加密自用原语的效率改进

Pijnenburg 与 Poettering (ESORICS'20) 近期的工作探索了一种新颖的密码学 Encrypt-to-Self（加密自用）原语，该原语专用于加密方与解密方重合的对称加密用例。当内存受限的计算设备需要加密某些数据并临时存放于不可信存储设备时，该原语被认为是有用的。虽然这一新原语对负载机密性的保护程度与经典认证加密原语相当，但它在真实性保障上显著更优：具体而言，在涉及用户损坏的情境下经典方案会完全失效，而若使用加密自用方案保护数据，所有密文与消息仍完全不可伪造。为实例化其加密自用原语，Pijnenburg 等人提出了一种哈希函数压缩函数的运算模式，其中精心设计的编码函数在所处理消息与关联数据的序列化中扮演核心角色。本文重新审视该编码函数的设计。在不质疑其安全完成加密自用任务的恰当性的前提下，我们从技术/实现角度对其改进，提出若干修改以缓解某些必然迫使实现违背现代 CPU 字级运算所施加内存对齐限制的条件，这些条件最终会导致性能损失。因此，我们的主要贡献是提出一种改进的编码函数、解释其为何提供更好性能，并证明它提供与其前身同等的安全性。最后我们报告了基于新编码函数的加密自用原语的开源实现。