the 16-key schedule derived from some 56-bit key.
  994.  
  995.   D(m)  The DES decryption function, performed on 64-bit block m, using
  996.         the same key schedule as in E(m), except that the 16 keys
  997.         in the schedule are used in the opposite order as in E(m).
  998.  
  999.   IV    A 64-bit ``initialization vector'', a secret value which, along with
  1000.         the key, is shared by both encryptor and decryptor.
  1001.  
  1002.   I[n]  The n'th value of a 64-bit variable, used in some modes.
  1003.   R[n]  The n'th value of a 64-bit variable, used in some modes.
  1004.  
  1005.   LSB(m,k) The k least significant (right-most) bits of m.
  1006.         e.g. m & ((1 << k) - 1)
  1007.  
  1008.   MSB(m,k) The k most significant (left-most) bits of m.
  1009.         e.g. (m >> (64-k)) & ((1 << k) - 1)
  1010.  
  1011.   = ^ << >> &  operators as defined in the c langage.
  1012.  
  1013.  
  1014.   Electronic Code Book (ECB):
  1015.  
  1016.           P[n] and C[n] are each 64-bits long.
  1017.  
  1018.           Encryption:                   Decryption:
  1019.           C[n] = E(P[n])                P[n] = D(C[n])
  1020.  
  1021.  
  1022.   Cipher Block Chaining (CBC):
  1023.  
  1024.           P[n] and C[n] are each 64-bits long.
  1025.  
  1026.           Encryption:                   Decryption:
  1027.           C[0] = E(P[0]^IV)             P[0] = D(C[0])^IV
  1028.   (n>0)   C[n] = E(P[n]^C[n-1])         P[n] = D(C[n])^C[n-1]
  1029.  
  1030.  
  1031.   Propagating Cipher Block Chaining (PCBC):
  1032.  
  1033.           P[n] and C[n] are each 64-bits long.
  1034.  
  1035.           Encryption:                   Decryption:
  1036.           C[0] = E(P[0]^IV)             P[0] = D(C[0])^IV
  1037.   (n>0)   C[n] = E(P[n]^P[n-1]^C[n-1])  P[n] = D(C[n])^P[n-1]^C[n-1]
  1038.  
  1039.  
  1040.   k-bit Cipher FeedBack (CFB):
  1041.  
  1042.           P[n] and C[n] are each k bits long, 1 <= k <= 64. 
  1043.  
  1044.           Encryption:                   Decryption:
  1045.           I[0] = IV                     I[0] = IV
  1046.   (n>0)   I[n] = I[n-1]<<k | C[n-1]     I[n] = I[n-1]<<k | C[n-1]       
  1047.   (all n) R[n] = MSB(E(I[n]),k)         R[n] = MSB(E(I[n]),k)
  1048.   (all n) C[n] = P[n]^R[n]              P[n] = C[n]^R[n]
  1049.  
  1050.           Note that for k==64, this reduces to:
  1051.  
  1052.           I[0] = IV                     I[0] = IV
  1053.   (n>0)   I[n] = C[n-1]                 I[n] = C[n-1]   
  1054.   (all n) R[n] = E(I[n])                R[n] = E(I[n])
  1055.   (all n) C[n] = P[n]^R[n]              P[n] = C[n]^R[n]
  1056.  
  1057.   CFB notes: Since I[n] depends only on the plain or cipher text from the
  1058.   previous operation, the E() function can be performed in parallel with
  1059.   the reception of the text with which it is used.
  1060.  
  1061.  
  1062.   k-bit Output FeedBack (OFB):
  1063.  
  1064.           P[n] and C[n] are each k bits long, 1 <= k <= 64. 
  1065.  
  1066.           Encryption:                   Decryption:
  1067.           I[0] = IV                     I[0] = IV
  1068.   (n>0)   I[n] = I[n-1]<<k | R[n-1]     I[n] = I[n-1]<<k | R[n-1]       
  1069.   (all n) R[n] = MSB(E(I[n]),k)         R[n] = MSB(E(I[n]),k)
  1070.   (all n) C[n] = P[n]^R[n]              P[n] = C[n]^R[n]
  1071.  
  1072.           Note that for k==64, this reduces to:
  1073.  
  1074.           I[0] = IV                     I[0] = IV
  1075.   (n>0)   I[n] = R[n-1]                 I[n] = R[n-1]   
  1076.   (all n) R[n] = E(I[n])                R[n] = E(I[n])
  1077.   (all n) C[n] = P[n]^R[n]              P[n] = C[n]^R[n]
  1078.  
  1079.   OFB notes: encryption and decryption are identical. Since I[n] is
  1080.   independent of P and C, the E() function can be performed in advance of
  1081.   the receipt of the plain/cipher text with which it is to be used.
  1082.  
  1083.  
  1084.   Additional notes on DES ``modes of operation'':
  1085.  
  1086.   ECB and CBC use E() to encrypt and D() to decrypt, but the feedback
  1087.   modes use E() to both encrypt and decrypt. This disproves the following 
  1088.   erroneous claim: ``DES implementations which provide E() but not D()
  1089.   cannot be used for data confidentiality.''
  1090.  
  1091. From: crypt-comments@math.ncsu.edu
  1092. Date: 1 Aug 93 04:00:41 GMT
  1093. Newsgroups: sci.crypt,sci.answers,news.answers
  1094. Subject: Cryptography FAQ (06/10: Public Key Cryptography; last mod 19930504)
  1095.  
  1096. Archive-name: cryptography-faq/part06
  1097.  
  1098.  
  1099. This is the sixth of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  1100. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  1101. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  1102. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  1103.  
  1104. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  1105. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  1106. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, sci.answers, and news.answers 
  1107. every 21 days.
  1108.  
  1109.  
  1110. Contents:
  1111.  
  1112. 6.1. What is public-key cryptography?
  1113. 6.2. What's RSA?
  1114. 6.3. Is RSA secure?
  1115. 6.4. How fast can people factor numbers?
  1116. 6.5. What about other public-key cryptosystems?
  1117.  
  1118.  
  1119. 6.1. What is public-key cryptography?
  1120.  
  1121.   In a classic cryptosystem, we have encryption functions E_K and
  1122.   decryption functions D_K such that D_K(E_K(P)) = P for any plaintext
  1123.   P. In a public-key cryptosystem, E_K can be easily computed from some
  1124.   ``public key'' X which in turn is computed from K. X is published, so
  1125.   that anyone can encrypt messages. If D_K cannot be easily computed
  1126.   from X, then only the person who generated K can decrypt messages.
  1127.   That's the essence of public-key cryptography, published by Diffie
  1128.   and Hellman in 1976.
  1129.  
  1130.   In a classic cryptosystem, if you want your friends to be able to
  1131.   send secret messages to you, you have to make sure nobody other than
  1132.   them sees the key K. In a public-key cryptosystem, you just publish X,
  1133.   and you don't have to worry about spies.
  1134.  
  1135.   This is only the beginning of public-key cryptography. There is an
  1136.   extensive literature on security models for public-key cryptography,
  1137.   applications of public-key cryptography, other applications of the
  1138.   mathematical technology behind public-key cryptography, and so on.
  1139.  
  1140. 6.2. What's RSA?
  1141.  
  1142.   RSA is a public-key cryptosystem defined by Rivest, Shamir, and
  1143.   Adleman. Here's a small example. See also [FTPDQ].
  1144.  
  1145.   Plaintexts are positive integers up to 2^{512}. Keys are quadruples
  1146.   (p,q,e,d), with p a 256-bit prime number, q a 258-bit prime number,
  1147.   and d and e large numbers with (de - 1) divisible by (p-1)(q-1). We
  1148.   define E_K(P) = P^e mod pq, D_K(C) = C^d mod pq.
  1149.  
  1150.   Now E_K is easily computed from the pair (pq,e)---but, as far as
  1151.   anyone knows, there is no easy way to compute D_K from the pair
  1152.   (pq,e). So whoever generates K can publish (pq,e). Anyone can send a
  1153.   secret message to him; he is the only one who can read the messages.
  1154.  
  1155. 6.3. Is RSA secure?
  1156.  
