О МЕТОДАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОСТКВАНТОВОГО КРИПТОГРАФИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА ЭЛЕКТРОННОЙ ЦИФРОВОЙ ПОДПИСИ
DOI:
https://doi.org/10.52167/1609-1817-2024-134-5-157-167Ключевые слова:
криптографический алгоритм, электронная цифровая подпись, криптографическая хеш-функция, постквантовая криптография, асимметричная криптографияАннотация
Данная работа посвящена методам проектирования постквантового криптографического алгоритма электронной цифровой подписи. Существуют несколько основных направлений, каждое из которых опирается на уникальные математические проблемы, которые считаются трудноразрешимыми даже для квантовых компьютеров. К этим направлениям относятся: криптографические алгоритмы, основанные на хешировании, на решетках, на кодах, на многомерных многочленах и на изогениях. Каждая из этих категорий имеет свои сильные и слабые стороны, и выбор схемы постквантовой подписи для использования будет зависеть от конкретных требований и ограничений приложения. Среди кандидатов на постквантовую подпись на основе хеширования является многообещающим кандидатом для обеспечения безопасных цифровых подписей. Они полагаются на свойства односторонних хеш-функций, которые, как считается, защищены как от классических, так и от квантовых компьютеров. Подписи на основе хеширования также привлекательны, поскольку они просты, быстры и эффективны. Их можно реализовать с относительно небольшими размерами ключей, и они требуют минимальных вычислений как для подписи, так и для проверки.
Библиографические ссылки
[1] Bernstein D., Lange T. Post-quantum cryptography // Nature 549, 188–194 (2017), https://doi.org/10.1038/nature23461
[2] Post-quantum cryptography for long-term security PQCRYPTO ICT-645622, https://pqcrypto.eu.org
[3] Cryptography Today // National Security Agency, Information Assurance, 2009, https://web.archive.org/web/20150815072948/https://www.nsa.gov/ia/programs/suiteb_cryptography/index.shtml
[4] Post-Quantum Cryptography // NIST, CSRC, https://csrc.nist.gov/projects/post-quantum-cryptography
[5] Bos J. et al. CRYSTALS - Kyber: A CCA-Secure Module-Lattice-Based KEM // 2018 IEEE European Symposium on Security and Privacy (EuroS&P), London, UK, 2018, pp. 353-367, doi: 10.1109/EuroSP.2018.00032.
[6] Ducas, Leo & Kiltz, Eike & Lepoint, Tancrède & Lyubashevsky, Vadim & Schwabe, Peter & Seiler, Gregor & Stehlé, Damien. (2018). CRYSTALS-Dilithium: A Lattice-Based Digital Signature Scheme // IACR Transactions on Cryptographic Hardware and Embedded Systems. 238-268. 10.46586/tches. v2018.i1.238-268.
[7] Pierre-Alain Fouque, Jeffrey Hoffstein, Paul Kirchner, Vadim Lyubashevsky, Thomas Pornin, Thomas Prest, Thomas Ricosset, Gregor Seiler, William Whyte and Zhenfei Zhang. Falcon: Fast-Fourier Lattice-based Compact Signatures over NTRU. Specification v1.2 — 01/10/2020. NIST PQC Competition, 2019. https://falcon-sign.info/falcon.pdf.
[8] Daniel J. Bernstein, Andreas Hülsing, Stefan Kölbl, Ruben Niederhagen, Joost Rijneveld, and Peter Schwabe. 2019. The SPHINCS+ Signature Framework. In Proceedings of the 2019 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security (CCS '19). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 2129–2146. https://doi.org/10.1145/3319535.3363229.
[9] Nicolas Aragon, Paulo Barreto, Slim Bettaieb, Loic Bidoux, Olivier Blazy, Jean-Christophe Deneuville, Phillipe Gaborit, Shay Gueron, Tim Guneysu, Carlos Aguilar Melchor, Rafael Misoczki, Edoardo Persichetti, Nicolas Sendrier, Jean-Pierre Tillich, Gilles Zemor, Valentin Vasseur, Santosh Ghosh, Jan Richter-Brokmann. BIKE: Bit Flipping Key Encapsulation. Round 4 Submission. Specification Version: 5.1. 2022. NIST PQC Competition, 2022. https://bikesuite.org/files/v5.0/BIKE_Spec.2022.10.10.1.pdf.
