Botan MC-Eliece 实施失败，因为实施示例已弃用
Botan MC-Eliece implementation fails because of deprecated implementation example
我在使用 Botan 加密库的 C++ mc-eliece 实现时遇到问题。整个互联网上似乎只有一个这样的例子，link。
https://www.cryptosource.de/docs/mceliece_in_botan.pdf
但是这个例子已经有 6 年历史了，因此它已经完全过时了，Botan 文档没有提供任何其他内容。
问题基本上是，不幸的是函数名称和规范随着时间的推移发生了变化，因此我在尝试使用它们时遇到了几个编译器错误。通过研究 header 实现，我设法揭开了其中一些的神秘面纱。但现在，坦率地说，我在墙前。
如果任何熟悉 Botan MC-Eliece 实现的人能给我提示，如何调用当前函数，那就太好了。
这是我带标记的代码。我删除了很多不必要的代码和其他实现，以使其更具可读性。如果没有必要的模块，你也将无法运行，但我会尝试以某种方式写下来，拥有 Botan 库的人应该能够运行它。
//to compile: g++ -o mc_eliece mc_eliece.cpp -Wall -I/usr/local/include/botan-2/ -I/home/pi/projects/RNG_final/ -ltss2-esys -ltss2-rc -lbotan-2
#include <iostream>
#include <botan/rng.h>
#include <botan/system_rng.h>
#include <botan/mceies.h>
#include <botan/mceliece.h>
int main() {
Botan::size_t n = 1632; // Parameters for key generation
Botan::size_t t = 33;
// initialize RNG type
Botan::System_RNG rng; // is a standard Botan RNG
// create a new MCEliece private key with code length n and error weigth t
Botan::McEliece_PrivateKey sk1(rng, n, t); // actually works!
// derive the corresponding public key
Botan::McEliece_PublicKey pk1(*dynamic_cast<Botan::McEliece_PublicKey*>(&sk1)); // actually works!
// encode the public key
std::vector<uint8_t> pk_enc = pk1.subject_public_key(); // actually works!
// encode the private key
Botan::secure_vector<uint8_t> sk_enc = sk1.private_key_bits(); // had to replace sk1.pkcs8_private_key()
// encryption side: decode a serialized public key
Botan::McEliece_PublicKey pk(pk_enc);
McEliece_KEM_Encryptor enc(pk); // does not work, can't find a working corresponding function in the header
// perform encryption -> will find out if it works after upper case had been solved
std::pair<secure_vector<Botan::byte>,secure_vector<Botan::byte> > ciphertext__sym_key = enc.encrypt(rng);
secure_vector<Botan::byte> sym_key_encr = ciphertext__sym_key.second;
secure_vector<Botan::byte> ciphertext = ciphertext__sym_key.first;
// code used at the decrypting side: -> will find out if it works after upper case had been solved
// decode a serialized private key
McEliece_PrivateKey sk(sk_enc);
McEliece_KEM_Decryptor dec(sk);
// perform decryption -> will find out if it works after upper case had been solved
secure_vector<Botan::byte> sym_key_decr = dec.decrypt(&ciphertext[0],
ciphertext.size() );
// both sides now have the same 64-byte symmetric key.
// use this key to instantiate an authenticated encryption scheme.
// in case shorter keys are needed, they can simple be cut off.
return 0;
}
感谢您提前提供帮助。
McEliece单元测试可以作为参考(link)。
基于该代码，您的示例可以重写如下：
#include <botan/auto_rng.h>
#include <botan/data_src.h>
#include <botan/hex.h>
#include <botan/mceies.h>
#include <botan/mceliece.h>
#include <botan/pkcs8.h>
#include <botan/pubkey.h>
#include <botan/x509_key.h>
#include <cassert>
#include <iostream>
int main() {
// Parameters for McEliece key
// Reference: https://en.wikipedia.org/wiki/McEliece_cryptosystem#Key_sizes
Botan::size_t n = 1632;
Botan::size_t t = 33;
// Size of the symmetric key in bytes
Botan::size_t shared_key_size = 64;
// Key-derivation function to be used for key encapsulation
// Reference: https://botan.randombit.net/handbook/api_ref/kdf.html
std::string kdf{"KDF1(SHA-512)"};
// Salt to be used for key derivation
// NOTE: Pick salt dynamically, Botan recommds for example using a session ID.