  1157.   Nobody knows. An obvious attack on RSA is to factor pq into p and q.
  1158.   See below for comments on how fast state-of-the-art factorization
  1159.   algorithms run. Unfortunately nobody has the slightest idea how to
  1160.   prove that factorization---or any realistic problem at all, for that
  1161.   matter---is inherently slow. It is easy to formalize what we mean by
  1162.   ``RSA is/isn't strong''; but, as Hendrik W. Lenstra, Jr., says,
  1163.   ``Exact definitions appear to be necessary only when one wishes to
  1164.   prove that algorithms with certain properties do _not_ exist, and
  1165.   theoretical computer science is notoriously lacking in such negative
  1166.   results.''
  1167.  
  1168. 6.4. How fast can people factor numbers?
  1169.  
  1170.   It depends on the size of the numbers. In October 1992 Arjen Lenstra
  1171.   and Dan Bernstein factored 2^523 - 1 into primes, using about three
  1172.   weeks of MasPar time. (The MasPar is a 16384-processor SIMD machine;
  1173.   each processor can add about 200000 integers per second.) The
  1174.   algorithm there is called the ``number field sieve''; it is quite a
  1175.   bit faster for special numbers like 2^523 - 1 than for general numbers
  1176.   n, but it takes time only exp(O(log^{1/3} n log^{2/3} log n)) in any
  1177.   case.
  1178.  
  1179.   An older and more popular method for smaller numbers is the ``multiple
  1180.   polynomial quadratic sieve'', which takes time exp(O(log^{1/2} n
  1181.   log^{1/2} log n))---faster than the number field sieve for small n,
  1182.   but slower for large n. The breakeven point is somewhere between 100
  1183.   and 150 digits, depending on the implementations.
  1184.  
  1185.   Factorization is a fast-moving field---the state of the art just a few
  1186.   years ago was nowhere near as good as it is now. If no new methods are
  1187.   developed, then 2048-bit RSA keys will always be safe from
  1188.   factorization, but one can't predict the future. (Before the number
  1189.   field sieve was found, many people conjectured that the quadratic
  1190.   sieve was asymptotically as fast as any factoring method could be.)
  1191.  
  1192. 6.5. What about other public-key cryptosystems?
  1193.  
  1194.   We've talked about RSA because it's well known and easy to describe.
  1195.   But there are lots of other public-key systems around, many of which
  1196.   are faster than RSA or depend on problems more widely believed to be
  1197.   difficult. This has been just a brief introduction; if you really want
  1198.   to learn about the many facets of public-key cryptography, consult the
  1199.   books and journal articles listed in part 10.
  1200.  
  1201. From: crypt-comments@math.ncsu.edu
  1202. Date: 1 Aug 93 04:00:43 GMT
  1203. Newsgroups: sci.crypt,sci.answers,news.answers
  1204. Subject: Cryptography FAQ (07/10: Digital Signatures; last mod 19930504)
  1205.  
  1206. Archive-name: cryptography-faq/part07
  1207.  
  1208.  
  1209. This is the seventh of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  1210. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  1211. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  1212. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  1213.  
  1214. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  1215. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  1216. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, sci.answers, and news.answers
  1217. every 21 days.
  1218.  
  1219.  
  1220. Contents:
  1221.  
  1222. 7.1. What is a one-way hash function?
  1223. 7.2. What is the difference between public, private, secret, shared, etc.?
  1224. 7.3. What are MD4 and MD5?
  1225. 7.4. What is Snefru?
  1226.  
  1227.  
  1228. 7.1. What is a one-way hash function?
  1229.  
  1230.   A typical one-way hash function takes a variable-length message and
  1231.   produces a fixed-length hash. Given the hash it is computationally
  1232.   impossible to find a message with that hash; in fact one can't
  1233.   determine any usable information about a message with that hash, not
  1234.   even a single bit. For some one-way hash functions it's also
  1235.   computationally impossible to determine two messages which produce the
  1236.   same hash.
  1237.  
  1238.   A one-way hash function can be private or public, just like an
  1239.   encryption function. Here's one application of a public one-way hash
  1240.   function, like MD5 or Snefru. Most public-key signature systems are
  1241.   relatively slow. To sign a long message may take longer than the user
  1242.   is willing to wait. Solution: Compute the one-way hash of the message,
  1243.   and sign the hash, which is short. Now anyone who wants to verify the
  1244.   signature can do the same thing.
  1245.  
  1246.   Another name for one-way hash function is message digest function.
  1247.  
  1248. 7.2. What is the difference between public, private, secret, shared, etc.?
  1249.  
  1250.   There is a horrendous mishmash of terminology in the literature for a
  1251.   very small set of concepts. Here are the concepts: (1) When an
  1252.   algorithm depends on a key which isn't published, we call it a private
  1253.   algorithm; otherwise we call it a public algorithm. (2) We have
  1254.   encryption functions E and decryption functions D, so that D(E(M)) = M
  1255.   for any message M. (3) We also have hashing functions H and
  1256.   verification functions V, such that V(M,X) = 1 if and only if X = H(M).
  1257.  
  1258.   A public-key cryptosystem has public encryption and private
  1259.   decryption. Checksums, such as the application mentioned in the
  1260.   previous question, have public hashing and public verification.
  1261.   Digital signature functions have private hashing and public
  1262.   verification: only one person can produce the hash for a message,
  1263.   but everyone can verify that the hash is correct.
  1264.  
  1265.   Obviously, when an algorithm depends on a private key, it's meant to
  1266.   be unusable by anyone who doesn't have the key. There's no real
  1267.   difference between a ``shared'' key and a private key: a shared key
  1268.   isn't published, so it's private. If you encrypt data for a friend
  1269.   rather than ``for your eyes only'', are you suddenly doing
  1270.   ``shared-key encryption'' rather than private-key encryption? No.
  1271.  
  1272. 7.3. What are MD4 and MD5?
  1273.  
  1274.   MD4 and MD5 are message digest functions developed by Ron Rivest.
  1275.   Definitions appear in RFC 1320 and RFC 1321 (see part 10). Code is
  1276.   available from [FTPMD].
  1277.  
  1278.   Note that a transcription error was found in the original MD5 draft
  1279.   RFC. The corrected algorithm should be called MD5a, though some
  1280.   people refer to it as MD5.
  1281.  
  1282. 7.4. What is Snefru?
  1283.  
  1284.   Snefru is a family of message digest functions developed by Ralph
  1285.   Merkle. Snefru-8 is an 8-round function, the newest in the family.
  1286.   Definitions appear in Merkle's paper [ME91a]. Code is available from
  1287.   [FTPSF].
  1288.  
  1289. From: crypt-comments@math.ncsu.edu
  1290. Date: 1 Aug 93 04:00:45 GMT
  1291. Newsgroups: sci.crypt,sci.answers,news.answers
  1292. Subject: Cryptography FAQ (08/10: Technical Miscellany; last mod 19930504)
  1293.  
  1294. Archive-name: cryptography-faq/part08
  1295.  
  1296.  
  1297. This is the eighth of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  1298. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  1299. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  1300. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  1301.  
  1302. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  1303. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  1304. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, sci.answers, and news.answers
  1305. every 21 days.
  1306.  
  1307.  
  1308. Contents
  1309.  
  1310. 8.1. How do I recover from lost passwords in WordPerfect?
  1311. 8.2. How do I break a Vigenere (repeated-key) cipher?
  1312. 8.3. How do I send encrypted mail under UNIX? [PGP, RIPEM, PEM, ...]
  1313. 8.4. Is the UNIX crypt command secure?
  1314. 8.5. How do I use compression with encryption?
  1315. 8.6. Is there an unbreakable cipher?
  1316. 8.7. What does ``random'' mean in cryptography?
  1317. 8.8. What is the unicity point (a.k.a. unicity distance)?
  1318. 8.9. What is key management and why is it important?
  1319. 8.10. Can I use pseudo-random or chaotic numbers as a key stream?
  1320. 8.11. What is the correct frequency list for English letters?
  1321. 8.12. What is the Enigma?
  1322. 8.13. How do I shuffle cards?
  1323. 8.14. Can I foil S/W pirates by encrypting my CD-ROM?
  1324. 8.15. Can you do automatic cryptanalysis of simple ciphers?
  1325. 8.16. What is the coding system used by VCR+?
  1326.  
  1327.  
  1328. 8.1. How do I recover from lost passwords in WordPerfect?
  1329.  