[10] Bernstein D.J., Chou T., Lange T., Mauri I.V., Misoczki R., Niederhagen R., Persichetti E., Peters C., Schwabe P., Sendrier N., Szefer J., Wang W. Classic McEliece: conservative code-based cryptography: cryptosystem specification. NIST PQC Competition, 2022. https://classic.mceliece.org/mceliece-spec-20221023.pdf.
[11] Carlos Aguilar Melchor, Nicolas Aragon, Slim Bettaieb, Loïc Bidoux, Olivier Blazy, Jean-Christophe Deneuville, Philippe Gaborit, Edoardo Persichetti, Gilles Zémor, Jurjen Bos, Arnaud Dion, Jerome Lacan, Jean-Marc Robert, Pascal Veron. Hamming Quasi-Cyclic (HQC). Fourth round version. 2023. NIST PQC Competition, 2022. https://pqc-hqc.org/doc/hqc-specification_2023-04-30.pdf.
[12] David Jao, Reza Azarderakhsh, Matthew Campagna, Craig Costello, Luca De Feo, Basil Hess, Amir Jalali, Brian Koziel, Brian LaMacchia, Patrick Longa, Michael Naehrig, Joost Renes, Vladimir Soukharev, David Urbanik, Geovandro Pereira, Koray Karabina, Aaron Hutchinson. Supersingular Isogeny Key Encapsulation. 2022. NIST PQC Competition, 2022. https://sike.org/files/SIDH-spec.pdf.
[13] Wouter Castryck and Thomas Decru. An efficient key recovery attack on SIDH (preliminary version). Cryptology ePrint Archive, Report 2022/975, 2022. http://eprint.iacr.org/2022/975.
[14] Chinese Association for Cryptologic Research (CACR), www.cacrnet.org.cn
[15] Technical Committee for Standardization "Cryptographic Protection of Information", Structure, https://tc26.ru/about/structure/
[16] ISO and IEC Joint Technical Committee (JTC 1), https://jtc1info.org/
[17] Buchmann J., Dahmen E., Huelsing A. XMSS – A Practical Forward Secure Signature Scheme Based on Minimal Security Assumptions // Lecture Notes in Computer Science, Volume 7071, Post-Quantum Cryptography, DOI 10.1007/978-3-642-25405-5_8, 2011.
[18] del Pino R., Espitau T., Katsumata S., Maller M., Mouhartem F., Prest T., Rossi M., Saarinen M-J. Raccoon. A Side-Channel Secure Signature Scheme // The specification document, https://raccoonfamily.org/wp-content/uploads/2023/07/raccoon.pdf
[19] Marco Baldi, Alessandro Barenghi, Sebastian Bitzer, Patrick Karl, Felice Manganiello, Alessio Pavoni, Gerardo Pelosi, Paolo Santini, Jonas Schupp, Freeman Slaughter, Antonia Wachter-Zeh, Violetta Weger CROSS. Codes and Restricted Objects Signature Scheme // Submission to the NIST Post-Quantum Cryptography Standardization Process. Algorithm Specifications and Supporting Documentation. Version 1.2 - February 3, 2024, https://www.cross-crypto.com/CROSS_Specification_v1.2.pdf
[20] Jinkyu Cho, Jong-Seon No, Yongwoo Lee, Young-Sik Kim, Zahyun Koo Enhanced pqsigRM: Code-Based Digital Signature Scheme with Short Signature and Fast Verification for Post-Quantum Cryptography // The specification document, https://csrc.nist.gov/csrc/media/Projects/pqc-dig-sig/documents/round-1/spec-files/Enhanced-pqsigRM-spec-web.pdf
[21] Marco Baldi, Alessandro Barenghi, Luke Beckwith, Jean-François Biasse, Andre Esser, Kris Gaj, Kamyar Mohajerani, Gerardo Pelosi, Edoardo Persichetti, Markku-Juhani O. Saarinen, Paolo Santini, Robert Wallace LESS: Linear Equivalence Signature Scheme // The specification document, https://www.less-project.com/LESS-2024-02-19.pdf
