NIST SP 800-38E 日本語訳
英語タイトル : Recommendation for Block Cipher Modes of Operation: the XTS-AES Mode for Confidentiality on Storage Devices日本語タイトル : ストレージデバイスの機密性を保護するXTS-AESモード
公開日 : 2010-01-18
原文URL : https://csrc.nist.gov/pubs/sp/800/38/e/final
翻訳編集 : 自動生成(有志による非公式の日本語訳), 原文取得日 : 2026-10-01, 訳文 : 66 / 66 ブロック
[要約] SP 800-38E は、ストレージデバイス上のデータの機密性を保護する選択肢として、AESのXTS-AESモードを承認する勧告です。IEEE Std 1619-2007を参照しつつ追加要件を1つ課し、このモードはデータやその出所の認証を提供しないことを明記しています。共通鍵ブロック暗号の運用モードに関する勧告シリーズの第5部にあたり、ストレージデバイスの機密性保護を扱います。
Recommendation for Block
ブロックに関する勧告
NIST Special Publication 800-38E January, 2010
NIST特別刊行物800-38E 2010年1月
Cipher Modes of Operation: The XTS-AES Mode for
暗号利用モード:次のためのXTS-AESモード
[NIST のロゴ。公的な標章のため、この非公式サイトには掲載していません。原本 PDF を参照してください。]
Confidentiality on Storage Devices
ストレージデバイス上の機密性
Morris Dworkin
Morris Dworkin
[NIST のロゴ。公的な標章のため、この非公式サイトには掲載していません。原本 PDF を参照してください。]
C O M P U T E R S E C U R I T Y
コンピューターセキュリティ
Recommendation for Block
ブロックに関する勧告
NIST Special Publication 800-38E
NIST特別刊行物800-38E
Cipher Modes of Operation: The XTS-AES Mode for Confidentiality on Storage Devices
暗号利用モード:ストレージデバイス上の機密性を保護するためのXTS-AESモード
Morris Dworkin
Morris Dworkin
C O M P U T E R S E C U R I T Y
コンピューターセキュリティ
Computer Security Division Information Technology Laboratory National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD 20899-8930
コンピューターセキュリティ部門 情報技術研究所 米国国立標準技術研究所 Gaithersburg, MD 20899-8930
January 2010
2010年1月
U.S. Department of Commerce Gary Locke, Secretary
米国商務省 Gary Locke、長官
National Institute of Standards and Technology Patrick D. Gallagher, Director
米国国立標準技術研究所 Patrick D. Gallagher、所長
Reports on Information Security Technology
情報セキュリティ技術に関する報告書
The Information Technology Laboratory (ITL) at the National Institute of Standards and Technology (NIST) promotes the U.S. economy and public welfare by providing technical leadership for the Nation’s measurement and standards infrastructure. ITL develops tests, test methods, reference data, proof of concept implementations, and technical analyses to advance the development and productive use of information technology. ITL’s responsibilities include the development of technical, physical, administrative, and management standards and guidelines for the cost-effective security and privacy of sensitive unclassified information in Federal computer systems. This Special Publication 800-series reports on ITL’s research, guidance, and outreach efforts in computer security, and its collaborative activities with industry, government, and academic organizations.
米国国立標準技術研究所(NIST)の情報技術研究所(ITL)は、国の計測・標準インフラストラクチャに技術的リーダーシップを提供することで、米国経済と公共の福祉を促進しています。ITLは、情報技術の開発と生産的利用を推進するため、試験、試験方法、参照データ、概念実証実装、および技術分析を開発します。ITLの責務には、連邦政府のコンピューターシステムにおける機微な非機密情報の費用対効果に優れたセキュリティとプライバシーのための、技術的、物理的、管理的、および運用管理上の標準とガイドラインの策定が含まれます。この特別刊行物800シリーズは、コンピューターセキュリティに関するITLの研究、ガイダンス、普及活動、および産業界、政府、学術機関との協力活動を報告するものです。
Certain commercial entities, equipment, or materials may be identified in this document in order to describe an experimental procedure or concept adequately. Such identification is not intended to imply recommendation or endorsement by the National Institute of Standards and Technology, nor is it intended to imply that the entities, materials, or equipment are necessarily the best available for the purpose.