  1330.   WordPerfect encryption has been shown to be very easy to break.
  1331.   The method uses XOR with two repeating key streams: a typed password
  1332.   and a byte-wide counter initialized to 1+<the password length>. Full
  1333.   descriptions are given in Bennett [BEN87] and Bergen and Caelli
  1334.   [BER91].
  1335.  
  1336.   Chris Galas writes: ``Someone awhile back was looking for a way to
  1337.   decrypt WordPerfect document files and I think I have a solution. 
  1338.   There is a software company named: Accessdata (87 East 600 South,
  1339.   Orem, UT 84058), 1-800-658-5199 that has a software package that will
  1340.   decrypt any WordPerfect, Lotus 1-2-3, Quatro-Pro, MS Excel and Paradox
  1341.   files. The cost of the package is $185. Steep prices, but if you
  1342.   think your pw key is less than 10 characters, (or 10 char) give them a
  1343.   call and ask for the free demo disk. The demo disk will decrypt files
  1344.   that have a 10 char or less pw key.'' Bruce Schneier says the phone
  1345.   number for AccessData is 801-224-6970.
  1346.  
  1347. 8.2. How do I break a Vigenere (repeated-key) cipher?
  1348.  
  1349.   A repeated-key cipher, where the ciphertext is something like the
  1350.   plaintext xor KEYKEYKEYKEY (and so on), is called a Vigenere cipher.
  1351.   If the key is not too long and the plaintext is in English, do the
  1352.   following: 
  1353.  
  1354.   1. Discover the length of the key by counting coincidences.
  1355.   (See Gaines [GAI44], Sinkov [SIN66].) Trying each displacement of
  1356.   the ciphertext against itself, count those bytes which are equal. 
  1357.   If the two ciphertext portions have used the same key, something
  1358.   over 6% of the bytes will be equal. If they have used different
  1359.   keys, then less than 0.4% will be equal (assuming random 8-bit bytes
  1360.   of key covering normal ASCII text). The smallest displacement which
  1361.   indicates an equal key is the length of the repeated key.
  1362.  
  1363.   2. Shift the text by that length and XOR it with itself. This
  1364.   removes the key and leaves you with text XORed with itself. Since
  1365.   English has about 1 bit of real information per byte, 2 streams of
  1366.   text XORed together has 2 bits of info per 8-bit byte, providing
  1367.   plenty of redundancy for choosing a unique decryption. (And in fact
  1368.   one stream of text XORed with itself has just 1 bit per byte.)
  1369.  
  1370.   If the key is short, it might be even easier to treat this as a
  1371.   standard polyalphabetic substitution. All the old cryptanalysis
  1372.   texts show how to break those. It's possible with those methods, in
  1373.   the hands of an expert, if there's only ten times as much text as key.
  1374.   See, for example, Gaines [GAI44], Sinkov [SIN66].
  1375.  
  1376. 8.3. How do I send encrypted mail under UNIX? [PGP, RIPEM, PEM, ...]
  1377.  
  1378.   Here's one popular method, using the des command:
  1379.  
  1380.     cat file | compress | des private_key | uuencode | mail
  1381.  
  1382.   Meanwhile, there is a de jure Internet standard in the works called
  1383.   PEM (Privacy Enhanced Mail). It is described in RFCs 1421 through
  1384.   1424. To join the PEM mailing list, contact pem-dev-request@tis.com.
  1385.   There is a beta version of PEM being tested at the time of this
  1386.   writing.
  1387.  
  1388.   There are also two programs available in the public domain for encrypting
  1389.   mail: PGP and RIPEM. Both are available by FTP. Each has its own
  1390.   newsgroup: alt.security.pgp and alt.security.ripem. Each has its own FAQ
  1391.   as well.
  1392.  
  1393.   PGP is most commonly used outside the USA since it uses the RSA algorithm
  1394.   without a license and RSA's patent is valid only (or at least primarily)
  1395.   in the USA.
  1396.  
  1397.   RIPEM is most commonly used inside the USA since it uses the RSAREF which
  1398.   is freely available within the USA but not available for shipment outside
  1399.   the USA.
  1400.  
  1401.   Since both programs use a secret key algorithm for encrypting the body of
  1402.   the message (PGP used IDEA; RIPEM uses DES) and RSA for encrypting the
  1403.   message key, they should be able to interoperate freely. Although there
  1404.   have been repeated calls for each to understand the other's formats and
  1405.   algorithm choices, no interoperation is available at this time (as far as
  1406.   we know).
  1407.  
  1408. 8.4. Is the UNIX crypt command secure?
  1409.  
  1410.   No. See [REE84]. There is a program available called cbw (crypt
  1411.   breaker's workbench) which can be used to do ciphertext-only attacks
  1412.   on files encrypted with crypt. One source for CBW is [FTPCB].
  1413.  
  1414. 8.5. How do I use compression with encryption?
  1415.  
  1416.   A number of people have proposed doing perfect compression followed by
  1417.   some simple encryption method (e.g., XOR with a repeated key).
  1418.  
  1419.   Unfortunately, you can only compress perfectly if you know the exact
  1420.   distribution of possible inputs. For all practical purposes it's
  1421.   impossible to describe ``the typical English text'' beyond coarse
  1422.   characteristics such as single-letter frequencies. You can build up
  1423.   more and more sophisticated models of your inputs, but if the enemy
  1424.   has a slightly more accurate model, he'll be able to find some
  1425.   redundancy in your compressed output.
  1426.  
  1427.   Note that nearly all practical compression schemes, unless they
  1428.   have been designed with cryptography in mind, produce output that
  1429.   actually starts off with high redundancy. For example, the output of
  1430.   UNIX compress begins with a well-known three-byte ``magic number''
  1431.   that can serve as an entering wedge for cryptanalysis.
  1432.   
  1433.   This is not to say that compression before encryption is inherently a
  1434.   bad idea; it just has to be done very, very carefully, and by no means
  1435.   removes the need for strong encryption.
  1436.  
  1437.   Compression after encryption is silly.
  1438.  
  1439. 8.6. Is there an unbreakable cipher?
  1440.  
  1441.   Yes. The one-time pad is unbreakable; see part 4. Unfortunately the
  1442.   one-time pad requires secure distribution of as much key material as
  1443.   plaintext.
  1444.  
  1445.   Of course, a cryptosystem need not be utterly unbreakable to be
  1446.   useful. Rather, it needs to be strong enough to resist attacks by
  1447.   likely enemies for whatever length of time the data it protects is
  1448.   expected to remain valid.
  1449.  
  1450. 8.7. What does ``random'' mean in cryptography?
  1451.  
  1452.   Cryptographic applications demand much more out of a pseudorandom
  1453.   number generator than most applications. For a source of bits to be
  1454.   cryptographically random, it must be computationally impossible to
  1455.   predict what the Nth random bit will be given complete knowledge of
  1456.   the algorithm or hardware generating the stream and the sequence of
  1457.   0th through N-1st bits, for all N up to the lifetime of the source.
  1458.  
  1459.   A software generator (also known as pseudo-random) has the function
  1460.   of expanding a truly random seed to a longer string of apparently
  1461.   random bits. This seed must be large enough not to be guessed by
  1462.   the opponent. Ideally, it should also be truly random (perhaps
  1463.   generated by a hardware random number source).
  1464.  
  1465.   Those who have Sparcstation 1 workstations could, for example,
  1466.   generate random numbers using the audio input device as a source of
  1467.   entropy, by not connecting anything to it. For example,
  1468.  
  1469.         cat /dev/audio | compress - >foo
  1470.  
  1471.   gives a file of high entropy (not random but with much randomness in
  1472.   it). One can then encrypt that file using part of itself as a key,
  1473.   for example, to convert that seed entropy into a pseudo-random
  1474.   string.
  1475.  
  1476.   When looking for hardware devices to provide this entropy, it is
  1477.   important really to measure the entropy rather than just assume that
  1478.   because it looks complicated to a human, it must be "random". For
  1479.   example, disk operation completion times sound like they might be
  1480.   unpredictable (to many people) but a spinning disk is much like a
  1481.   clock and its output completion times are relatively low in entropy.
  1482.  
  1483. 8.8. What is the unicity point (a.k.a. unicity distance)?
  1484.  
  1485.   See [SHA49]. The unicity distance is an approximation to that amount
  1486.   of ciphertext such that the sum of the real information (entropy) in
  1487.   the corresponding source text and encryption key equals the number
  1488.   of ciphertext bits used. Ciphertexts significantly longer than this
  1489.   can be shown probably to have a unique decipherment. This is used to
  1490.   back up a claim of the validity of a ciphertext-only cryptanalysis. 