std::vector<Botan::byte> salt{0x01, 0x02, 0x03};
Botan::AutoSeeded_RNG rng{};
// Generate private key
Botan::McEliece_PrivateKey priv{rng, n, t};
std::vector<Botan::byte> pub_enc{priv.subject_public_key()};
Botan::secure_vector<Botan::byte> priv_enc{Botan::PKCS8::BER_encode(priv)};
// Encrypting side: Create encapsulated symmetric key
std::unique_ptr<Botan::Public_Key> pub{Botan::X509::load_key(pub_enc)};
Botan::PK_KEM_Encryptor encryptor{*pub, rng, kdf};
Botan::secure_vector<Botan::byte> encapsulated_key{};
Botan::secure_vector<Botan::byte> shared_key1{};
encryptor.encrypt(encapsulated_key, shared_key1, shared_key_size, rng, salt);
std::cout << "Shared key 1: " << Botan::hex_encode(shared_key1) << std::endl;
// Decrypting side: Unpack encapsulated symmetric key
Botan::DataSource_Memory priv_enc_src{priv_enc};
std::unique_ptr<Botan::Private_Key> priv2{
Botan::PKCS8::load_key(priv_enc_src)};
Botan::PK_KEM_Decryptor decryptor{*priv2, rng, kdf};
Botan::secure_vector<Botan::byte> shared_key2{
decryptor.decrypt(encapsulated_key, shared_key_size, salt)};
std::cout << "Shared key 2: " << Botan::hex_encode(shared_key2) << std::endl;
assert(shared_key1 == shared_key2);
return 0;
}
我针对 2.15.0 测试了这段代码。示例输出：
$ g++ -g $(pkg-config --cflags --libs botan-2) test.cpp
$ ./a.out
Shared key 1: 32177925CE5F3D607BA45575195F13B9E0123BD739580DFCF9AE53D417C530DB115867E5E377735CB405CDA6DF7866C647F85FDAC5C407BB2E2C3A8E7D41A5CC
Shared key 2: 32177925CE5F3D607BA45575195F13B9E0123BD739580DFCF9AE53D417C530DB115867E5E377735CB405CDA6DF7866C647F85FDAC5C407BB2E2C3A8E7D41A5CC
与您提供的代码相比，我所做的更改的一些注释：
每个 Botan::Private_Key 也是一个 Botan::Public_Key (reference)。因此，我们不需要将生成的私钥转换为 public 密钥。相反，我们可以直接在私钥上调用 subject_public_key 以获得 public 密钥编码。
使用 private_key_bits 获取用于序列化的原始私钥位是可行的，但使用 PKCS8 在互操作性方面可能更稳健。因此，出于这个原因，我会在私钥上使用 Botan::PKCS8::BER_encode。
直接从 public 键编码构造 McEliece_PublicKey 对我不起作用，因为构造函数需要原始 public 键位而不是 x509 public 键编码。为此，我不得不使用 Botan::X509::load_key.
已删除McEliece_KEM_Encryptor(reference):
Add generalized interface for KEM (key encapsulation) techniques. Convert McEliece KEM to use it. The previous interfaces McEliece_KEM_Encryptor and McEliece_KEM_Decryptor have been removed. The new KEM interface now uses a KDF to hash the resulting keys; to get the same output as previously provided by McEliece_KEM_Encryptor, use "KDF1(SHA-512)" and request exactly 64 bytes.
相反，您可以使用 Botan::PK_KEM_Encryptor，它将 public 密钥作为参数并从 public 密钥推断出要使用的加密算法。从代码中可以看出，这种方式变得更加灵活，生成密钥后我们不必再引用McEliece。如果我们想切换到不同的算法，我们只需要改变密钥生成部分，而不是密钥封装部分。
同样适用于McEliece_KEM_Decryptor。
如上文所述，新的 KEM 界面允许指定用于 KEM 的 key-derivation 函数，以及所需的对称密钥大小。此外，您可以传递将用于密钥派生的盐。对于 salt，您将使用一些对您的应用程序唯一的值，甚至更好地对当前会话 (reference):
Typically salt is a label or identifier, such as a session id.