この文書では、実験手順または概念を適切に説明するため、特定の商業事業体、機器、または材料に言及する場合があります。このような特定は、米国国立標準技術研究所による推奨または保証を意味するものではなく、また、その事業体、材料、または機器が目的に対して必ずしも最良の選択肢であることを意味するものでもありません。
National Institute of Standards and Technology Special Publication 800-38E Natl. Inst. Stand. Technol. Spec. Publ. 800-38E, 9 pages (January 2010)
米国国立標準技術研究所 特別刊行物800-38E Natl. Inst. Stand. Technol. Spec. Publ. 800-38E, 9ページ(2010年1月)
CODEN: NSPUE2
CODEN: NSPUE2
Acknowledgements
謝辞
The author wishes to thank Matt Ball, the Chair of the Security in Storage Working Group of the IEEE P1619 Task Group, as well as the author’s colleagues who reviewed drafts of this publication and contributed to its development, especially Elaine Barker, Lily Chen, John Kelsey, Tim Polk, Bill Burr, and Sharon Keller. The author also gratefully acknowledges the comments from the public and private sectors to improve the quality of this publication.
著者は、IEEE P1619タスクグループのSecurity in Storage Working Group議長であるMatt Ball、および本刊行物の草稿を査読し作成に貢献した同僚、とりわけElaine Barker、Lily Chen、John Kelsey、Tim Polk、Bill Burr、Sharon Kellerに謝意を表します。また、本刊行物の品質向上に寄せられた官民両部門からのコメントにも、著者は深く感謝します。
Abstract
要旨
This publication approves the XTS-AES mode of the AES algorithm by reference to IEEE Std 1619-2007, subject to one additional requirement, as an option for protecting the confidentiality of data on storage devices. The mode does not provide authentication of the data or its source.
本刊行物は、ストレージデバイス上のデータの機密性を保護する選択肢として、IEEE Std 1619-2007を参照してAESアルゴリズムのXTS-AESモードを承認します。ただし、追加要件を1つ課します。このモードは、データまたはその出所の認証を提供しません。
KEY WORDS: block cipher; ciphertext stealing; computer security; confidentiality; cryptography; encryption; information security mode of operation; tweakable block cipher.
キーワード:ブロック暗号、暗号文窃取、コンピューターセキュリティ、機密性、暗号技術、暗号化、情報セキュリティ、利用モード、調整可能ブロック暗号。
TABLE OF CONTENTS
目次
1 Purpose
1 目的
This publication is the fifth Part in a series of Recommendations regarding modes of operation of symmetric key block ciphers.
本刊行物は、共通鍵ブロック暗号の利用モードに関する勧告シリーズの第5部です。
2 Authority
2 権限
This publication has been developed by the National Institute of Standards and Technology (NIST) in furtherance of its statutory responsibilities under the Federal Information Security Management Act (FISMA) of 2002, Public Law 107-347. NIST is responsible for developing standards and guidelines, including minimum requirements for federal information systems, but such standards and guidelines shall not apply to national security systems without the express approval of appropriate federal officials exercising policy authority over such systems. This guideline is consistent with the requirements of the Office of Management and Budget (OMB) Circular A-130, Clause 8b(3), Securing Agency Information Systems, as analyzed in Circular A-130, Appendix IV: Analysis of Key Clauses. Supplemental information is provided in A-130, Appendix III.
本刊行物は、2002年連邦情報セキュリティマネジメント法(FISMA)、Public Law 107-347に基づく法定責任を遂行するため、米国国立標準技術研究所(NIST)が策定しました。NISTは、連邦情報システムの最低要件を含む標準およびガイドラインの策定に責任を負います。ただし、当該標準およびガイドラインは、適切な連邦当局者がそのシステムに対する政策権限を行使し、明示的に承認しない限り、国家安全保障システムには適用されません。本ガイドラインは、OMB Circular A-130、Clause 8b(3)「Securing Agency Information Systems」の要件に整合しており、その要件はCircular A-130, Appendix IV: Analysis of Key Clausesで分析されています。補足情報はA-130, Appendix IIIに記載されています。
Nothing in this publication should be taken to contradict the standards and guidelines made mandatory and binding on federal agencies by the Secretary of Commerce under statutory authority. Nor should these guidelines be interpreted as altering or superseding the existing authorities of the Secretary of Commerce, Director of the OMB, or any other federal official. This publication may be used by nongovernmental organizations on a voluntary basis and is not subject to copyright in the United States. Attribution would, however, be appreciated by NIST.