  1491.   Ciphertexts significantly shorter than this are likely to have
  1492.   multiple, equally valid decryptions and therefore to gain security
  1493.   from the opponent's difficulty choosing the correct one.
  1494.  
  1495.   Unicity distance, like all statistical or information-theoretic
  1496.   measures, does not make deterministic predictions but rather gives
  1497.   probabilistic results: namely, the minimum amount of ciphertext
  1498.   for which it is likely that there is only a single intelligible
  1499.   plaintext corresponding to the ciphertext, when all possible keys
  1500.   are tried for the decryption. Working cryptologists don't normally
  1501.   deal with unicity distance as such. Instead they directly determine
  1502.   the likelihood of events of interest.
  1503.  
  1504.   Let the unicity distance of a cipher be D characters. If fewer than
  1505.   D ciphertext characters have been intercepted, then there is not
  1506.   enough information to distinguish the real key from a set of
  1507.   possible keys. DES has a unicity distance of 17.5 characters,
  1508.   which is less than 3 ciphertext blocks (each block corresponds to
  1509.   8 ASCII characters). This may seem alarmingly low at first, but
  1510.   the unicity distance gives no indication of the computational work
  1511.   required to find the key after approximately D characters have been
  1512.   intercepted.
  1513.  
  1514.   In fact, actual cryptanalysis seldom proceeds along the lines used
  1515.   in discussing unicity distance. (Like other measures such as key
  1516.   size, unicity distance is something that guarantees insecurity if
  1517.   it's too small, but doesn't guarantee security if it's high.) Few
  1518.   practical cryptosystems are absolutely impervious to analysis; all
  1519.   manner of characteristics might serve as entering ``wedges'' to crack
  1520.   some cipher messages. However, similar information-theoretic
  1521.   considerations are occasionally useful, for example, to determine a
  1522.   recommended key change interval for a particular cryptosystem.
  1523.   Cryptanalysts also employ a variety of statistical and
  1524.   information-theoretic tests to help guide the analysis in the most
  1525.   promising directions.
  1526.  
  1527.   Unfortunately, most literature on the application of information
  1528.   statistics to cryptanalysis remains classified, even the seminal
  1529.   1940 work of Alan Turing (see [KOZ84]). For some insight into the
  1530.   possibilities, see [KUL68] and [GOO83].
  1531.  
  1532. 8.9. What is key management and why is it important?
  1533.  
  1534.   One of the fundamental axioms of cryptography is that the enemy is in
  1535.   full possession of the details of the general cryptographic system,
  1536.   and lacks only the specific key data employed in the encryption. (Of
  1537.   course, one would assume that the CIA does not make a habit of telling
  1538.   Mossad about its cryptosystems, but Mossad probably finds out anyway.)
  1539.   Repeated use of a finite amount of key provides redundancy that can
  1540.   eventually facilitate cryptanalytic progress. Thus, especially in
  1541.   modern communication systems where vast amounts of information are
  1542.   transferred, both parties must have not only a sound cryptosystem but
  1543.   also enough key material to cover the traffic.
  1544.  
  1545.   Key management refers to the distribution, authentication, and
  1546.   handling of keys.
  1547.  
  1548.   A publicly accessible example of modern key management technology
  1549.   is the STU III secure telephone unit, which for classified use
  1550.   employs individual coded ``Crypto Ignition Keys'' and a central Key
  1551.   Management Center operated by NSA. There is a hierarchy in that
  1552.   certain CIKs are used by authorized cryptographic control
  1553.   personnel to validate the issuance of individual traffic keys and
  1554.   to perform installation/maintenance functions, such as the
  1555.   reporting of lost CIKs.
  1556.  
  1557.   This should give an inkling of the extent of the key management
  1558.   problem. For public-key systems, there are several related issues,
  1559.   many having to do with ``whom do you trust?''
  1560.  
  1561. 8.10. Can I use pseudo-random or chaotic numbers as a key stream?
  1562.  
  1563.   Chaotic equations and fractals produce an apparent randomness from
  1564.   relatively compact generators. Perhaps the simplest example is a
  1565.   linear congruential sequence, one of the most popular types of random
  1566.   number generators, where there is no obvious dependence between seeds
  1567.   and outputs. Unfortunately the graph of any such sequence will, in a
  1568.   high enough dimension, show up as a regular lattice. Mathematically
  1569.   this lattice corresponds to structure which is notoriously easy for
  1570.   cryptanalysts to exploit. More complicated generators have more
  1571.   complicated structure, which is why they make interesting pictures---
  1572.   but a cryptographically strong sequence will have no computable
  1573.   structure at all.
  1574.  
  1575.   See [KNU81], exercise 3.5-7; [REE77]; and [BOY89].
  1576.  
  1577. 8.11. What is the correct frequency list for English letters?
  1578.  
  1579.   There are three answers to this question, each slightly deeper than
  1580.   the one before. You can find the first answer in various books:
  1581.   namely, a frequency list computed directly from a certain sample of
  1582.   English text.
  1583.  
  1584.   The second answer is that ``the English language'' varies from author
  1585.   to author and has changed over time, so there is no definitive list.
  1586.   Of course the lists in the books are ``correctly'' computed, but
  1587.   they're all different: exactly which list you get depends on which
  1588.   sample was taken. Any particular message will have different
  1589.   statistics from those of the language as a whole.
  1590.  
  1591.   The third answer is that yes, no particular message is going to have
  1592.   exactly the same characteristics as English in general, but for all
  1593.   reasonable statistical uses these slight discrepancies won't matter.
  1594.   In fact there's an entire field called ``Bayesian statistics'' (other
  1595.   buzzwords are ``maximum entropy methods'' and ``maximum likelihood
  1596.   estimation'') which studies questions like ``What's the chance that a
  1597.   text with these letter frequencies is in English?'' and comes up with
  1598.   reasonably robust answers.
  1599.  
  1600.   So make your own list from your own samples of English text. It will
  1601.   be good enough for practical work, if you use it properly.
  1602.  
  1603. 8.12. What is the Enigma?
  1604.  
  1605.   ``For a project in data security we are looking for sources of
  1606.   information about the German Enigma code and how it was broken by
  1607.   the British during WWII.''
  1608.  
  1609.   See [WEL82], [DEA85], [KOZ84], [HOD83], [KAH91].
  1610.  
  1611. 8.13. How do I shuffle cards?
  1612.  
  1613.   Card shuffling is a special case of the permutation of an array of
  1614.   values, using a random or pseudo-random function. All possible output
  1615.   permutations of this process should be equally likely. To do this, you
  1616.   need a random function (modran(x)) which will produce a uniformly
  1617.   distributed random integer in the interval [0..x-1]. Given that
  1618.   function, you can shuffle with the following [C] code: (assuming ARRLTH
  1619.   is the length of array arr[] and swap() interchanges values at the two
  1620.   addresses given)
  1621.  
  1622.   for ( n = ARRLTH-1; n > 0 ; n-- ) swap( &arr[modran( n+1 )], &arr[n] ) ;
  1623.  
  1624.   modran(x) can not be achieved exactly with a simple (ranno() % x) since
  1625.   ranno()'s interval may not be divisible by x, although in most cases the
  1626.   error will be very small. To cover this case, one can take ranno()'s
  1627.   modulus mod x, call that number y, and if ranno() returns a value less
  1628.   than y, go back and get another ranno() value.
  1629.  
  1630.   See [KNU81] for further discussion.
  1631.  
  1632. 8.14. Can I foil S/W pirates by encrypting my CD-ROM?
  1633.  
  1634.   Someone will frequently express the desire to publish a CD-ROM with
  1635.   possibly multiple pieces of software, perhaps with each encrypted
  1636.   separately, and will want to use different keys for each user (perhaps
  1637.   even good for only a limited period of time) in order to avoid piracy.
  1638.  
  1639.   As far as we know, this is impossible, since there is nothing in standard
  1640.   PC or workstation hardware which uniquely identifies the user at the
  1641.   keyboard. If there were such an identification, then the CD-ROM could be
  1642.   encrypted with a key based in part on the one sold to the user and in
  1643.   part on the unique identifier. However, in this case the CD-ROM is one
  1644.   of a kind and that defeats the intended purpose.