我现在已经更新了 https://www.cryptosource.de/docs/mceliece_in_botan.pdf 中的示例代码，以反映对 Botan 的新 KEM API 的这些更改。
请注意，当在 KEM 上下文中用于 public 密钥方案（如 McEliece）时，无需为 KDF 提供加盐值。 KDF 可以在这里接受盐值只是 API 的人工制品，因为 KDF 也可以在其他上下文中使用。具体来说，只有在派生可能缺乏熵的秘密密钥（例如密码）时才需要加盐值。然后它根据预先计算的表减轻攻击。
我在使用 Botan 加密库的 C++ mc-eliece 实现时遇到问题。整个互联网上似乎只有一个这样的例子，link。
https://www.cryptosource.de/docs/mceliece_in_botan.pdf
但是这个例子已经有 6 年历史了，因此它已经完全过时了，Botan 文档没有提供任何其他内容。
问题基本上是，不幸的是函数名称和规范随着时间的推移发生了变化，因此我在尝试使用它们时遇到了几个编译器错误。通过研究 header 实现，我设法揭开了其中一些的神秘面纱。但现在，坦率地说，我在墙前。
如果任何熟悉 Botan MC-Eliece 实现的人能给我提示，如何调用当前函数，那就太好了。
这是我带标记的代码。我删除了很多不必要的代码和其他实现，以使其更具可读性。如果没有必要的模块，你也将无法运行，但我会尝试以某种方式写下来，拥有 Botan 库的人应该能够运行它。
//to compile: g++ -o mc_eliece mc_eliece.cpp -Wall -I/usr/local/include/botan-2/ -I/home/pi/projects/RNG_final/ -ltss2-esys -ltss2-rc -lbotan-2
#include <iostream>
#include <botan/rng.h>
#include <botan/system_rng.h>
#include <botan/mceies.h>
#include <botan/mceliece.h>
int main() {
Botan::size_t n = 1632; // Parameters for key generation
Botan::size_t t = 33;
// initialize RNG type
Botan::System_RNG rng; // is a standard Botan RNG
// create a new MCEliece private key with code length n and error weigth t
Botan::McEliece_PrivateKey sk1(rng, n, t); // actually works!
// derive the corresponding public key
Botan::McEliece_PublicKey pk1(*dynamic_cast<Botan::McEliece_PublicKey*>(&sk1)); // actually works!
// encode the public key
std::vector<uint8_t> pk_enc = pk1.subject_public_key(); // actually works!
// encode the private key
Botan::secure_vector<uint8_t> sk_enc = sk1.private_key_bits(); // had to replace sk1.pkcs8_private_key()
// encryption side: decode a serialized public key
Botan::McEliece_PublicKey pk(pk_enc);
McEliece_KEM_Encryptor enc(pk); // does not work, can't find a working corresponding function in the header
// perform encryption -> will find out if it works after upper case had been solved
std::pair<secure_vector<Botan::byte>,secure_vector<Botan::byte> > ciphertext__sym_key = enc.encrypt(rng);
secure_vector<Botan::byte> sym_key_encr = ciphertext__sym_key.second;
secure_vector<Botan::byte> ciphertext = ciphertext__sym_key.first;
// code used at the decrypting side: -> will find out if it works after upper case had been solved
// decode a serialized private key
McEliece_PrivateKey sk(sk_enc);
McEliece_KEM_Decryptor dec(sk);
// perform decryption -> will find out if it works after upper case had been solved
secure_vector<Botan::byte> sym_key_decr = dec.decrypt(&ciphertext[0],
ciphertext.size() );
// both sides now have the same 64-byte symmetric key.
// use this key to instantiate an authenticated encryption scheme.
// in case shorter keys are needed, they can simple be cut off.
return 0;
}
感谢您提前提供帮助。
McEliece单元测试可以作为参考(link)。
基于该代码，您的示例可以重写如下：
#include <botan/auto_rng.h>
#include <botan/data_src.h>
#include <botan/hex.h>
#include <botan/mceies.h>
#include <botan/mceliece.h>
#include <botan/pkcs8.h>
#include <botan/pubkey.h>
#include <botan/x509_key.h>
#include <cassert>
#include <iostream>
int main() {
// Parameters for McEliece key
// Reference: https://en.wikipedia.org/wiki/McEliece_cryptosystem#Key_sizes
Botan::size_t n = 1632;
Botan::size_t t = 33;
// Size of the symmetric key in bytes
Botan::size_t shared_key_size = 64;
// Key-derivation function to be used for key encapsulation
// Reference: https://botan.randombit.net/handbook/api_ref/kdf.html
std::string kdf{"KDF1(SHA-512)"};
// Salt to be used for key derivation
// NOTE: Pick salt dynamically, Botan recommds for example using a session ID.
