Parameter selection in post-quantum digital signature algorithm CRYSTALS-Dilithium
Muurman, Mari (2024)
2024
Teknis-luonnontieteellinen DI-ohjelma - Master's Programme in Science and Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2024-01-23
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-2023123011240
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-2023123011240
Tiivistelmä
Moderneissa viestintävälineissä käytössä olevat julkisen avaimen salausmenetelmät perustuvat matemaattisiin ongelmiin, joihin oletetaan olevan vaikea löytää ratkaisua. Jos hyökkääjä kuitenkin saa käsiinsä riittävän tehokkaan kvanttitietokoneen, hän voi helposti löytää ratkaisut kyseisiin ongelmiin. Kvanttitietokoneiden kehitys on näin ollen luonut uhkakuvaa nykyajan salausmenetelmille. Kvanttiturvallinen kryptografia pyrkii pienentämään kvanttitietokoneiden uhkaa tutkimalla algoritmeja, jotka perustuvan ongelmiin joihin sekä klassisella tietokoneella että kvanttitietokoneella on vaikea löytää ratkaisua.
Hilapohajaiset algoritmit ovat yksi potentiaalisimmista kvanttiturvallisista algoritemista. Hilapohjaiset algoritmit ovat yksinkertaisia toteuttaa sekä tehokkaita. Niistä löytyy myös paljon tutkittuja turvallisuustodistuksia. Hilapohjaiset algoritmit olivatkin suosittuja Yhdysvaltain standardointivirasto NISTin vuonna 2017 aloittamassa kilpailumaisessa standardointiprosessissa. Neljästä standardoitavaksi valitusta algoritmista kolme oli hilaratkaisuihin perustuvia.
Parametrien valinta tietylle algoritmille voi olla haastavaa sillä turvallisuuden, virheettömyyden ja tehokkuuden vaatimukset ovat usein ristiriidassa keskenään. Tässä työssä esitellään hilapohjaista kryptografiaa sekä kootaan yhteen erilaisia menetelmiä, joita voidaan hyödyntää parametrien valinnassa. Työssä myös esitetään, kuinka näitä menetelmiä on käytetty kvanttiturvallisen allekirjoitusalgoritmi CRYSTALS-Dilithiumin tapauksessa.
Hilapohajaiset algoritmit ovat yksi potentiaalisimmista kvanttiturvallisista algoritemista. Hilapohjaiset algoritmit ovat yksinkertaisia toteuttaa sekä tehokkaita. Niistä löytyy myös paljon tutkittuja turvallisuustodistuksia. Hilapohjaiset algoritmit olivatkin suosittuja Yhdysvaltain standardointivirasto NISTin vuonna 2017 aloittamassa kilpailumaisessa standardointiprosessissa. Neljästä standardoitavaksi valitusta algoritmista kolme oli hilaratkaisuihin perustuvia.
Parametrien valinta tietylle algoritmille voi olla haastavaa sillä turvallisuuden, virheettömyyden ja tehokkuuden vaatimukset ovat usein ristiriidassa keskenään. Tässä työssä esitellään hilapohjaista kryptografiaa sekä kootaan yhteen erilaisia menetelmiä, joita voidaan hyödyntää parametrien valinnassa. Työssä myös esitetään, kuinka näitä menetelmiä on käytetty kvanttiturvallisen allekirjoitusalgoritmi CRYSTALS-Dilithiumin tapauksessa.