  1645.  
  1646.   If the CD-ROM is to be encrypted once and then mass produced, there must
  1647.   be a key (or set of keys) for that encryption produced at some stage in
  1648.   the process. That key is useable with any copy of the CD-ROM's data.
  1649.   The pirate needs only to isolate that key and sell it along with the
  1650.   illegal copy.
  1651.  
  1652. 8.15. Can you do automatic cryptanalysis of simple ciphers?
  1653.  
  1654.   Certainly. For commercial products you can try AccessData; see
  1655.   question 8.1. We are not aware of any FTP sites for such software,
  1656.   but there are many papers on the subject. See [PEL79], [LUC88],
  1657.   [CAR86], [CAR87], [KOC87], [KOC88], [KIN92], [KIN93], [SPI93].
  1658.  
  1659. 8.16. What is the coding system used by VCR+?
  1660.  
  1661.   One very frequently asked question in sci.crypt is how the VCR+ codes
  1662.   work. See [SHI92] for an attempt to describe it.
  1663.  
  1664. From: crypt-comments@math.ncsu.edu
  1665. Date: 1 Aug 93 04:00:48 GMT
  1666. Newsgroups: sci.crypt,sci.answers,news.answers
  1667. Subject: Cryptography FAQ (09/10: Other Miscellany; last mod 19930504)
  1668.  
  1669. Archive-name: cryptography-faq/part09
  1670.  
  1671.  
  1672. This is the ninth of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  1673. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  1674. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  1675. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in the last part.
  1676.  
  1677. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  1678. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  1679. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, sci.answers, and news.answers 
  1680. every 21 days.
  1681.  
  1682.  
  1683. Contents:
  1684.  
  1685. 9.1. What is the National Security Agency (NSA)?
  1686. 9.2. What are the US export regulations?
  1687. 9.3. What is TEMPEST?
  1688. 9.4. What are the Beale Ciphers, and are they a hoax?
  1689. 9.5. What is the American Cryptogram Association, and how do I get in touch?
  1690. 9.6. Is RSA patented?
  1691. 9.7. What about the Voynich manuscript?
  1692.  
  1693.  
  1694. 9.1. What is the National Security Agency (NSA)?
  1695.  
  1696.   The NSA is the official security body of the U.S. government. It
  1697.   was given its charter by President Truman in the late 40's, and
  1698.   has continued research in cryptology till the present. The NSA is
  1699.   known to be the largest employer of mathematicians in the world,
  1700.   and is also the largest purchaser of computer hardware in the
  1701.   world. Governments in general have always been prime employers of
  1702.   cryptologists. The NSA probably possesses cryptographic expertise many
  1703.   years ahead of the public state of the art, and can undoubtedly break
  1704.   many of the systems used in practice; but for reasons of national
  1705.   security almost all information about the NSA is classified.
  1706.  
  1707.   Bamford's book [BAMFD] gives a history of the people and operations of
  1708.   the NSA. The following quote from Massey [MAS88] highlights the
  1709.   difference between public and private research in cryptography:
  1710.  
  1711.   ``... if one regards cryptology as the prerogative of government,
  1712.   one accepts that most cryptologic research will be conducted
  1713.   behind closed doors. Without doubt, the number of workers engaged
  1714.   today in such secret research in cryptology far exceeds that of
  1715.   those engaged in open research in cryptology. For only about 10
  1716.   years has there in fact been widespread open research in
  1717.   cryptology. There have been, and will continue to be, conflicts
  1718.   between these two research communities. Open research is common
  1719.   quest for knowledge that depends for its vitality on the open
  1720.   exchange of ideas via conference presentations and publications in
  1721.   scholarly journals. But can a government agency, charged with
  1722.   responsibilities of breaking the ciphers of other nations,
  1723.   countenance the publication of a cipher that it cannot break? Can
  1724.   a researcher in good conscience publish such a cipher that might
  1725.   undermine the effectiveness of his own government's code-breakers?
  1726.   One might argue that publication of a provably-secure cipher would
  1727.   force all governments to behave like Stimson's `gentlemen', but one
  1728.   must be aware that open research in cryptography is fraught with
  1729.   political and ethical considerations of a severity than in most
  1730.   scientific fields. The wonder is not that some conflicts have
  1731.   occurred between government agencies and open researchers in
  1732.   cryptology, but rather that these conflicts (at least those of which
  1733.   we are aware) have been so few and so mild.''
  1734.  
  1735. 9.2. What are the US export regulations?
  1736.  
  1737.   In a nutshell, there are two government agencies which control
  1738.   export of encryption software. One is the Bureau of Export
  1739.   Administration (BXA) in the Department of Commerce, authorized by
  1740.   the Export Administration Regulations (EAR). Another is the Office
  1741.   of Defense Trade Controls (DTC) in the State Department, authorized
  1742.   by the International Traffic in Arms Regulations (ITAR). As a rule
  1743.   of thumb, BXA (which works with COCOM) has less stringent
  1744.   requirements, but DTC (which takes orders from NSA) wants to see
  1745.   everything first and can refuse to transfer jurisdiction to BXA.
  1746.  
  1747.   The newsgroup misc.legal.computing carries many interesting
  1748.   discussions on the laws surrounding cryptographic export, what
  1749.   people think about those laws, and many other complex issues which
  1750.   go beyond the scope of technical groups like sci.crypt. Make sure to
  1751.   consult your lawyer before doing anything which will get you thrown in
  1752.   jail; if you are lucky, your lawyer might know a lawyer who has at
  1753.   least heard of the ITAR.
  1754.  
  1755. 9.3. What is TEMPEST?
  1756.  
  1757.   TEMPEST is a standard for electromagnetic shielding for computer
  1758.   equipment. It was created in response to the discovery that
  1759.   information can be read from computer radiation (e.g., from a CRT) at
  1760.   quite a distance and with little effort.
  1761.  
  1762.   Needless to say, encryption doesn't do much good if the cleartext
  1763.   is available this way.
  1764.  
  1765. 9.4. What are the Beale Ciphers, and are they a hoax?
  1766.  
  1767.   (Thanks to Jim Gillogly for this information and John King for
  1768.   corrections.)
  1769.  
  1770.   The story in a pamphlet by J. B. Ward (1885) goes: Thomas
  1771.   Jefferson Beale and a party of adventurers accumulated a huge mass
  1772.   of treasure and buried it in Bedford County, Virginia, leaving
  1773.   three ciphers with an innkeeper; the ciphers describe the
  1774.   location, contents, and intended beneficiaries of the treasure.
  1775.   Ward gives a decryption of the second cipher (contents) called B2;
  1776.   it was encrypted as a book cipher using the initial letters of the
  1777.   Declaration of Independence (DOI) as key. B1 and B3 are unsolved;
  1778.   many documents have been tried as the key to B1.
  1779.  
  1780.   Aficionados can join a group that attempts to solve B1 by various
  1781.   means with an eye toward splitting the treasure:
  1782.  
  1783.   The Beale Cypher Association
  1784.   P.O. Box 975
  1785.   Beaver Falls, PA 15010
  1786.  
  1787.   You can get the ciphers from the rec.puzzles FAQL by including the
  1788.   line:
  1789.  
  1790.   send index
  1791.  
  1792.   in a message to netlib@peregrine.com and following the directions.
  1793.   (There are apparently several different versions of the cipher
  1794.   floating around. The correct version is based on the 1885 pamphlet,
  1795.   says John King <kingj@hpcc01.corp.hp.com>.)
  1796.  
  1797.   Some believe the story is a hoax. Kruh [KRU88] gives a long list of
  1798.   problems with the story. Gillogly [GIL80] decrypted B1 with the DOI
  1799.   and found some unexpected strings, including ABFDEFGHIIJKLMMNOHPP.
  1800.   Hammer (president of the Beale Cypher Association) agrees that this
  1801.   string couldn't appear by chance, but feels there must be an
  1802.   explanation; Gwyn (sci.crypt expert) is unimpressed with this
  1803.   string.
  1804.  
  1805. 9.5. What is the American Cryptogram Association, and how do I get in touch?
  1806.  
  1807.   The ACA is an organization devoted to cryptography, with an emphasis
  1808.   on cryptanalysis of systems that can be attacked either with
  1809.   pencil-and-paper or computers. Its organ ``The Cryptogram'' includes
  1810.   articles and challenge ciphers. Among the more than 50 cipher types in
  1811.   English and other languages are simple substitution, Playfair,
  1812.   Vigenere, bifid, Bazeries, grille, homophonic, and cryptarithm.
  1813.  
