NIST стандартизира три алгоритма за постквантово криптиране

Националният институт за стандарти и технологии на САЩ (NIST) представи първите три стандарта, които определят криптоалгоритми, устойчиви на атаки от квантови компютри. Първият стандартизиран алгоритъм (CRYSTALS-Kyber) определя метод за инкапсулация на ключове и е предназначен за криптиране на обмена на данни, докато другите два (CRYSTALS-Dilithium и Sphincs+) реализират варианти за генериране на цифрови подписи, които могат да се използват за решаване на задачи, свързани с автентикация. За да се избегне объркване, стандартизираните варианти на алгоритмите са преименувани: CRYSTALS-Kyber на ML-KEM, CRYSTALS-Dilithium на ML-DSA и Sphincs+ на SLH-DSA. Избраните алгоритми се разработват от 2016 година и са победители в обявения по-рано конкурс на NIST за разработка на алгоритми за постквантова криптография.

Активно развиващите се напоследък квантови компютри решават задачи като разлагане на натурално число на прости множители (RSA) и дискретно логаритмирне на точки на елиптичната крива (ECDSA) значително по-бързо в сравнение с класическите компютри, които използват асиметрични алгоритми за криптиране с открити ключове, които са трудни за решаване на традиционни процесори. На текущия етап от развитието на възможностите на квантовите компютри, те все още не са достатъчно мощни, за да пробият актуалните класически алгоритми за криптиране и цифрови подписи, основани на открити ключове, като ECDSA, но се очаква ситуацията да се промени в това десетилетие.

Приети стандарти:

• FIPS 203 — разглежда се като основен стандарт за шифроване на данни, използващ алгоритъм CRYSTALS-Kyber (ML-KEM — механизъм за инкапсулация на ключове на модулирана решетка) за организиране на обмена на ключове между страните, извършващи криптиране и декриптиране на данни. Алгоритъмът CRYSTALS-Kyber използва криптографски методи, базирани на решаване на задачи в теорията на решетките, времето за решаване на които не се различава на обикновени и квантови компютри. Предимствата на избрания алгоритъм са сравнително малък размер на ключовете и висока скорост на работа.
• FIPS 204 — основен стандарт за генериране на цифрови подписи, основан на алгоритъма CRYSTALS-Dilithium (ML-DSA — модулен алгоритъм за цифрови подписи на решетка), който, подобно на CRYSTALS-Kyber, е базиран на теорията на решетките.
• FIPS 205 — алтернативен стандарт за генериране на цифрови подписи, който използва алгоритъма Sphincs+ (SLH-DSA — Stateless Hash-Based Digital Signature Algorithm), прилаган на методи, базирани на криптография с хеш-функции. Sphincs+ изостава от CRYSTALS-Dilithium по размер на подписите и скорост на работа, но е основан на съвсем различни математически принципи, т.е. ще остане ефективен в случай на компрометиране на алгоритмите, базирани на теорията на решетките.

Освен това, до края на годината се планира утвърдителен процес на четвъртия стандарт — FIPS 206, предназначен за работа с цифрови подписи и основан на алгоритъма FALCON, който, подобно на алгоритмите CRYSTALS-Kyber и CRYSTALS-Dilithium, е базиран на решаване на задачи от теорията на решетките, но за разлика от тях е фокусиран върху приложения, изискващи минимален размер на подписа. Стандартизираният вариант на алгоритъма FALCON ще бъде предоставен под името FN-DSA (FFT (бързо преобразуване на Фурие) over NTRU-Lattice Digital Signature Algorithm). До края на годината също така се планира избор на алгоритми за генериране на алтернативни стандарти за общо шифриране, които ще се основават на различни принципи в сравнение с тези, използвани в стандарта FIPS 203, базиран на алгоритъма CRYSTALS-Kyber.

Източник: opennet.ru