NIST מאשרת אלגוריתמי הצפנה עמידים בפני מחשוב קוונטי

המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה בארה"ב (NIST) הכריז על הזוכים בתחרות לאלגוריתמים קריפטוגרפיים עמידים בפני בחירה במחשב קוונטי. התחרות נערכה לפני שש שנים ומטרתה לבחור אלגוריתמי הצפנה פוסט-קוונטיים המתאימים למועמדות כסטנדרטים. במהלך התחרות, האלגוריתמים שהוצעו על ידי צוותי מחקר בינלאומיים נחקרו על ידי מומחים בלתי תלויים לאיתור נקודות תורפה וחולשות אפשריות.

המנצח מבין האלגוריתמים האוניברסליים שניתן להשתמש בהם כדי להגן על העברת מידע ברשתות מחשבים היה CRYSTALS-Kyber, שנקודות החוזק שלה הן גודל קטן יחסית של מפתחות ומהירות גבוהה. CRYSTALS-Kyber מומלץ להעברה לקטגוריית התקנים. בנוסף ל-CRYSTALS-Kyber, זוהו עוד ארבעה אלגוריתמים למטרות כלליות - BIKE, Classic McEliece, HQC ו-SIKE, הדורשים פיתוח נוסף. למחברי האלגוריתמים הללו יש עד 1 באוקטובר הזדמנות לעדכן את המפרטים ולבטל ליקויים בהטמעות, ולאחר מכן ניתן לכלול אותם גם בפיינליסטים.

בין האלגוריתמים שמטרתם לעבוד עם חתימות דיגיטליות, מודגשים CRYSTALS-Dilithium, FALCON ו-SPHINCS+. האלגוריתמים CRYSTALS-Dilithium ו-FALCON יעילים ביותר. CRYSTALS-Dilithium מומלץ בתור האלגוריתם העיקרי לחתימות דיגיטליות, ו-FALCON מתמקדת בפתרונות הדורשים גודל חתימה מינימלי. SPHINCS+ מפגרת אחרי שני האלגוריתמים הראשונים מבחינת גודל החתימה והמהירות, אך הוא נכלל בין הפיינליסטים כאפשרות גיבוי, מכיוון שהוא מבוסס על עקרונות מתמטיים שונים מהותית.

בפרט, האלגוריתמים CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium ו-FALCON משתמשים בשיטות קריפטוגרפיה המבוססות על פתרון בעיות תורת הסריג, שזמן הפתרון שלהן אינו שונה במחשבים קונבנציונליים וקוונטיים. אלגוריתם SPHINCS+ משתמש בשיטות הצפנה מבוססות פונקציות גיבוב.

האלגוריתמים האוניברסליים שנותרו לשיפור מבוססים גם על עקרונות אחרים - BIKE ו-HQC משתמשים באלמנטים של תורת הקידוד האלגברי ובקודים ליניאריים, המשמשים גם בסכימות לתיקון שגיאות. NIST מתכוונת להמשיך ולתקן את אחד האלגוריתמים הללו כדי לספק חלופה לאלגוריתם CRYSTALS-Kyber שנבחר כבר, המבוסס על תיאוריית הסריג. אלגוריתם SIKE מבוסס על שימוש באיזוגניה על-סינגולרית (המעגל בגרף איזוגניה על-סינגולרית) ונחשב גם כמועמד לסטנדרטיזציה, מכיוון שהוא בעל גודל המפתח הקטן ביותר. האלגוריתם הקלאסי של McEliece הוא בין הפיינליסטים, אך עדיין לא יהיה סטנדרטי בגלל הגודל הגדול מאוד של המפתח הציבורי.

הצורך בפיתוח וסטנדרטיזציה של אלגוריתמים קריפטו חדשים נובע מהעובדה שמחשבים קוונטיים, אשר מתפתחים באופן פעיל לאחרונה, פותרים את הבעיות של פירוק מספר טבעי לגורמים ראשוניים (RSA, DSA) וללוגריתם בדיד של נקודות עקומה אליפטיות ( ECDSA), העומדים בבסיס אלגוריתמי הצפנה אסימטריים מודרניים. מפתחות ציבוריים ואינם ניתנים לפתרון יעיל במעבדים קלאסיים. בשלב הפיתוח הנוכחי, היכולות של מחשבים קוונטיים עדיין לא מספיקות לפיצוח אלגוריתמי הצפנה קלאסיים וחתימות דיגיטליות המבוססות על מפתחות ציבוריים, כמו ECDSA, אך ההנחה היא שהמצב עשוי להשתנות תוך 10 שנים ויש צורך להכין את הבסיס להעברת מערכות קריפטו לסטנדרטים חדשים.

מקור: OpenNet.ru