Das National Institute of Standards and Technology (NIST) hat die ersten drei Standards veröffentlicht, die kryptografische Algorithmen definieren, die gegen Angriffe durch Quantencomputer resistent sind. Der erste standardisierte Algorithmus (CRYSTALS-Kyber) definiert eine Methode zur Schlüsselinkapselierung und ist zur Verschlüsselung des Datenaustauschs gedacht, während die beiden anderen Algorithmen (CRYSTALS-Dilithium und Sphincs+) Varianten zur Erstellung digitaler Signaturen implementieren, die zur Lösung von Authentifizierungsaufgaben verwendet werden können. Um Verwirrung zu vermeiden, wurden die standardisierten Varianten der Algorithmen umbenannt: CRYSTALS-Kyber in ML-KEM, CRYSTALS-Dilithium in ML-DSA und Sphincs+ in SLH-DSA. Die ausgewählten Algorithmen werden seit 2016 entwickelt und sind Gewinner des zuvor angekündigten NIST-Wettbewerbs zur Entwicklung von Post-Quanten-Kryptografie-Algorithmen.
Die in letzter Zeit aktiv geförderten Quantencomputer lösen die Probleme der Faktorisierung natürlicher Zahlen in Primfaktoren (RSA) und der diskreten Logarithmierung von Punkten auf elliptischen Kurven (ECDSA) grundlegend schneller, welche die Grundlage der modernen asymmetrischen Verschlüsselungsalgorithmen mit öffentlichen Schlüsseln bilden, die auf klassischen Prozessoren effektiv nicht lösbar sind. In der aktuellen Entwicklungsstufe der Möglichkeiten von Quantencomputern sind diese jedoch noch nicht ausreichend, um die aktuellen klassischen Verschlüsselungsalgorithmen und digitalen Signaturen auf Basis von öffentlichen Schlüsseln, wie ECDSA, zu knacken; es wird jedoch angenommen, dass sich die Situation bereits in diesem Jahrzehnt ändern könnte.
Angenommene Standards:
- FIPS 203 – gilt als der Hauptstandard für von Datenverschlüsselung, der den Algorithmus CRYSTALS-Kyber (ML-KEM – Module-Lattice Key-Encapsulation Mechanism) zur Organisation des Schlüsselaustauschs zwischen den Parteien, die Daten verschlüsseln und entschlüsseln, verwendet. Der Algorithmus CRYSTALS-Kyber nutzt Methoden der Kryptografie, die auf der Lösung von Gittertheorieproblemen basieren, deren Lösungszeit sich auf normalen und Quantencomputern nicht unterscheidet. Die Vorteile des gewählten Algorithmus sind die relativ kleine Schlüssellänge und die hohe Geschwindigkeit.
- FIPS 204 – der primäre Standard zur Erstellung digitaler Signaturen, basierend auf dem Algorithmus CRYSTALS-Dilithium (ML-DSA – Module-Lattice Digital Signature Algorithm), der wie CRYSTALS-Kyber auf Gittertheorie basiert.
- FIPS 205 — ein alternativer Standard zur Erstellung digitaler Signaturen, der den Algorithmus Sphincs+ (SLH-DSA — Stateless Hash-Based Digital Signature Algorithm) verwendet, welcher kryptographische Verfahren auf Basis von Hashfunktionen anwendet. Sphincs+ ist im Vergleich zu CRYSTALS-Dilithium hinsichtlich der Größe der Signaturen und der Geschwindigkeit im Nachteil, basiert jedoch auf völlig anderen mathematischen Prinzipien, d.h. es bleibt auch bei der Kompromittierung von Algorithmen, die auf Gittertheorie basieren, effektiv.
Darüber hinaus wird bis Ende des Jahres ein vierter Standard — FIPS 206 — genehmigt, der für die Arbeit mit digitalen Signaturen ausgelegt ist und auf dem Algorithmus FALCON basiert, der, wie die Algorithmen CRYSTALS-Kyber und CRYSTALS-Dilithium, auf der Lösung von Probleme der Gittertheorie beruht, sich jedoch auf Anwendungen konzentriert, bei denen eine minimale Signaturgröße erforderlich ist. Die standardisierte Variante des FALCON-Algorithmus wird unter dem Namen FN-DSA (FFT (Fast Fourier Transform) über NTRU-Lattice Digital Signature Algorithm) bereitgestellt. Auch bis Ende des Jahres sollen Algorithmen für alternative Standards der allgemeinen Verschlüsselung ausgewählt werden, die auf anderen Arbeitsprinzipien basieren als die im Standard FIPS 203 verwendeten auf Basis des CRYSTALS-Kyber-Algorithmus.
Quelle: opennet.ru
