Ameerika Ühendriikide riiklik standardite ja tehnoloogia instituut (NIST) esitles kolme esimest standardit, mis määratlevad kvantkompuutritele vastupidavad krüptoalgoritmid. Esimene standardiseeritud algoritm (CRYSTALS-Kyber) määratleb võtmete kapseldamise viisi ja on ette nähtud andmevahetuse krüptimiseks, samas kui kaks teist (CRYSTALS-Dilithium ja Sphincs+) rakendavad digitaalse allkirja loomise variatsioone, mida saab kasutada autentimise ülesannete lahendamiseks. Segaduse vältimiseks on standardiseeritud algoritmid ümber nimetatud: CRYSTALS-Kyber muutus ML-KEM-iks, CRYSTALS-Dilithium muutus ML-DSA-ks ja Sphincs+ muutus SLH-DSA-ks. Valitud algoritme arendatakse alates 2016. aastast ja need on varasemate NIST-i post-kvantkryptoalgoritmide väljatöötamise konkursi võitjad.
Viimastel aegadel kiiresti arenevad kvantarvutid lahendavad oluliselt kiiremini loomulike arvude jagamise peamisteks teguriteks (RSA) ja diskreetse logaritmimise ülesandeid elliptilise kõvera punktides (ECDSA), mis on tänapäevaste asümmeetriliste võtme-põhiste krüpteerimisalgoritmide alus, mida traditsioonilistel protsessoritel tõhusalt lahendada ei õnnestu. Hetkel kvantarvutite võimekuste arengus ei ole siiski piisavalt täiustatud, et ümber lükata praeguseid klassikalisi krüpteerimisalgoritme ja avatud võtmetega digitaalallkirju nagu ECDSA, kuid eeldatakse, et olukord võib muutuda juba sel kümnendil.
Vastuvõetud standardid:
- FIPS 203 - peamine standard, mis käsitleb andmete krüpteerimine, mis kasutab algoritmi CRYSTALS-Kyber (ML-KEM - Module-Lattice Key-Encapsulation Mechanism) võtmete vahetamiseks osapoolte vahel, kes teostavad andmete krüptimist ja dekrüptimist. Algoritm CRYSTALS-Kyber kasutab krüptograafilisi meetodeid, mis põhinevad võrgu teooria probleemide lahendamisel, mille lahendamise aeg ei erine tavalistes ja kvantarvutites. Valitud algoritmi eelisteks on suhteliselt väikesed võtme suurused ja kõrge töötlemiskiirus.
- FIPS 204 - peamine standard digitaalsete allkirjade genereerimiseks, mis põhineb algoritmil CRYSTALS-Dilithium (ML-DSA - Module-Lattice Digital Signature Algorithm), mis nagu CRYSTALS-Kyber põhineb võrgu teoorial.
- FIPS 205 — alternatiivne standard digitaalsete allkirjade koostamiseks, mis kasutab Sphincs+ algoritmi (SLH-DSA — Stateless Hash-Based Digital Signature Algorithm), rakendades krüptograafia meetodeid, mis põhinevad räsifunktsioonidel. Sphincs+ jääb CRYSTALS-Dilithium'ist maha allkirjade suuruse ja töökiirusest, kuid põhineb täiesti erinevatel matemaatilistel põhimõtetel, st jääb efektiivseks teooria võrku põhinevate algoritmide kompromiteerimise korral.
Lisaks on plaanis aastaks lõpuks kinnitada neljas standard - FIPS 206, mis on mõeldud digitaalsete allkirjade töötlemiseks ja põhineb FALCON algoritmil, millel, nagu ka algoritmidel CRYSTALS-Kyber ja CRYSTALS-Dilithium, on oma aluseks teooria võrku probleemi lahendamine, kuid erinevalt neist on suunatud rakendustele, kus on nõutav minimaalne allkirjade suurus. Standardiseeritud versioon FALCON algoritmist kantakse nime all FN-DSA (FFT (kiirendatud Fourier' muundamine) üle NTRU-Lattice digitaalne allkirja algoritm). Aasta lõpuks on kavas valida algoritmid, mis loovad alternatiivseid üldkrüptimise standardeid, mis põhinevad teistsugustel tööprintsiipidel kui FIPS 203 standardis, mis põhineb CRYSTALS-Kyber algoritmil.
Allikas: opennet.ru