本刊行物のいかなる記述も、法定権限に基づき商務長官が連邦機関に義務付け、拘束力を持たせた標準およびガイドラインに矛盾するものと解釈すべきではありません。また、本ガイドラインを、商務長官、OMB長官、またはその他の連邦当局者の既存の権限を変更または置き換えるものと解釈すべきではありません。本刊行物は、政府機関以外の組織が任意で使用でき、米国内では著作権の対象ではありません。ただし、NISTへの出典表示を歓迎します。
3 Introduction
3 はじめに
The XTS-AES algorithm is a mode of operation of the Advanced Encryption Standard (AES) [1] algorithm. The Security in Storage Working Group (SISWG) of the P1619 Task Group of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc (IEEE) developed and specified XTS-AES in IEEE Std. 1619-2007 [2]. This Recommendation approves the XTS-AES mode as specified in that standard, subject to one additional requirement on the lengths of the data units, which is discussed in Section 4 below.
XTS-AESアルゴリズムは、高度暗号化標準(AES)[1]アルゴリズムの利用モードです。米国電気電子学会(IEEE)のP1619タスクグループに属するSecurity in Storage Working Group(SISWG)が、IEEE Std. 1619-2007 [2]でXTS-AESを開発し、規定しました。本勧告は、同規格に規定されたXTS-AESモードを承認します。ただし、データユニットの長さに関する追加要件を1つ課します。この要件については、以下の第4節で説明します。
The XTS-AES mode was designed for the cryptographic protection of data on storage devices that use of fixed length “data units,” as defined in Ref. [2]. Note that other approved cryptographic algorithms continue to be approved for such devices. The XTS-AES mode was not designed for other purposes, such as the encryption of data in transit.
XTS-AESモードは、文献[2]で定義される固定長の「データユニット」を使用するストレージデバイス上のデータを暗号学的に保護するために設計されました。このようなデバイスについては、他の承認済み暗号アルゴリズムも引き続き承認されていることに留意されました。XTS-AESモードは、転送中のデータの暗号化など、他の目的のためには設計されていません。
The XTS-AES mode is an instantiation of Rogaway’s XEX (XOR Encrypt XOR) tweakable block cipher [3], supplemented with a method called “ciphertext stealing” to extend the domain of possible input data strings. In particular, XEX can only encrypt sequences of complete blocks, i.e., any data string that is an integer multiple of 128 bits; whereas for XTS-AES, the data string may also consist of one or more complete blocks followed by a single, non-empty partial block. (The acronym XTS stands for the XEX Tweakable Block Cipher with Ciphertext Stealing).
XTS-AESモードは、RogawayのXEX(XOR Encrypt XOR)調整可能ブロック暗号[3]を具体化したものであり、「暗号文窃取」と呼ばれる方法を追加して、入力データ文字列として可能な範囲を拡張します。特に、XEXで暗号化できるのは完全なブロックの列、すなわち長さが128ビットの整数倍であるデータ文字列に限られます。一方、XTS-AESでは、データ文字列は1つ以上の完全なブロックの後に、空でない部分ブロックが1つ続く構成でもよいです。(略称XTSは、XEX Tweakable Block Cipher with Ciphertext Stealingを表します。)
The specification of the ciphertext stealing method in Ref.[2] includes an ordering convention for the final complete block and partial block of the encrypted data string. A different convention, in which the order is swapped, may be desirable in some cases. The specification in Ref.[2] provides flexibility in the physical location of these elements, as long as interoperability is not compromised, as discussed in Section 5.
文献[2]における暗号文窃取方式の仕様には、暗号化データ文字列の最後の完全ブロックと部分ブロックの順序規約が含まれています。順序を入れ替える別の規約が望ましい場合もあります。第5節で説明するように、相互運用性が損なわれない限り、文献[2]の仕様はこれらの要素の物理的な配置に柔軟性を認めています。
The XTS-AES mode provides confidentiality for the protected data. Authentication is not provided, because the P1619 Task Group designed XTS-AES to provide encryption without data expansion, so alternative cryptographic methods that incorporate an authentication tag are precluded. In the absence of authentication or access control, XTS-AES provides more protection than the other approved confidentiality-only modes against unauthorized manipulation of the encrypted data.
XTS-AESモードは、保護対象データの機密性を提供します。認証は提供されません。これは、P1619タスクグループがデータ拡張なしの暗号化を提供するようXTS-AESを設計したためであり、そのため認証タグを組み込む別の暗号方式は使用できません。認証またはアクセス制御がない場合、暗号化データの不正な改変に対して、XTS-AESは他の承認済みの機密性のみを提供するモードより高い保護を提供します。
Annex D of Ref.[2] discusses in detail the design choices for XTS, including the resistance to manipulation of the encrypted data, and their ramifications for the incorporation of XTS-AES into an information system. Prospective implementers of XTS-AES should consider this information carefully to ensure that XTS-AES is an appropriate solution for a given threat model.