  1814.   Dues are $15 for one year (6 issues); more outside of North America;
  1815.   less for students under 18 and seniors. Subscriptions should be sent
  1816.   to ACA Treasurer, 18789 West Hickory St., Mundelein, IL 60060.
  1817.  
  1818. 9.6. Is RSA patented?
  1819.  
  1820.   Yes. The patent number is 4,405,829, filed 12/14/77, granted 9/20/83.
  1821.   For further discussion of this patent, whether it should have been
  1822.   granted, algorithm patents in general, and related legal and moral
  1823.   issues, see comp.patents and misc.legal.computing. For information
  1824.   about the League for Programming Freedom see [FTPPF]. Note that one of
  1825.   the original purposes of comp.patents was to collect questions such as
  1826.   ``should RSA be patented?'', which often flooded sci.crypt and other
  1827.   technical newsgroups, into a more appropriate forum.
  1828.  
  1829. 9.7. What about the Voynich manuscript?
  1830.  
  1831.   nelson@reed.edu (Nelson Minar) says there is a mailing list on the
  1832.   subject. The address to write to subscribe to the VMS mailing list
  1833.   is: <voynich-request@rand.org>
  1834.  
  1835.   the ftp archive is: rand.org:/pub/voynich
  1836.  
  1837.   There's all sorts of information about the manuscript itself, of
  1838.   course. A good bibliography can be found on the ftp site. [KAH67]
  1839.   gives a good introduction.
  1840.  
  1841. From: crypt-comments@math.ncsu.edu
  1842. Date: 1 Aug 93 04:00:51 GMT
  1843. Newsgroups: sci.crypt,sci.answers,news.answers
  1844. Subject: Cryptography FAQ (10/10: References; last mod 19930504)
  1845.  
  1846. Archive-name: cryptography-faq/part10
  1847.  
  1848.  
  1849. This is the tenth of ten parts of the sci.crypt FAQ. The parts are
  1850. mostly independent, but you should read the first part before the rest.
  1851. We don't have the time to send out missing parts by mail, so don't ask.
  1852. Notes such as ``[KAH67]'' refer to the reference list in this part.
  1853.  
  1854. The sections of this FAQ are available via anonymous FTP to rtfm.mit.edu 
  1855. as /pub/usenet/news.answers/cryptography-faq/part[xx]. The Cryptography 
  1856. FAQ is posted to the newsgroups sci.crypt, sci.answers, and news.answers 
  1857. every 21 days.
  1858.  
  1859.  
  1860. Contents
  1861.  
  1862. 10.1. Books on history and classical methods
  1863. 10.2. Books on modern methods
  1864. 10.3. Survey articles
  1865. 10.4. Reference articles
  1866. 10.5. Journals, conference proceedings
  1867. 10.6. Other
  1868. 10.7. How may one obtain copies of FIPS and ANSI standards cited herein?
  1869. 10.8. Electronic sources
  1870. 10.9. RFCs (available from [FTPRF])
  1871. 10.10. Related newsgroups
  1872.  
  1873.  
  1874. 10.1. Books on history and classical methods
  1875.  
  1876.   [FRIE1] Lambros D. Callimahos, William F. Friedman, Military Cryptanalytics.
  1877.           Aegean Park Press, ?.
  1878.   [DEA85] Cipher A. Deavours & Louis Kruh, Machine Cryptography and
  1879.           Modern Cryptanalysis. Artech House, 610 Washington St.,
  1880.           Dedham, MA 02026, 1985.
  1881.   [FRIE2] William F. Friedman, Solving German Codes in World War I.
  1882.           Aegean Park Press, ?.
  1883.   [GAI44] H. Gaines, Cryptanalysis, a study of ciphers and their
  1884.           solution. Dover Publications, 1944.
  1885.   [HIN00] F.H.Hinsley, et al., British Intelligence in the Second
  1886.           World War. Cambridge University Press. (vol's 1, 2, 3a, 3b
  1887.           & 4, so far). XXX Years and authors, fix XXX
  1888.   [HOD83] Andrew Hodges, Alan Turing: The Enigma. Burnett Books
  1889.           Ltd., 1983
  1890.   [KAH91] David Kahn, Seizing the Enigma. Houghton Mifflin, 1991.
  1891.   [KAH67] D. Kahn, The Codebreakers. Macmillan Publishing, 1967.
  1892.           [history] [The abridged paperback edition left out most
  1893.           technical details; the original hardcover edition is
  1894.           recommended.]
  1895.   [KOZ84] W. Kozaczuk, Enigma. University Publications of America, 1984
  1896.   [KUL76] S. Kullback, Statistical Methods in Cryptanalysis. Aegean
  1897.           Park Press, 1976.
  1898.   [SIN66] A. Sinkov, Elementary Cryptanalysis. Math. Assoc. Am. 1966.
  1899.   [WEL82] Gordon Welchman, The Hut Six Story. McGraw-Hill, 1982.
  1900.   [YARDL] Herbert O. Yardley, The American Black Chamber. Aegean Park
  1901.           Press, ?.
  1902.  
  1903. 10.2. Books on modern methods
  1904.  
  1905.   [BEK82] H. Beker, F. Piper, Cipher Systems. Wiley, 1982.
  1906.   [BRA88] G. Brassard, Modern Cryptology: a tutorial.
  1907.           Spinger-Verlag, 1988.
  1908.   [DEN82] D. Denning, Cryptography and Data Security. Addison-Wesley
  1909.           Publishing Company, 1982.
  1910.   [KOB89] N. Koblitz, A course in number theory and cryptography.
  1911.           Springer-Verlag, 1987.
  1912.   [KON81] A. Konheim, Cryptography: a primer. Wiley, 1981.
  1913.   [MEY82] C. Meyer and S. Matyas, Cryptography: A new dimension in
  1914.           computer security. Wiley, 1982.
  1915.   [PAT87] Wayne Patterson, Mathematical Cryptology for Computer
  1916.           Scientists and Mathematicians. Rowman & Littlefield, 1987.
  1917.   [PFL89] C. Pfleeger, Security in Computing. Prentice-Hall, 1989.
  1918.   [PRI84] W. Price, D. Davies, Security for computer networks. Wiley, 1984. 
  1919.   [RUE86] R. Rueppel, Design and Analysis of Stream Ciphers.
  1920.           Springer-Verlag, 1986.
  1921.   [SAL90] A. Saloma, Public-key cryptography. Springer-Verlag, 1990.
  1922.   [WEL88] D. Welsh, Codes and Cryptography. Claredon Press, 1988.
  1923.  
  1924. 10.3. Survey articles
  1925.  
  1926.   [ANG83] D. Angluin, D. Lichtenstein, Provable Security in Crypto-
  1927.           systems: a survey. Yale University, Department of Computer
  1928.           Science, #288, 1983.
  1929.   [BET90] T. Beth, Algorithm engineering for public key algorithms.
  1930.           IEEE Selected Areas of Communication, 1(4), 458--466,
  1931.           1990.
  1932.   [DAV83] M. Davio, J. Goethals, Elements of cryptology. in Secure
  1933.           Digital Communications, G. Longo ed., 1--57, 1983.
  1934.   [DIF79] W. Diffie, M. Hellman, Privacy and Authentication: An
  1935.           introduction to cryptography. IEEE proceedings, 67(3),
  1936.           397--427, 1979.
  1937.   [DIF88] W. Diffie, The first ten years of public key cryptography.
  1938.           IEEE proceedings, 76(5), 560--577, 1988.
  1939.   [FEI73] H. Feistel, Cryptography and Computer Privacy. Scientific 
  1940.           American, 228(5), 15--23, 1973.
  1941.   [FEI75] H. Feistel, H, W. Notz, J. Lynn Smith. Some cryptographic
  1942.           techniques for machine-to-machine data communications,
  1943.           IEEE IEEE proceedings, 63(11), 1545--1554, 1975.
  1944.   [HEL79] M. Hellman, The mathematics of public key cryptography.
  1945.           Scientific American, 130--139, 1979.
  1946.   [LAK83] S. Lakshmivarahan, Algorithms for public key
  1947.           cryptosystems. In Advances in Computers, M. Yovtis ed.,
  1948.           22, Academic Press, 45--108, 1983.
