Das National Institute of Standards and Technology (NIST) hat die ersten drei Standards vorgestellt, die kryptografische Algorithmen definieren, die gegen Angriffe mit Quantencomputern resistent sind. Der erste standardisierte Algorithmus (CRYSTALS-Kyber) beschreibt ein Verfahren zur Schlüsselintegration und dient der Verschlüsselung von Datenübertragungen, während die beiden anderen (CRYSTALS-Dilithium und Sphincs+) Varianten zur Erstellung digitaler Signaturen implementieren, die zur Authentifizierung 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 die Gewinner des zuvor angekündigten NIST-Wettbewerbs zur Entwicklung von Algorithmen der post-quanten-kryptografie.
Die sich schnell entwickelnden Quantencomputer lösen Aufgaben wie die Zerlegung natürlicher Zahlen in Primfaktoren (RSA) und die diskrete Logarithmierung von Punkten elliptischer Kurven (ECDSA) drastisch schneller. Diese Verfahren bilden die Grundlage moderner asymmetrischer Verschlüsselungsalgorithmen mit public keys, die auf klassischen Prozessoren ineffektiv lösbar sind. Derzeit sind die Möglichkeiten von Quantencomputern noch nicht ausreichend, um die gängigen klassischen Verschlüsselungsalgorithmen und digitalen Signaturen auf Basis von Public Keys, wie ECDSA, zu knacken. Es wird jedoch angenommen, dass sich die Situation bereits in diesem Jahrzehnt ändern könnte.
Akzeptierte Standards:
- FIPS 203 — wird als Hauptstandard betrachtet für Datenschutz, der den CRYSTALS-Kyber-Algorithmus (ML-KEM — Module-Lattice Key-Encapsulation Mechanism) verwendet, um den Schlüsselaustausch zwischen den Parteien, die Daten verschlüsseln und entschlüsseln, zu organisieren. Der CRYSTALS-Kyber-Algorithmus basiert auf kryptographischen Methoden, die auf der Lösung von Gittertheorie-Problemen beruhen, deren Lösungszeiten sich auf normalen und Quantencomputern nicht unterscheiden. Zu den Vorteilen des gewählten Algorithmus gehören die relativ kleine Schlüsselgröße und hohe Geschwindigkeit.
- FIPS 204 ist der primäre Standard für die Erzeugung digitaler Signaturen, der auf dem CRYSTALS-Dilithium-Algorithmus (ML-DSA — Module-Lattice Digital Signature Algorithm) basiert, der wie CRYSTALS-Kyber auf der Gittertheorie basiert.
- FIPS 205 ist ein alternativer Standard zur Erzeugung digitaler Signaturen, der den Sphincs+ Algorithmus (SLH-DSA — Stateless Hash-Based Digital Signature Algorithm) verwendet, der kryptografische Methoden auf Basis von Hash-Funktionen anwendet. Sphincs+ liegt in Bezug auf die Größe der Signaturen und die Geschwindigkeit hinter CRYSTALS-Dilithium zurück, basiert jedoch auf ganz anderen mathematischen Prinzipien, das heißt, es wird auch bei einer Kompromittierung von Algorithmen auf Basis der Gittertheorie effektiv bleiben.
Darüber hinaus wird noch in diesem Jahr der vierte Standard - FIPS 206 - genehmigt, der für die Arbeit mit digitalen Signaturen vorgesehen ist und auf dem Algorithmus FALCON basiert. Wie die Algorithmen CRYSTALS-Kyber und CRYSTALS-Dilithium beruht er auf Lösungen von Aufgaben der Gittertheorie, ist jedoch anders ausgerichtet auf Anwendungen, die eine minimale Signaturgröße erfordern. Die standardisierte Variante des FALCON-Algorithmus wird unter dem Namen FN-DSA (FFT (Fast Fourier Transform) über NTRU-Lattice Digital Signature Algorithm) geliefert. Bis Ende des Jahres sollen auch Algorithmen für die Entwicklung alternativer Standards für die allgemeine Verschlüsselung ausgewählt werden, die auf anderen Arbeitsprinzipien basieren als die im Standard FIPS 203 verwendeten, basierend auf dem Algorithmus CRYSTALS-Kyber.
Quelle: opennet.ru
