Galois/Counter Mode
کرپٹوگرافی میں، گالوئس/کاؤنٹر موڈ (جی سی ایم) سمیٹرک کلیدی کرپٹوگرافک بلاک سائفرز کے لیے آپریشن کا ایک طریقہ ہے جو اس کی کارکردگی کے لیے بڑے پیمانے پر اپنایا جاتا ہے۔ جدید ترین، تیز رفتار مواصلاتی چینلز کے لیے جی سی ایم تھرو پٹ کی شرحیں سستے ہارڈ ویئر وسائل سے حاصل کی جا سکتی ہیں۔ جی سی ایم الگورتھم ڈیٹا کی صداقت (سالمیت) اور رازداری دونوں فراہم کرتا ہے اور متعلقہ ڈیٹا (اے ای اے ڈی) طریقوں کے ساتھ تصدیق شدہ خفیہ کاری کی کلاس سے تعلق رکھتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ان پٹ کے طور پر یہ ایک کلیدی K، کچھ سادہ متن P، اور کچھ متعلقہ ڈیٹا AD لیتا ہے۔ اس کے بعد یہ خفیہ متن C تیار کرنے کے لیے کلید کا استعمال کرتے ہوئے سادہ متن کو خفیہ کرتا ہے، اور خفیہ متن اور متعلقہ ڈیٹا (جو غیر خفیہ شدہ رہتا ہے) سے ایک تصدیق ٹیگ T کا حساب لگاتا ہے۔ K کا علم رکھنے والا وصول کنندہ، AD، C اور T کے موصول ہونے پر، سادہ متن P کو بازیافت کرنے کے لیے خفیہ متن کو ڈکرپٹ کر سکتا ہے اور ٹیگ T کو چیک کر سکتا ہے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ نہ تو خفیہ متن اور نہ ہی متعلقہ ڈیٹا کے ساتھ چھیڑ چھاڑ کی گئی تھی۔ جی سی ایم خفیہ کاری کے لیے کاؤنٹر موڈ میں چلنے والے بلاک سائز 128 بٹس (عام طور پر اے ای ایس-128) کے ساتھ ایک بلاک سائفر کا استعمال کرتا ہے، اور تصدیق ٹیگ کا حساب لگانے کے لیے گالوئس فیلڈ جی ایف (2128) میں ریاضی کا استعمال کرتا ہے۔ اس لیے یہ نام ہے۔ گالوئس میسج آتھینٹیکیشن کوڈ (جی ایم اے سی) جی سی ایم کا ایک صرف تصدیق والا ورژن ہے جو ایک اضافی پیغام کی تصدیق کا کوڈ تشکیل دے سکتا ہے۔ جی سی ایم اور جی ایم اے سی دونوں من مانی لمبائی کے ابتدائی ویکٹر کو قبول کر سکتے ہیں۔ آپریشن کے مختلف بلاک سائفر طریقوں میں نمایاں طور پر مختلف کارکردگی اور کارکردگی کی خصوصیات ہو سکتی ہیں، یہاں تک کہ جب ایک ہی بلاک سائفر کے ساتھ استعمال کیا جائے۔ جی سی ایم متوازی پروسیسنگ کا مکمل فائدہ اٹھا سکتا ہے اور جی سی ایم کو نافذ کرنے سے انسٹرکشن پائپ لائن یا ہارڈ ویئر پائپ لائن کا موثر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کے برعکس، آپریشن کے سائفر بلاک چیننگ (سی بی سی) موڈ میں پائپ لائن اسٹال ہوتے ہیں جو اس کی کارکردگی اور کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں۔ بنیادی آپریشن عام کاؤنٹر موڈ کی طرح، بلاکس کو ترتیب وار نمبر دیا جاتا ہے، اور پھر اس بلاک نمبر کو ابتدائی ویکٹر (IV) کے ساتھ جوڑا جاتا ہے اور بلاک سائفر، عام طور پر اے ای ایس کے ساتھ خفیہ کیا جاتا ہے۔ اس خفیہ کاری کا نتیجہ پھر سائفر ٹیکسٹ تیار کرنے کے لیے سادہ متن کے ساتھ XOR کیا جاتا ہے۔ تمام کاؤنٹر طریقوں کی طرح، یہ بنیادی طور پر ایک اسٹریم سائفر ہے، اور اس لیے یہ ضروری ہے کہ ہر اسٹریم کے لیے ایک مختلف IV استعمال کیا جائے جو خفیہ کردہ ہو۔ سائفر ٹیکسٹ بلاکس کو کثیر الجہتی کے گتانک سمجھا جاتا ہے جس کا پھر محدود فیلڈ ریاضی کا استعمال کرتے ہوئے کلیدی انحصار والے نقطہ پر جائزہ لیا جاتا ہے۔ اس کے بعد نتیجہ کو خفیہ کیا جاتا ہے، جس سے ایک تصدیق کا ٹیگ تیار ہوتا ہے جسے ڈیٹا کی سالمیت کی تصدیق کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ خفیہ کردہ متن میں پھر IV، سائفر ٹیکسٹ، اور تصدیق کا ٹیگ ہوتا ہے۔ ریاضیاتی بنیاد پر جی سی ایم خفیہ کاری کے معروف کاؤنٹر موڈ کو تصدیق کے نئے گالوئس موڈ کے ساتھ جوڑتا ہے۔ کلیدی خصوصیت تصدیق کے لیے استعمال ہونے والے گالوئس فیلڈ ضرب کی متوازی گنتی میں آسانی ہے۔ یہ خصوصیت خفیہ کاری الگورتھم سے زیادہ تھرو پٹ کی اجازت دیتی ہے، جیسے سی بی سی، جو چیننگ طریقوں کا استعمال کرتے ہیں۔ استعمال شدہ GF (2128) فیلڈ کی تعریف کثیر الجہتی کے ذریعے کی جاتی ہے۔ تصدیق کا ٹیگ ڈیٹا کے بلاکس کو GHASH فنکشن میں ڈال کر اور نتیجہ کو خفیہ کرکے بنایا جاتا ہے۔ اس GHASH فنکشن کی تعریف اس طرح کی جاتی ہے جہاں H = Ek (0128) ہیش کلید ہے، بلاک سائفر کا استعمال کرتے ہوئے خفیہ کردہ 128 صفر بٹس کا ایک سٹرنگ، A وہ ڈیٹا ہے جو صرف تصدیق شدہ ہے (خفیہ نہیں کیا گیا ہے)، C سائفر ٹیکسٹ ہے، m A میں 128 بٹ بلاکس کی تعداد ہے (گول کیا گیا ہے)، n C میں 128 بٹ بلاکس کی تعداد ہے (گول کیا گیا ہے)، اور متغیر xi کے لیے ذیل میں وضاحت کی گئی ہے۔ سب سے پہلے، تصدیق شدہ ٹیکسٹ اور سائفر ٹیکسٹ کو الگ الگ 128 بٹس کے ضرب میں صفر پیڈ کیا جاتا ہے اور ایک ہی پیغام میں ملایا جاتا ہے۔ سی: جہاں لین (اے) اور لین (سی) بالترتیب اے اور سی کی بٹ لمبائی کی 64 بٹ نمائندگی ہیں، وی = لین (اے) موڈ 128 اے کے آخری بلاک کی بٹ لمبائی ہے، یو = لین (سی) موڈ 128 سی کے آخری بلاک کی بٹ لمبائی ہے، اور بٹ سٹرنگز کے امتزاج کو ظاہر کرتا ہے۔ پھر ژی کی تعریف اس طرح کی گئی ہے: دوسری شکل ایک موثر تکراری الگورتھم ہے (ہر ژی کا انحصار ژی-1 پر ہوتا ہے) جو پہلے پر ہورنر کا طریقہ لاگو کرکے تیار کیا جاتا ہے۔ صرف حتمی Xm + n + 1 آؤٹ پٹ باقی رہتا ہے۔ اگر ہیش کمپیوٹیشن کو متوازی بنانا ضروری ہے، تو یہ k اوقات کو آپس میں جوڑ کر کیا جا سکتا ہے: اگر IV کی لمبائی 96 نہیں ہے، تو GHASH فنکشن کو کاؤنٹر 0 کا حساب لگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے: GCM کو جان ویگا اور ڈیوڈ اے میکگرو نے کارٹر ویگ مین کاؤنٹر موڈ (CWC موڈ) میں بہتری کے لیے ڈیزائن کیا تھا۔ نومبر 2007 میں، این آئی ایس ٹی نے بلاک سائفر موڈز آف آپریشن کے لیے این آئی ایس ٹی اسپیشل پبلکیشن 800-38 ڈی کی سفارش جاری کرنے کا اعلان کیا: گالوئس/کاؤنٹر موڈ (جی سی ایم) اور جی ایم اے سی جو جی سی ایم اور جی ایم اے سی کے سرکاری معیارات بناتے ہیں۔ جی سی ایم موڈ کا استعمال آئی ای ای ای 802.1AE (ایم اے سی ایس ای سی) ایتھرنیٹ سیکیورٹی، ڈبلیو پی اے 3-انٹرپرائز وائی فائی سیکیورٹی پروٹوکول، آئی ای ای ای 802.11ad (جسے وائی جیگ بھی کہا جاتا ہے)، اے این ایس آئی (آئی این سی آئی ٹی ایس) فائبر چینل سیکیورٹی پروٹوکول (ایف سی-ایس پی)، آئی ای ای ای P1619.1 ٹیپ اسٹوریج، آئی ای ٹی ایف آئی پی ایس ای سی معیارات، ایس ایس ایچ، ٹی ایل ایس 1.2 اور ٹی ایل ایس 1.3 میں کیا جاتا ہے۔ اے ای ایس-جی سی ایم این ایس اے سویٹ بی کرپٹوگرافی اور 2018 کمرشل نیشنل سیکیورٹی الگورتھم (سی این ایس اے) سوٹ میں اس کے تازہ ترین متبادل میں شامل ہے۔ جی سی ایم موڈ سافٹ ایتھر وی پی این سرور اور کلائنٹ کے ساتھ ساتھ اوپن وی پی این ورژن 2.4 سے استعمال ہوتا ہے۔ کارکردگی جی سی ایم کے لیے ایک بلاک سائفر آپریشن اور گالوئس فیلڈ میں ایک 128 بٹ ضرب فی ہر بلاک (128 بٹ) خفیہ کردہ اور تصدیق شدہ ڈیٹا کی ضرورت ہوتی ہے۔ بلاک سائفر آپریشنز آسانی سے پائپ لائن یا متوازی ہوتے ہیں۔ ضرب کی کارروائیوں کو آسانی سے پائپ لائن کیا جاتا ہے اور کچھ معمولی کوشش کے ساتھ متوازی بنایا جا سکتا ہے (یا تو اصل آپریشن کو متوازی بنا کر، اصل این آئی ایس ٹی جمع کرنے کے مطابق ہورنر کے طریقہ کار کو ڈھال کر، یا دونوں)۔ انٹیل نے جی سی ایم کے لیے اس کے استعمال کو اجاگر کرتے ہوئے پی سی ایل ایم یو ایل کیو ڈی کیو ہدایات کو شامل کیا ہے۔ 2011 میں، ایس پی اے آر سی نے ایکس ایم یو ایل ایکس اور ایکس ایم یو ایل ایکس ایچ آئی ہدایات شامل کیں، جو 64 × 64 بٹ کیری لیس ضرب بھی انجام دیتی ہیں۔ 2015 میں، ایس پی اے آر سی نے ایکس ایم پی ایم یو ایل ہدایت کو شامل کیا، جو 2048 × 2048 بٹ ان پٹ اقدار تک بہت بڑی اقدار کا ایکس او آر ضرب انجام دیتا ہے، جو 4096 بٹ نتیجہ پیدا کرتا ہے۔ یہ ہدایات GF (2n) پر تیزی سے ضرب کو قابل بناتی ہیں، اور کسی بھی فیلڈ کی نمائندگی کے ساتھ استعمال کی جا سکتی ہیں۔ جی سی ایم کے لیے متاثر کن کارکردگی کے نتائج کئی پلیٹ فارمز پر شائع کیے جاتے ہیں۔ کیسپر اور شوابی نے ایک "تیز تر اور ٹائمنگ اٹیک مزاحم اے ای ایس-جی سی ایم" بیان کیا جو 64 بٹ انٹیل پروسیسرز پر فی بائٹ اے ای ایس-جی سی ایم تصدیق شدہ خفیہ کاری کے لیے 10.68 سائیکل حاصل کرتا ہے۔ ڈائی اور دیگر۔ انٹیل کی اے ای ایس-این آئی اور پی سی ایل ایم یو ایل کیو ڈی کیو ہدایات کا استعمال کرتے وقت اسی الگورتھم کے لیے فی بائٹ 3.5 سائیکلوں کی اطلاع دیں۔ شی گوریون اور ولاد کراسنوف نے تیسری نسل کے انٹیل پروسیسرز پر فی بائٹ 2.47 سائیکل حاصل کیے۔ اوپن ایس ایس ایل اور این ایس ایس کتب خانوں کے لیے مناسب پیچ تیار کیے گئے تھے۔ جب کسی پیغام پر تصدیق اور خفیہ کاری دونوں انجام دینے کی ضرورت ہوتی ہے، تو سافٹ ویئر کا نفاذ ان کارروائیوں کے نفاذ کو اوور لیپ کرکے رفتار حاصل کر سکتا ہے۔ انٹرلییونگ آپریشنز کے ذریعے انسٹرکشن لیول متوازی کا استحصال کرکے کارکردگی میں اضافہ کیا جاتا ہے۔ اس عمل کو فنکشن سلائی کہا جاتا ہے، اور جب کہ اصولی طور پر اس کا اطلاق کرپٹوگرافک الگورتھم کے کسی بھی امتزاج پر کیا جا سکتا ہے، جی سی ایم خاص طور پر موزوں ہے۔ مینلے اور گریگ جی سی ایم کے ساتھ فنکشن سلائی کا استعمال کرتے وقت اصلاح میں آسانی ظاہر کرتے ہیں۔ وہ ایک پروگرام جنریٹر پیش کرتے ہیں جو ایک کرپٹوگرافک الگورتھم کا ایک تشریح شدہ سی ورژن لیتا ہے اور کوڈ تیار کرتا ہے جو ٹارگٹ پروسیسر پر اچھی طرح چلتا ہے۔ مثال کے طور پر سلیکن لیبز نے سرایت شدہ دنیا میں جی سی ایم کو تنقید کا نشانہ بنایا ہے کیونکہ متوازی پروسیسنگ کرپٹوگرافک ہارڈ ویئر انجنوں کے فعال استعمال کے لیے موزوں نہیں ہے اور اس وجہ سے کچھ انتہائی کارکردگی سے حساس آلات کے لیے خفیہ کاری کی کارکردگی کو کم کر دیتا ہے۔ پیٹنٹ مصنفین کے بیان کے مطابق، جی سی ایم پیٹنٹ سے غیر منسلک ہے۔ سیکورٹی جی سی ایم کنکریٹ سیکورٹی ماڈل میں محفوظ ثابت ہوتا ہے۔ یہ محفوظ ہوتا ہے جب اسے بلاک سائفر کے ساتھ استعمال کیا جاتا ہے جو بے ترتیب ترتیب سے الگ نہیں ہوتا ہے۔ تاہم، سیکیورٹی کا انحصار ایک ہی کلید کے ساتھ انجام دی جانے والی ہر خفیہ کاری کے لیے ایک منفرد ابتدائی ویکٹر کے انتخاب پر ہوتا ہے (اسٹریم سائفر حملہ دیکھیں)۔ کسی بھی کلیدی اور ابتدائی ویکٹر کے امتزاج کے لیے، جی سی ایم سادہ متن (64 جی بی) کے خفیہ کردہ بٹس تک محدود ہے۔ این آئی ایس ٹی اسپیشل پبلکیشن 800-38 ڈی میں ابتدائی ویکٹر کے انتخاب کے لیے رہنما خطوط شامل ہیں۔ تصدیق کی طاقت تصدیق کے ٹیگ کی لمبائی پر منحصر ہوتی ہے، جیسا کہ تمام ہم آہنگ پیغام کی تصدیق کے کوڈز کے ساتھ ہوتا ہے۔ جی سی ایم کے ساتھ چھوٹے تصدیق والے ٹیگز کے استعمال کی حوصلہ شکنی کی جاتی ہے۔ ٹیگ کی بٹ لمبائی، جس کی نشاندہی ٹی کی جاتی ہے، ایک حفاظتی پیمانہ ہے۔ عام طور پر، t مندرجہ ذیل پانچ اقدار میں سے کوئی بھی ہو سکتا ہے: 128، 120، 112، 104، یا 96۔ بعض ایپلی کیشنز کے لیے، t 64 یا 32 ہو سکتا ہے، لیکن ان دو ٹیگ کی لمبائی کا استعمال ان پٹ ڈیٹا کی لمبائی اور کلید کی عمر کو محدود کرتا ہے۔ این آئی ایس ٹی ایس پی 800-38 ڈی میں ضمیمہ سی ان رکاوٹوں کے لیے رہنمائی فراہم کرتا ہے (مثال کے طور پر، اگر اور زیادہ سے زیادہ پیکٹ کا سائز 210 بائٹس ہے، تو تصدیق ڈکرپشن فنکشن کو 211 بار سے زیادہ نہیں بلایا جانا چاہیے ؛ اگر اور زیادہ سے زیادہ پیکٹ کا سائز 215 بائٹس ہے، تو تصدیق ڈکرپشن فنکشن کو 232 بار سے زیادہ نہیں بلایا جانا چاہیے)۔ کسی بھی پیغام کی توثیق کے کوڈ کی طرح، اگر مخالف بے ترتیب طور پر ٹی بٹ ٹیگ کا انتخاب کرتا ہے، تو امکان کی پیمائش 2− ٹی کے ساتھ دیئے گئے ڈیٹا کے لیے اس کے درست ہونے کی توقع کی جاتی ہے۔ جی سی ایم کے ساتھ، تاہم، ایک مخالف این الفاظ کے ساتھ ٹیگز کا انتخاب کرکے اپنی کامیابی کے امکانات کو بڑھا سکتا ہے-سائفر ٹیکسٹ کی کل لمبائی اور کوئی اضافی تصدیق شدہ ڈیٹا (اے اے ڈی)-امکان کی پیمائش 2-ٹی کے ساتھ این کے عنصر کے ساتھ۔ اگرچہ، کسی کو یہ بات ذہن میں رکھنی چاہیے کہ ان بہترین ٹیگز پر اب بھی الگورتھم کی بقا کی پیمائش کا غلبہ ہے جو من مانی طور پر بڑے ٹی کے لیے ہے۔ اس کے علاوہ، جی سی ایم نہ تو بہت مختصر ٹیگ کی لمبائی کے ساتھ استعمال کے لیے موزوں ہے اور نہ ہی بہت لمبے پیغامات کے ساتھ۔ فرگوسن اور ساریینن نے آزادانہ طور پر بیان کیا کہ کس طرح ایک حملہ آور جی سی ایم کی توثیق کے خلاف زیادہ سے زیادہ حملے کر سکتا ہے، جو اس کی سلامتی کی نچلی حد کو پورا کرتے ہیں۔ فرگوسن نے دکھایا کہ، اگر n انکوڈنگ میں بلاکس کی کل تعداد (GHASH فنکشن کے لیے ان پٹ) کی نشاندہی کرتا ہے، تو ایک ٹارگیٹڈ سائفر ٹیکسٹ جعل سازی کی تعمیر کا ایک طریقہ ہے جس کے تقریبا n ⋅ 2−t کے امکان کے ساتھ کامیاب ہونے کی توقع کی جاتی ہے۔ اگر ٹیگ کی لمبائی ٹی 128 سے کم ہے، تو اس حملے میں ہر کامیاب جعل سازی اس امکان کو بڑھاتا ہے کہ بعد میں ٹارگٹڈ جعل سازی کامیاب ہو جائے گی، اور ہیش سبکی، ایچ کے بارے میں معلومات لیک ہو جائیں گی۔ آخر کار، ایچ سے مکمل طور پر سمجھوتہ کیا جا سکتا ہے اور تصدیق کی یقین دہانی مکمل طور پر ختم ہو جاتی ہے۔ اس حملے سے آزاد، ایک مخالف مستند ڈکرپشن کے لیے دی گئی ان پٹ کے لیے منظم طریقے سے بہت سے مختلف ٹیگز کا اندازہ لگانے کی کوشش کر سکتا ہے اور اس طرح اس امکان کو بڑھا سکتا ہے کہ ان میں سے ایک (یا زیادہ) بالآخر درست سمجھا جائے گا۔ اس وجہ سے، جی سی ایم کو نافذ کرنے والے سسٹم یا پروٹوکول کو نگرانی کرنی چاہیے اور اگر ضروری ہو تو، ہر کلید کے لیے تصدیق کی ناکام کوششوں کی تعداد کو محدود کرنا چاہیے۔ ساریینن نے جی سی ایم کی کمزور چابیاں بیان کیں۔ یہ کام اس بارے میں کچھ قیمتی بصیرت فراہم کرتا ہے کہ کثیر الجہتی ہیش پر مبنی تصدیق کیسے کام کرتی ہے۔ مزید واضح طور پر، یہ کام جی سی ایم پیغام کو جعلی بنانے کے ایک خاص طریقے کی وضاحت کرتا ہے، جسے ایک درست جی سی ایم پیغام دیا گیا ہے، جو بٹس لمبے پیغامات کے لیے تقریبا کے امکان کے ساتھ کام کرتا ہے۔ تاہم، یہ کام اس سے زیادہ موثر حملہ نہیں دکھاتا جتنا پہلے معلوم تھا۔ اس مقالے کے مشاہدے 1 میں کامیابی کا امکان انڈاکریپٹ 2004 کے تجزیے (ترتیب اور) سے لیما 2 سے ملتا جلتا ہے۔ ساریینن نے سوفی جرمین پرائمز پر مبنی جی سی ایم ورژن سوفی جرمین کاؤنٹر موڈ (ایس جی سی ایم) کو بھی بیان کیا۔ تصدیق شدہ خفیہ کاری بلاک سائفر موڈ آف آپریشن اے ای ایس-جی سی ایم-ایس آئی وی حوالہ جات بیرونی لنکس این آئی ایس ٹی اسپیشل پبلکیشن ایس پی 800-38 ڈی جس میں جی سی ایم اور جی ایم اے سی کی وضاحت کی گئی ہے: آئی پی ایس سی میں گالوئس/کاؤنٹر موڈ (جی سی ایم) کا استعمال سیکیورٹی پے لوڈ (ای ایس پی) کو منسلک کرتا ہے: آئی پی ایس سی ای ایس پی اور اے ایچ میں گالوئس میسج تصدیق کوڈ (جی ایم اے سی) کا استعمال: اے ای ایس گالوئس کاؤنٹر موڈ (جی سی ایم) ٹی ایل ایس کے لیے سائفر سویٹ: ٹرانسپورٹ لیئر سیکیورٹی (ٹی ایل ایس) میں کیمیلیا سائفر سویٹس کا اضافہ آئی ای ای ای 802.1AE-میڈیا ایکسیس کنٹرول (ایم اے سی) سیکیورٹی آئی ای ای ای ای اسٹوریج ورکنگ گروپ نے P1619.1 تیار کیا محفوظ آر ٹی پی (ایس آر ٹی پی) میں اے ای ایس-جی سی ایم اور اے ای ایس-سی سی ایم تصدیق شدہ خفیہ کاری گالوئس/کاؤنٹر موڈ آف آپریشن (جی سی ایم) آپریشن کے سائفر طریقوں کو بلاک کرتا ہے محدود فیلڈز پیغام کی تصدیق کے کوڈ تصدیق شدہ خفیہ کاری اسکیمیں