  1949.   [LEM79] A. Lempel, Cryptology in transition, Computing Surveys,
  1950.           11(4), 285--304, 1979.
  1951.   [MAS88] J. Massey, An introduction to contemporary cryptology, IEEE
  1952.           proceedings, 76(5), 533--549, 1988.
  1953.   [SIM91] G. Simmons (ed.), Contemporary Cryptology: the Science of
  1954.           Information Integrity. IEEE press, 1991.
  1955.  
  1956. 10.4. Reference articles
  1957.  
  1958.   [AND83] D. Andelman, J. Reeds, On the cryptanalysis of rotor and
  1959.           substitution-permutation networks. IEEE Trans. on Inform.
  1960.           Theory, 28(4), 578--584, 1982.
  1961.   [BEN87] John Bennett, Analysis of the Encryption Algorithm Used in
  1962.           the WordPerfect Word Processing Program. Cryptologia 11(4),
  1963.           206--210, 1987.
  1964.   [BER91] H. A. Bergen and W. J. Caelli, File Security in WordPerfect
  1965.           5.0. Cryptologia 15(1), 57--66, January 1991.
  1966.   [BIH91] E. Biham and A. Shamir, Differential cryptanalysis of
  1967.           DES-like cryptosystems. Journal of Cryptology, vol. 4, #1,
  1968.           3--72, 1991.
  1969.   [BI91a] E. Biham, A. Shamir, Differential cryptanalysis of Snefru,
  1970.           Khafre, REDOC-II, LOKI and LUCIFER. In Proceedings of CRYPTO
  1971.           '91, ed. by J. Feigenbaum, 156--171, 1992.
  1972.   [BOY89] J. Boyar, Inferring Sequences Produced by Pseudo-Random
  1973.           Number Generators. Journal of the ACM, 1989.
  1974.   [BRI86] E. Brickell, J. Moore, M. Purtill, Structure in the
  1975.           S-boxes of DES. In Proceedings of CRYPTO '86, A. M. Odlyzko
  1976.           ed., 3--8, 1987.
  1977.   [BRO89] L. Brown, A proposed design for an extended DES, Computer
  1978.           Security in the Computer Age. Elsevier Science Publishers
  1979.           B.V. (North Holland), IFIP, W. J. Caelli ed., 9--22, 1989.
  1980.   [BRO90] L. Brown, J. Pieprzyk, J. Seberry, LOKI - a cryptographic
  1981.           primitive for authentication and secrecy applications.
  1982.           In Proceedings of AUSTCRYPT 90, 229--236, 1990.
  1983.   [CAE90] H. Gustafson, E. Dawson, W. Caelli, Comparison of block
  1984.           ciphers. In Proceedings of AUSCRYPT '90, J. Seberry and J.
  1985.           Piepryzk eds., 208--220, 1990.
  1986.   [CAM93] K. W. Campbell, M. J. Wiener, Proof the DES is Not a Group.
  1987.           In Proceedings of CRYPTO '92, 1993.
  1988.   [CAR86] John Carrol and Steve Martin, The Automated Cryptanalysis
  1989.           of Substitution Ciphers. Cryptologia 10(4), 193--209, 1986.
  1990.   [CAR87] John Carrol and Lynda Robbins, Automated Cryptanalysis of
  1991.           Polyalphabetic Ciphers. Cryptologia 11(4), 193--205, 1987.
  1992.   [ELL88] Carl M. Ellison, A Solution of the Hebern Messages. Cryptologia,
  1993.           vol. XII, #3, 144-158, Jul 1988.
  1994.   [EVE83] S. Even, O. Goldreich, DES-like functions can generate the
  1995.           alternating group. IEEE Trans. on Inform. Theory, vol. 29,
  1996.           #6, 863--865, 1983.
  1997.   [GAR91] G. Garon, R. Outerbridge, DES watch: an examination of the
  1998.           sufficiency of the Data Encryption Standard for financial
  1999.           institutions in the 1990's. Cryptologia, vol. XV, #3,
  2000.           177--193, 1991.
  2001.   [GIL80] Gillogly, ?. Cryptologia 4(2), 1980.
  2002.   [GM82]  Shafi Goldwasser, Silvio Micali, Probabilistic Encryption and
  2003.           How To Play Mental Poker Keeping Secret All Partial Information.
  2004.           Proceedings of the Fourteenth Annual ACM Symposium on Theory of
  2005.           Computing, 1982.
  2006.   [HUM83] D. G. N. Hunter and A. R. McKenzie, Experiments with
  2007.           Relaxation Algorithms for Breaking Simple Substitution
  2008.           Ciphers. Computer Journal 26(1), 1983.
  2009.   [KAM78] J. Kam, G. Davida, A structured design of substitution-
  2010.           permutation encryption networks. IEEE Trans. Information
  2011.           Theory, 28(10), 747--753, 1978.
  2012.   [KIN78] P. Kinnucan, Data encryption gurus: Tuchman and Meyer.
  2013.           Cryptologia, vol. II #4, 371--XXX, 1978.
  2014.   [KIN92] King and Bahler, Probabilistic Relaxation in the
  2015.           Cryptanalysis of Simple Substitution Ciphers. Cryptologia
  2016.           16(3), 215--225, 1992.
  2017.   [KIN93] King and Bahler, An Algorithmic Solution of Sequential
  2018.           Homophonic Ciphers. Cryptologia 17(2), in press.
  2019.   [KOC87] Martin Kochanski, A Survey of Data Insecurity Packages.
  2020.           Cryptologia 11(1), 1--15, 1987.
  2021.   [KOC88] Martin Kochanski, Another Data Insecurity Package.
  2022.           Cryptologia 12(3), 165--177, 1988.
  2023.   [KRU88] Kruh, ?. Cryptologia 12(4), 1988.
  2024.   [LAI90] X. Lai, J. Massey, A proposal for a new block encryption 
  2025.           standard. EUROCRYPT 90, 389--404, 1990.
  2026.   [LUB88] C. Rackoff, M. Luby, How to construct psuedorandom
  2027.           permutations from psuedorandom functions. SIAM Journal of
  2028.           Computing, vol. 17, #2, 373--386, 1988.
  2029.   [LUC88] Michael Lucks, A Constraint Satisfaction Algorithm for the
  2030.           Automated Decryption of Simple Substitution Ciphers. In
  2031.           CRYPTO '88.
  2032.   [MAS88] J. Massey, An introduction to contemporary cryptology.
  2033.           IEEE proceedings, 76(5), 533--549, 1988.
  2034.   [ME91a] R. Merkle, Fast software encryption functions. In Proceedings
  2035.           of CRYPTO '90, Menezes and Vanstone ed., 476--501, 1991.
  2036.   [MEY78] C. Meyer, Ciphertext/plaintext and ciphertext/key
  2037.           dependence vs. number of rounds for the Data Encryption
  2038.           Standard. AFIPS Conference proceedings, 47, 1119--1126,
  2039.           1978.
  2040.   [NBS77] Data Encryption Standard. National Bureau of Standards,
  2041.           FIPS PUB 46, Washington, DC, January 1977.
  2042.   [PEL79] S. Peleg and A. Rosenfeld, Breaking Substitution Ciphers
  2043.           Using a Relaxation Algorithm. CACM 22(11), 598--605, 1979.
  2044.   [REE77] J. Reeds, `Cracking' a Random Number Generator.
  2045.           Cryptologia 1(1), 20--26, 1977.
  2046.   [REE84] J. A. Reeds and P. J. Weinberger, File Security and the UNIX
  2047.           Crypt Command. AT&T Bell Laboratories Technical Journal,
  2048.           Vol. 63 #8, part 2, 1673--1684, October, 1984.
  2049.   [SHA49] C. Shannon, Communication Theory of Secrecy Systems. Bell
  2050.           System Technical Journal 28(4), 656--715, 1949.
  2051.   [SHE88] B. Kaliski, R. Rivest, A. Sherman, Is the Data Encryption
  2052.           Standard a Group. Journal of Cryptology, vol. 1, #1,
  2053.           1--36, 1988.