std::vector<Botan::byte> salt{0x01, 0x02, 0x03};
Botan::AutoSeeded_RNG rng{};
// Generate private key
Botan::McEliece_PrivateKey priv{rng, n, t};
std::vector<Botan::byte> pub_enc{priv.subject_public_key()};
Botan::secure_vector<Botan::byte> priv_enc{Botan::PKCS8::BER_encode(priv)};
// Encrypting side: Create encapsulated symmetric key
std::unique_ptr<Botan::Public_Key> pub{Botan::X509::load_key(pub_enc)};
Botan::PK_KEM_Encryptor encryptor{*pub, rng, kdf};
Botan::secure_vector<Botan::byte> encapsulated_key{};
Botan::secure_vector<Botan::byte> shared_key1{};
encryptor.encrypt(encapsulated_key, shared_key1, shared_key_size, rng, salt);
std::cout << "Shared key 1: " << Botan::hex_encode(shared_key1) << std::endl;
// Decrypting side: Unpack encapsulated symmetric key
Botan::DataSource_Memory priv_enc_src{priv_enc};
std::unique_ptr<Botan::Private_Key> priv2{
Botan::PKCS8::load_key(priv_enc_src)};
Botan::PK_KEM_Decryptor decryptor{*priv2, rng, kdf};
Botan::secure_vector<Botan::byte> shared_key2{
decryptor.decrypt(encapsulated_key, shared_key_size, salt)};
std::cout << "Shared key 2: " << Botan::hex_encode(shared_key2) << std::endl;
assert(shared_key1 == shared_key2);
return 0;
}
我针对 2.15.0 测试了这段代码。示例输出：
$ g++ -g $(pkg-config --cflags --libs botan-2) test.cpp
$ ./a.out
Shared key 1: 32177925CE5F3D607BA45575195F13B9E0123BD739580DFCF9AE53D417C530DB115867E5E377735CB405CDA6DF7866C647F85FDAC5C407BB2E2C3A8E7D41A5CC
Shared key 2: 32177925CE5F3D607BA45575195F13B9E0123BD739580DFCF9AE53D417C530DB115867E5E377735CB405CDA6DF7866C647F85FDAC5C407BB2E2C3A8E7D41A5CC
与您提供的代码相比，我所做的更改的一些注释：
每个
Botan::Private_Key也是一个Botan::Public_Key(reference)。因此，我们不需要将生成的私钥转换为 public 密钥。相反，我们可以直接在私钥上调用subject_public_key以获得 public 密钥编码。使用
private_key_bits获取用于序列化的原始私钥位是可行的，但使用 PKCS8 在互操作性方面可能更稳健。因此，出于这个原因，我会在私钥上使用Botan::PKCS8::BER_encode。直接从 public 键编码构造
McEliece_PublicKey对我不起作用，因为构造函数需要原始 public 键位而不是 x509 public 键编码。为此，我不得不使用Botan::X509::load_key.已删除
McEliece_KEM_Encryptor(reference):Add generalized interface for KEM (key encapsulation) techniques. Convert McEliece KEM to use it. The previous interfaces McEliece_KEM_Encryptor and McEliece_KEM_Decryptor have been removed. The new KEM interface now uses a KDF to hash the resulting keys; to get the same output as previously provided by McEliece_KEM_Encryptor, use "KDF1(SHA-512)" and request exactly 64 bytes.
相反，您可以使用
Botan::PK_KEM_Encryptor，它将 public 密钥作为参数并从 public 密钥推断出要使用的加密算法。从代码中可以看出，这种方式变得更加灵活，生成密钥后我们不必再引用McEliece。如果我们想切换到不同的算法，我们只需要改变密钥生成部分，而不是密钥封装部分。同样适用于
McEliece_KEM_Decryptor。如上文所述，新的 KEM 界面允许指定用于 KEM 的 key-derivation 函数，以及所需的对称密钥大小。此外，您可以传递将用于密钥派生的盐。对于 salt，您将使用一些对您的应用程序唯一的值，甚至更好地对当前会话 (reference):
Typically salt is a label or identifier, such as a session id.
我现在已经更新了 https://www.cryptosource.de/docs/mceliece_in_botan.pdf 中的示例代码，以反映对 Botan 的新 KEM API 的这些更改。
请注意，当在 KEM 上下文中用于 public 密钥方案（如 McEliece）时，无需为 KDF 提供加盐值。 KDF 可以在这里接受盐值只是 API 的人工制品，因为 KDF 也可以在其他上下文中使用。具体来说，只有在派生可能缺乏熵的秘密密钥（例如密码）时才需要加盐值。然后它根据预先计算的表减轻攻击。