Amerykański Narodowy Instytut Standaryzacji i Technologii (NIST) przedstawił pierwsze trzy standardy definiujące algorytmy kryptograficzne odporne na ataki z wykorzystaniem komputerów kwantowych. Pierwszy z ustandaryzowanych algorytmów (CRYSTALS-Kyber) określa sposób kapsułkowania kluczy i jest przeznaczony do szyfrowania wymiany danych, a dwa pozostałe (CRYSTALS-Dilithium i Sphincs+) realizują warianty tworzenia podpisów cyfrowych, które mogą być używane w zadaniach związanych z autoryzacją. Aby uniknąć zamieszania, ustandaryzowane wersje algorytmów zostały przemianowane: CRYSTALS-Kyber na ML-KEM, CRYSTALS-Dilithium na ML-DSA, a Sphincs+ na SLH-DSA. Wybrane algorytmy są rozwijane od 2016 roku i są zwycięzcami wcześniej ogłoszonego konkursu NIST na opracowanie algorytmów kryptografii postkwantowej.
Ostatnio intensywnie rozwijające się komputery kwantowe znacznie szybciej rozwiązują problemy rozkładu liczb naturalnych na czynniki pierwsze (RSA) oraz obliczania logarytmu dyskretnego punktów krzywej eliptycznej (ECDSA), które stanowią podstawę współczesnych algorytmów szyfrowania asymetrycznego opartego na kluczach publicznych, efektywnie nierozwiązywalnych na klasycznych procesorach. Na obecnym etapie rozwoju możliwości komputerów kwantowych wciąż nie są wystarczające do złamania aktualnych klasycznych algorytmów szyfrowania i podpisów cyfrowych opartych na kluczach publicznych, takich jak ECDSA, ale przewiduje się, że sytuacja może się zmienić już w tej dekadzie.
Przyjęte standardy:
- FIPS 203 — uważany za główny standard dla szyfrowania danych, wykorzystującego algorytm CRYSTALS-Kyber (ML-KEM — Mechanizm Kapsułkowania Kluczy w Modulach Lattice) do organizacji wymiany kluczy między stronami, które dokonują szyfrowania i deszyfrowania danych. Algorytm CRYSTALS-Kyber korzysta z metod kryptografii opartych na rozwiązywaniu problemów z teorii krat, czas rozwiązania których nie różni się na zwykłych i kwantowych komputerach. Zalety wybranego algorytmu to stosunkowo niewielki rozmiar kluczy oraz wysoka prędkość działania.
- FIPS 204 — podstawowy standard dla tworzenia podpisów cyfrowych, oparty na algorytmie CRYSTALS-Dilithium (ML-DSA — Algorytm Podpisu Cyfrowego w Modulach Lattice), który, podobnie jak CRYSTALS-Kyber, bazuje na teorii krat.
- FIPS 205 — alternatywny standard do tworzenia podpisów cyfrowych, wykorzystujący algorytm Sphincs+ (SLH-DSA — Stateless Hash-Based Digital Signature Algorithm), który stosuje metody kryptografii opartej na funkcjach haszujących. Sphincs+ ustępuje CRYSTALS-Dilithium pod względem rozmiaru podpisów i prędkości działania, ale opiera się na zupełnie innych zasadach matematycznych, co oznacza, że pozostanie skuteczny w przypadku kompromitacji algorytmów opartych na teorii krat.
Ponadto do końca roku planuje się zatwierdzenie czwartego standardu — FIPS 206, przeznaczonego do pracy z podpisami cyfrowymi, opartego na algorytmie FALCON, który, podobnie jak algorytmy CRYSTALS-Kyber i CRYSTALS-Dilithium, oparty jest na rozwiązaniu problemów teorii krat, ale w przeciwieństwie do nich jest ukierunkowany na zastosowania, w których wymagana jest minimalna wielkość podpisu. Standaryzowana wersja algorytmu FALCON będzie dostarczana pod nazwą FN-DSA (FFT (szybka transformacja Fouriera) over NTRU-Lattice Digital Signature Algorithm). Do końca roku planuje się również wybranie algorytmów do tworzenia alternatywnych standardów ogólnego szyfrowania, które będą oparte na innych zasadach działania niż te zaangażowane w standardzie FIPS 203 opartym na algorytmie CRYSTALS-Kyber.
Źródło: opennet.ru
