3DES (Triple DES)¶

0. FileVault Context¶

FileVault hỗ trợ 3DES chỉ để tương thích ngược với các file/hệ thống legacy. KHÔNG khuyến nghị dùng cho dữ liệu mới. Nếu có thể, migrate sang AES-GCM hoặc AEAD hiện đại.

1. Khái niệm — Thuật toán giải quyết vấn đề gì, bảo vệ cái gì¶

3DES là biến thể của DES nhằm tăng cường độ khó phá bằng cách chạy DES ba lần (EDE): bảo vệ tính bí mật (confidentiality) của khối dữ liệu 64‑bit bằng khóa dài hơn so với DES đơn.

2. Toán học, công thức¶

Công thức (EDE) — mã hóa (hiển thị):
$$
C = E_{K_3}\bigl(D_{K_2}\bigl(E_{K_1}(P)\bigr)\bigr)
$$
Giải mã:
$$
P = D_{K_1}\bigl(E_{K_2}\bigl(D_{K_3}(C)\bigr)\bigr)
$$
Thông số kích thước:
- Block size: 64 bit.
- Keying options:
  - 3‑key: K1, K2, K3 độc lập → nominal 3×56 = 168 bit.
  - 2‑key: K1 = K3 → nominal 2×56 = 112 bit.
- Lưu ý bảo mật: mỗi khóa DES thực tế có 56 effective bits (64 bit bao gồm 8 parity bits). Do meet‑in‑the‑middle, 3‑key 3DES thường được xem là chỉ ≈112‑bit security trong thực tế; 2‑key variant còn yếu hơn.
Ghi chú: tránh nêu giá trị an toàn vượt quá thực tế — tham khảo bài toán meet‑in‑the‑middle và phân tích Sweet32 cho các giới hạn thêm.

3. Cách hoạt động¶

Với mỗi khối 64‑bit:
1. DES encrypt với K1.
2. DES decrypt với K2.
3. DES encrypt với K3 → sinh ciphertext.
Có thể dùng 2 khóa (K1=K3) hoặc 3 khóa độc lập.

4. Cấu trúc dữ liệu¶

Khóa: K1, K2, K3 (56 effective bits mỗi DES; thực tế 168/112 bits).
IV (nếu mode CBC): 64 bit, nên random.
Padding: PKCS#7 hoặc tương đương cho block 64‑bit.
Không có authentication built‑in — cần AEAD extern.

5. So sánh với thuật toán khác¶

So với DES: bảo mật hơn do 3 bước.
So với AES (128/192/256): AES nhanh hơn, block 128‑bit (an toàn hơn), hỗ trợ chế độ AEAD (AES‑GCM).
So với ChaCha20: tốt cho hiệu năng trên phần mềm; 3DES chậm và block nhỏ → không khuyến nghị.

6. Luồng hoạt động (sequence)¶

Mermaid sequence:

sequenceDiagram
    participant P as Plaintext (64b)
    participant E1 as E_{K1}
    participant D2 as D_{K2}
    participant E3 as E_{K3}
    participant C as Ciphertext (64b)
    P->>E1: E_{K1}(P)
    E1->>D2: intermediate
    D2->>E3: intermediate
    E3->>C: C = E_{K3}(D_{K2}(E_{K1}(P)))

Hold "Alt" / "Option" to enable pan & zoom

7. Các sai lầm triển khai phổ biến¶

Dùng ECB cho nhiều khối → rò rỉ mẫu.
Tái sử dụng IV hoặc dùng IV không ngẫu nhiên trong CBC.
Không kiểm tra parity/weak keys DES.
Sử dụng 2‑key 3DES khi cần bảo mật tương đương 168‑bit.
Không cung cấp xác thực (MAC/AE) → vulnerable to tampering.

8. Threat Model¶

Mục tiêu: bảo vệ confidentiality chống lại kẻ tấn công passive/active.
Khả năng kẻ tấn công: có thể quan sát ciphertext, làm chosen‑plaintext nếu local, có khả năng brute‑force tới ≈2^112 work nếu 2‑key.
Không chống replay/tamper nếu không có AE/MAC.

9. Biện pháp giảm thiểu¶

KHÔNG dùng 3DES cho dữ liệu mới; migrate sang AES‑GCM/ChaCha20‑Poly1305.
Nếu bắt buộc dùng 3DES:
- Chỉ dùng 3‑key (K1≠K2≠K3).
- Giới hạn lượng dữ liệu trên một cặp khóa (mitigate Sweet32).
- Dùng CBC với IV ngẫu nhiên + MAC (Encrypt‑then‑MAC) hoặc wrap trong AEAD.
- Sử dụng KDF mạnh để sinh khóa từ master key.

10. Test Vectors¶

Ví dụ minh họa (EDE, single block, hex):
- K1 = 0123456789ABCDEF
- K2 = 23456789ABCDEF01
- K3 = 456789ABCDEF0123
- P = 0123456789ABCDEF
- (Kết quả phụ thuộc triển khai DES: kiểm tra bằng thư viện tiêu chuẩn như OpenSSL để xác nhận.)
Kiểm thử bằng OpenSSL:
- Encryption (CBC, hex): echo -n "0123456789ABCDEF" | xxd -r -p | openssl enc -des-ede3-cbc -K -iv -nopad -nosalt | xxd -p

11. Code (tùy chọn)¶

Lời khuyên: dùng thư viện crypto chuẩn (OpenSSL, libsodium không hỗ trợ 3DES vì deprecated). Tránh tự hiện thực DES.

12. Checklist bảo mật¶

Không dùng cho dữ liệu mới.
Nếu cần, dùng 3‑key, không dùng ECB.
IV random và unique cho CBC.
Áp dụng Encrypt‑then‑MAC hoặc AEAD wrapper.
Giới hạn lượng dữ liệu trên một khóa (mitigate Sweet32).
Kiểm tra/loại bỏ weak keys.
Lưu trữ khóa an toàn, dùng KDF/HSM.

13. Hạn chế (nếu có)¶

Block size 64‑bit → vulnerable Sweet32 khi lượng dữ liệu lớn.
Chậm do ba lần DES.
Không có authentication tích hợp.
Bị NIST deprecated cho hầu hết ứng dụng mới.

14. Ứng dụng¶

Tương thích ngược với dữ liệu legacy, phần mềm cũ, hoặc giao tiếp với hệ thống không thể nâng cấp.
Không dùng cho hệ thống mới hoặc dữ liệu nhạy cảm.

15. Nguồn tham khảo¶

NIST SP 800‑131A (transitioning away from 3DES) — https://csrc.nist.gov
NIST SP 800‑67 (block cipher modes & recommendations)
Sweet32 analysis (vulnerabilities of 64‑bit block ciphers)
OpenSSL docs: openssl enc -des-ede3

Ghi chú: bản tóm tắt này để dùng trong FileVault docs; giữ chính sách không dùng 3DES cho dữ liệu mới và ưu tiên AES/AEAD.