  2054.   [SHI88] A. Shimizu, S. Miyaguchi, Fast data encipherment algorithm
  2055.           FEAL. EUROCRYPT '87, 267--278, 1988.
  2056.   [SHI92] K. Shirriff, C. Welch, A. Kinsman, Decoding a VCR Controller
  2057.           Code. Cryptologia 16(3), 227--234, 1992.
  2058.   [SOR84] A. Sorkin, LUCIFER: a cryptographic algorithm.
  2059.           Cryptologia, 8(1), 22--35, 1984.
  2060.   [SPI93] R. Spillman et al., Use of Genetic Algorithms in
  2061.           Cryptanalysis of Simple Substitution Ciphers. Cryptologia
  2062.           17(1), 31--44, 1993.
  2063.         
  2064. 10.5. Journals, conference proceedings
  2065.  
  2066.   CRYPTO
  2067.   Eurocrypt
  2068.   IEEE Transactions on Information Theory
  2069.   Cryptologia: a cryptology journal, quarterly since Jan 1977.
  2070.           Cryptologia; Rose-Hulman Institute of Technology; Terre Haute
  2071.           Indiana 47803 [general: systems, analysis, history, ...]
  2072.   Journal of Cryptology; International Association for Cryptologic
  2073.           Research; published by Springer Verlag (quarterly since
  2074.           1988).
  2075.   The Cryptogram (Journal of the American Cryptogram Association);
  2076.           18789 West Hickory Street; Mundelein, IL 60060; [primarily
  2077.           puzzle cryptograms of various sorts]
  2078.   Cryptosystems Journal, Published by Tony Patti, P.O. Box 188,
  2079.           Newtown PA, USA 18940-0188 or tony_s_patti@cup.portal.com.
  2080.           Publisher's comment: Includes complete cryptosystems with
  2081.           source and executable programs on diskettes. Tutorial. The
  2082.           typical cryptosystems supports multi-megabit keys and Galois
  2083.           Field arithmetic. Inexpensive hardware random number
  2084.           generator details.
  2085.   Computer and Communication Security Reviews, published by Ross Anderson.
  2086.           Sample issue available from various ftp sites, including
  2087.           black.ox.ac.uk. Editorial c/o rja14@cl.cam.ac.uk. Publisher's
  2088.           comment: We review all the conference proceedings in this field,
  2089.           including not just Crypto and Eurocrypt, but regional gatherings
  2090.           like Auscrypt and Chinacrypt. We also abstract over 50 journals,
  2091.           and cover computer security as well as cryptology, so readers can
  2092.           see the research trends in applications as well as theory.
  2093.  
  2094. 10.6. Other
  2095.  
  2096.   Address of note: Aegean Park Press, P.O. Box 2837, Laguna Hills, CA
  2097.   92654-0837. Answering machine at 714-586-8811.
  2098.  
  2099.   The ``Orange Book'' is DOD 5200.28-STD, published December 1985 as
  2100.   part of the ``rainbow book'' series. Write to Department of Defense,
  2101.   National Security Agency, ATTN: S332, 9800 Savage Road, Fort Meade, MD
  2102.   20755-6000, and ask for the Trusted Computer System Evaluation
  2103.   Criteria. Or call 301-766-8729.
  2104.  
  2105.   [BAMFD] Bamford, The Puzzle Palace. Penguin Books, ?.
  2106.   [GOO83] I. J. Good, Good Thinking: the foundations of probability and
  2107.           its applications. University of Minnesota Press, 1983.
  2108.   [KNU81] D. E. Knuth, The Art of Computer Programming, volume 2:
  2109.           Seminumerical Algorithms. Addison-Wesley, 1981.
  2110.   [KUL68] Soloman Kullbach, Information Theory and Statistics.
  2111.           Dover, 1968.
  2112.   [YAO88] A. Yao, Computational Information Theory. In Complexity in
  2113.           Information Theory, ed. by Abu-Mostafa, 1988.
  2114.  
  2115. 10.7. How may one obtain copies of FIPS and ANSI standards cited herein?
  2116.  
  2117.   Many textbooks on cryptography contain complete reprints of the FIPS
  2118.   standards, which are not copyrighted.
  2119.  
  2120.   The following standards may be ordered from the
  2121.       U.S. Department of Commerce, National Technical Information Service,
  2122.       Springfield, VA 22161.
  2123.  
  2124.       FIPS PUB 46-1 Data Encryption Standard  (this is DES)
  2125.       FIPS PUB 74   Guidelines for Implementing as Using the NBS DES
  2126.       FIPS PUB 81   DES Modes of Operation
  2127.       FIPS PUB 113  Computer Data Authentication (using DES)
  2128.  
  2129.   The following standards may be ordered from the
  2130.       American National Standards Institute Sales Office,
  2131.       1430 Broadway, New York, NY 10018.
  2132.       Phone 212.642.4900
  2133.  
  2134.       ANSI X3.92-1981  Data Encryption Algorithm (identical to FIPS 46-1)
  2135.       ANSI X3.106-1983 DEA Modes of Operation    (identical to FIPS 113)
  2136.  
  2137.   Notes:  Figure 3 in FIPS PUB 46-1 is in error, but figure 3 in X3.92-1981
  2138.       is correct. The text is correct in both publications.
  2139.  
  2140.  
  2141. 10.8. Electronic sources
  2142.  
  2143.   Anonymous ftp:
  2144.  
  2145.   [FTPBK] ftp.uu.net:bsd-sources/usr.bin/des/
  2146.   [FTPCB] ftp.uu.net:usenet/comp.sources.unix/volume10/cbw/
  2147.   [FTPDF] ftp.funet.fi:pub/unix/security/destoo.tar.Z
  2148.   [FTPDQ] rsa.com:pub/faq/
  2149.   [FTPEY] ftp.psy.uq.oz.au:pub/DES/
  2150.   [FTPMD] rsa.com:?
  2151.   [FTPMR] ripem.msu.edu:pub/crypt/newdes.tar.Z
  2152.   [FTPOB] ftp.3com.com:Orange-book
  2153.   [FTPPF] prep.ai.mit.edu:pub/lpf/
  2154.   [FTPPK] ucsd.edu:hamradio/packet/tcpip/crypto/des.tar.Z
  2155.   [FTPRF] nic.merit.edu:documents/rfc/
  2156.   [FTPSF] beta.xerox.com:pub/hash/
  2157.   [FTPSO] chalmers.se:pub/des/des.1.0.tar.Z
  2158.   [FTPTR] ripem.msu.edu:pub/crypt/other/tran.tar.Z
  2159.   [FTPUF] ftp.uu.net:usenet/comp.sources.unix/volume28/ufc-crypt/
  2160.   [FTPWP] garbo.uwasa.fi:pc/util/wppass2.zip
  2161.  
  2162. 10.9. RFCs (available from [FTPRF])
  2163.  
  2164.   [1424]  B. Kaliski, Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail:
  2165.           Part IV: Key Certification and Related Services. RFC 1424,
  2166.           February 1993.
  2167.   [1423]  D. Balenson, Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail:
  2168.           Part III: Algorithms, Modes, and Identifiers. RFC 1423,
  2169.           February 1993.
  2170.   [1422]  S. Kent, Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail:
  2171.           Part II: Certificate-Based Key Management. RFC 1422, February
  2172.           1993.
  2173.   [1421]  J. Linn, Privacy Enhancement for Internet Electronic Mail:
  2174.           Part I: Message Encryption and Authentication Procedures. RFC
  2175.           1421, February 1993.
  2176.  
  2177. 10.10. Related newsgroups
  2178.  
  2179.   There are other newsgroups which a sci.crypt reader might want also to
  2180.   read. Some have their own FAQs as well.
  2181.  
  2182.   alt.privacy.clipper
  2183.   alt.security                  general security discussions
  2184.   alt.security.index            index to alt.security
  2185.   alt.security.pgp              discussion of PGP
  2186.   alt.security.ripem            discussion of RIPEM
  2187.   alt.society.civil-liberty     general civil liberties, including privacy
  2188.   comp.compression              discussion of compression algorithms and code
  2189.   comp.org.eff.news             News reports from EFF
  2190.   comp.org.eff.talk             discussion of EFF related issues
  2191.   comp.patents                  discussion of S/W patents, including RSA
  2192.   comp.risks                    some mention of crypto and wiretapping
  2193.   comp.society.privacy          general privacy issues
  2194.   comp.security.announce        announcements of security holes
  2195.   misc.legal.computing          
  2196.   sci.math                      general math discussion
  2197.  
  2198.