文献[2]の附属書Dでは、暗号化データの改変に対する耐性を含め、XTSの設計上の選択と、情報システムへのXTS-AESの組み込みに伴う影響について詳しく論じています。XTS-AESの導入を検討する者は、特定の脅威モデルにXTS-AESが適切な解決策であることを確認するため、この情報を慎重に検討するべきです。
4 Conformance
4 適合性
An instance of an XTS-AES implementation is defined by the following three elements, as specified in Ref. [2]:
文献[2]で規定されるXTS-AES実装のインスタンスは、次の3つの要素によって定義されます。
1) a secret key,
2) a single, fixed length for the data units that the key protects,
3) an implementation of the XTS-AES-Enc procedure or the XTS-AES-Dec procedure, or both,
for the key and the length of the data units.
1) 秘密鍵、
2) その鍵で保護するデータユニットの単一の固定長、
3) XTS-AES-Enc手順またはXTS-AES-Dec手順、あるいはその両方の実装、
対象の鍵およびデータユニット長に対するもの。
The length of the data unit for any instance of an implementation of XTS-AES shall not exceed 220 AES blocks. Note that Subclause 5.1 of Ref.[2] recommends this limit but does not require it.
XTS-AES実装の任意のインスタンスにおけるデータユニットの長さは、220個のAESブロックを超えてはなりません。文献[2]の細則5.1はこの上限を推奨していますが、必須とはしていない点に留意すること。
An implementation of the XTS-AES encryption mode may claim conformance with this Recommendation if every supported instance satisfies this length requirement for a data unit, in addition to all of the requirements in Clauses 1-6 of Ref. [2].
XTS-AES暗号化モードの実装は、サポートするすべてのインスタンスが、文献[2]の箇条1~6のすべての要件に加えて、データユニットのこの長さ要件を満たす場合、本勧告への適合を主張してもよいです。
Key management is important for XTS-AES, as for any keyed cryptographic algorithm, but the representation of a key backup structure in the Extensible Markup Language (XML) that is specified in Clause 7 of Ref. [2] is outside the scope of this Recommendation.
鍵管理は、鍵を用いる他の暗号アルゴリズムと同様にXTS-AESにとって重要ですが、文献[2]の箇条7で規定されるXML(Extensible Markup Language)形式の鍵バックアップ構造の表現は、本勧告の適用範囲外です。
Consistent with the 220 block limit for a data unit, an implementation of XTS-AES may further restrict the length of the data units for any key. For example, an implementation may support only data units that are sequences of complete blocks. In this case, the ciphertext stealing components in the implementations of the XTS-AES-Enc and the XTS-AES-Dec procedures would be unnecessary, and these procedures essentially would be reduced to the XTS-AES-blockEnc and the XTS-AES-blockDec procedures, as specified in Ref. [2].
データユニットに対する220ブロックの上限と整合する範囲で、XTS-AES実装は任意の鍵についてデータユニット長をさらに制限してもよいです。たとえば、完全ブロックの列であるデータユニットだけをサポートしてもよいです。この場合、XTS-AES-Enc手順およびXTS-AES-Dec手順の実装における暗号文窃取部分は不要となり、これらの手順は実質的に、文献[2]で規定されるXTS-AES-blockEnc手順およびXTS-AES-blockDec手順に縮約されます。
Similarly, an implementation may restrict its support to either the 256-bit key size (for XTS-AES-128) or the 512-bit key size (for XTS-AES-256).
同様に、実装は256ビット鍵サイズ(XTS-AES-128の場合)または512ビット鍵サイズ(XTS-AES-256の場合)のいずれかだけをサポートするよう制限してもよいです。
Restrictions on the supported lengths of the key or the data units may affect interoperability with other implementations.
サポートする鍵長またはデータユニット長に対する制限は、他の実装との相互運用性に影響を与える可能性があります。
Conformance testing for implementations of XTS-AES is conducted within the framework of the Cryptographic Module Validation Program (CMVP), a joint effort of NIST and the Communications Security Establishment Canada.
XTS-AES実装の適合性試験は、NISTとカナダ通信保安局(Communications Security Establishment Canada)の共同事業である暗号モジュール検証プログラム(CMVP)の枠組みで実施されます。
5 Ordering Convention for the Ciphertext Stealing Case
5 暗号文窃取の場合の順序規約
If the length of the data units for an instance of XTS-AES is not an integral multiple of the block size, then the specification in Ref. [2] denotes the unencrypted form of a data unit, i.e., the plaintext, as a sequence of complete blocks, \(P_0, P_1, \ldots P_{m-1}\), followed by a single, non-empty partial block \(P_m\), where \(m\) is a positive integer determined by the length of the data unit.