[22] Ding J., Schmidt D. Rainbow, a New Multivariable Polynomial Signature Scheme // Ioannidis, J., Keromytis, A., Yung, M. (eds) Applied Cryptography and Network Security. ACNS 2005. Lecture Notes in Computer Science, vol 3531. Springer, Berlin, Heidelberg, 2005, https://doi.org/10.1007/11496137_12
[23] Casanova A., Faugere J.-C., Macario-Rat G., Patarin J., Perret L., Ryckeghem J. GeMSS: A Great Multivariate Short Signature https://www-polsys.lip6.fr/Links/NIST/GeMSS_specification_round2_V2.pdf
[24] Ignacio Luengo, Mart’in Avendano DME: Multivariate signature public key scheme // // The specification document, https://csrc.nist.gov/csrc/media/Projects/pqc-dig-sig/documents/round-1/spec-files/DME_SIGN-spec-web.pdf
[25] Beullens, W., Kleinjung, T., Vercauteren, F.: Csi-fish: efficient isogeny based signatures through class group computations. In: Advances in Cryptology–ASIACRYPT 2019: 25th International Conference on the Theory and Application of Cryptology and Information Security, Kobe, Japan, December 8–12, 2019, Proceedings, Part I. pp. 227–247. Springer (2019)
[26] Jorge Chavez-Saab, Maria Corte-Real Santos, Luca De Feo, Jonathan Komada Eriksen, Basil Hess, David Kohel, Antonin Leroux, Patrick Longa, Michael Meyer, Lorenz Panny, Sikhar Patranabis, Christophe Petit, Francisco Rodríguez Henríquez, Sina Schaeffler, Benjamin Wesolowski SQIsign. Algorithm specifications and supporting documentation. Version 1.0. June 1, 2023, https://sqisign.org/spec/sqisign-20230601.pdf
[27] Muhammad Rezal Kamel Ariffin, Nur Azman Abu, Terry Lau Shue Chien, Zahari Mahad, Amir Hamzah Abd Ghafar, Nurul Amiera Sakinah Abdul Jamal Kriptografi Atasi Zarah Digital Signature (KAZ-SIGN) // Algorithm Specifications and Supporting Documentation (Version 1.6.3), https://www.antrapol.com/KAZ-SIGN/files?fileid=v1.6.3-spec
[28] Markus Blaser, Dung Hoang Duong, Anand Kumar Narayanan, Thomas Plantard, Youming Qiao, Arnaud Sipasseuth, Gang Tang The ALTEQ Signature Scheme: Algorithm Specifications and Supporting Documentation // Document Version 2023-06-01, https://csrc.nist.gov/csrc/media/Projects/pqc-dig-sig/documents/round-1/spec-files/ALTEQ-Spec-web.pdf
[29] Buchmann J., Dahmen E., Szydlo M. Hash-based Digital Signature Schemes // Bernstein, D.J., Buchmann, J., Dahmen, E. (eds) Post-Quantum Cryptography. Springer, Berlin, Heidelberg, 2009, https://doi.org/10.1007/978-3-540-88702-7_3.
[30] Kiktenko E., Bulychev A., Karagodin P., Pozhar N., Anufriev M., Fedorov A. Sphincs+ postquantum digital signature scheme with streebog hash function // AIP Conference Proceedings. vol. 2241, p. 020014. AIP Publishing LLC (2020)
[31] Sim M., Eum S., Song G., Kwon H., Jang K., Kim H., Kim H., Yang Y., Kim W., Lee W.K., et al. K-XMSS and K-SPHINCS+: Hash based signatures with korean cryptography algorithms // Cryptology ePrint Archive, 2022, https://eprint.iacr.org/2022/152.pdf
[32] Ospanov R.M., Seitkulov Ye.N., Yergaliyeva, B.B. A cryptographic hash function based on a modified SPONGE scheme // Eurasian Journal of Mathematical and Computer Applications, 2022, 10(2), pp. 55–70
[33] Ospanov R.M., Seitkulov Y.N., Sissenov N.M. Software implementation of the cryptographic hash function "Tanba" // Copyright Certificate, No. 28399 dated August 22, 2022.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Ержан Сейткулов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
