A Secure Key Management Interface with Asymmetric Cryptography

Marion Daubignard (1) , David Lubicz (2) , Graham Steel (3)

1 DGA - Délégation générale de l'armement
2 IRMAR - Institut de Recherche Mathématique de Rennes
3 PROSECCO - Programming securely with cryptography

Cryptographic devices such as Hardware Security Modules are only as secure as their application programme interfaces (APIs) that offer cryptographic functionality to the outside world. Design flaws and implementation errors in security APIs have been shown to cause vulnerabilities that may leak secrets such as keys and PINs. Ideally, we would like to design such interfaces in such a way that we can formally prove security properties, even in the presence of some corrupted keys. In this work, we take such a design for a provably secure interface for symmetric key management, due to Cortier and Steel, and extend it to asymmetric cryptography, giving new security definitions and associated proofs. Asymmetric cryptography forces us to consider confidentiality and integrity properties separately and provide support for classical operations of public key infrastructure (e.g. certification of public keys). As far as we are aware this is the first such provably secure interface to support asymmetric key operations for key management: Cachin and Chandran's secure token interface supports asymmetric key operations only for encrypting and signing data, not for managing keys.

Les systèmes cryptographiques tels que les modules matériels de sécurité ne peuvent apporter un niveau de sécurité que dans la mesure où leur interface de programmation (API) qui offre les services de cryptographie à l'extérieur de module atteint ce même niveau de sécurité. Il a été constaté que des défauts de conception ou des erreur d'implémentation dans les APIs de sécurité sont à l'origine de vulnérabilités pouvant entrainer la fuite de secrets comme des clefs ou des PINs. Idéalement, nous voudrions concevoir de telles interfaces de manière à pouvoir prouver formellement des propriétés de sécurité, même si certaines clefs sont corrompues. Dans cet article, nous partons d'une telle API, due à Cortier et Steel, conçue de manière disposer d'une preuve de sécurité pour la gestion de clefs symétriques, et nous l'adaptons à la cryptographie asymétrique en donnant une nouvelle définition de sécurité avec les preuves associées. Afin de prendre en compte la cryptographie asymétrique, nous sommes amenés à gérer de manière différentiée les propriétés de confidentialité et d'intégrité et à ajouter les fonctionalités classiques d'une infrastructure de gestion de clefs publiques (i.e. la certification des clefs publiques). Á notre connaissance, il s'agit de la première preuve d'interface prouvée permettant l'usage de primitives asymétriques pour la gestion de clefs : l'interface de Cachin et Chandra prévoit l'usage de primitives asymétriques uniquement pour le chiffrement et la signature de données, et non pas pour la gestion des clefs.

Mots clés: key management; security API; cryptography

Domaines: Catalyse

Marion Daubignard, David Lubicz, Graham Steel. A Secure Key Management Interface with Asymmetric Cryptography. [Research Report] RR-8274, INRIA. 2013. ⟨hal-00805987v2⟩