XTS-AESのインスタンスにおけるデータユニット長がブロックサイズの整数倍でない場合、文献[2]の仕様では、データユニットの暗号化前の形式、すなわち平文を、完全ブロックの列\(P_0, P_1, \ldots P_{m-1}\)に続いて、空でない部分ブロック\(P_m\)が1つあるものとして表します。ここで\(m\)は、データユニットの長さによって決まる正の整数です。
In this case, the encrypted form of the data unit, i.e., the ciphertext, has the same structure: a sequence of complete blocks, denoted \(C_0, C_1, \ldots C_{m-1}\), followed by a single, non-empty partial block \(C_m\), whose length is the same as the length of \(P_m\).
この場合、データユニットの暗号化後の形式、すなわち暗号文も同じ構造を持ちます。\(C_0, C_1, \ldots C_{m-1}\)と表す完全ブロックの列の後に、空でない部分ブロック\(C_m\)が1つ続きます。その長さは\(P_m\)の長さと同じです。
For some implementations, an alternative ordering convention, in which the positions of \(C_{m-1}\) and \(C_m\) are swapped, may be desirable for the physical storage of the bits, because that ordering corresponds more closely with the generation of the ciphertext. In particular, \(C_m\) is the truncation of a block that is derived from \(P_{m-1}\), and \(C_{m-1}\) is derived from \(P_m\), concatenated with the discarded bits from the truncation.
一部の実装では、ビットの物理的な格納のため、\(C_{m-1}\)と\(C_m\)の位置を入れ替える別の順序規約が望ましい場合があります。これは、その順序が暗号文の生成過程により近いためです。特に、\(C_m\)は\(P_{m-1}\)から導出されたブロックを切り詰めたものであり、\(C_{m-1}\)は、\(P_m\)に切り詰め時に破棄されたビットを連結したものから導出されます。
Subclause 5.1 of [2] indicates that an implementation of XTS-AES should include a mapping between the pairs of indices that define the blocks (and possibly a single partial block) of a data unit and their physical location in the storage device, but that the mapping itself is outside the scope of the standard.
文献[2]の細則5.1では、XTS-AES実装は、データユニットのブロック(および場合によっては1つの部分ブロック)を定義するインデックスの組と、ストレージデバイス上のそれらの物理的位置との対応付けを含めるべきであるとしています。ただし、その対応付け自体は規格の適用範囲外です。
Thus, if every external interface to the data retrieves the data in a manner that is consistent with the ordering specified in Ref [2], then the last block and the partial block may be stored in any convenient locations in the storage device. In other words, if necessary, a mechanism for swapping the last complete block and the partial block could be built into the interface.
したがって、データへのすべての外部インターフェースが、文献[2]に規定された順序と整合する方法でデータを取得するなら、最後のブロックと部分ブロックは、ストレージデバイス上の都合のよい任意の位置に格納してもよいです。言い換えれば、必要に応じて、最後の完全ブロックと部分ブロックを入れ替える機構をインターフェースに組み込むことができます。
Appendix A: Bibliography
付録A:参考文献
[1] Federal Information Processing Standards (FIPS) Publication 197, Announcing the Advanced Encryption Standard (AES), U.S. DoC/NIST, Nov. 26, 2001.
[1] Federal Information Processing Standards (FIPS) Publication 197, Announcing the Advanced Encryption Standard (AES), U.S. DoC/NIST, Nov. 26, 2001.
[2] IEEE Std 1619-2007, The XTS-AES Tweakable Block Cipher, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., Apr. 18, 2008.
[2] IEEE Std 1619-2007, The XTS-AES Tweakable Block Cipher, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., Apr. 18, 2008.
[3] P. Rogaway, Efficient Instantiations of Tweakable Blockciphers and Refinements to Modes OCB and PMAC, Advances in Cryptology—Asiacrypt 2004, Lecture Notes in Computer Science, vol. 3329, pp. 16-31, Springer-Verlag, 2004.
[3] P. Rogaway, Efficient Instantiations of Tweakable Blockciphers and Refinements to Modes OCB and PMAC, Advances in Cryptology—Asiacrypt 2004, Lecture Notes in Computer Science, vol. 3329, pp. 16-31, Springer-Verlag, 2004.