Kategorie Kryptografie

Im Jahr 2016 kündigte das National Institute of Standards and Technology (NIST) einen Standardisierungsprozess für quantensichere kryptografische Primitive an. Ziel war es, sichere Schlüsselkapselungsmechanismen (KEM) und Signaturverfahren zu finden. Ein einzigartiger Ansatz war das PICNIC-Signaturverfahren, das das MPC-in-the-Head-Paradigma (MPCitH) nutzt und als besonders sicher gilt, weil es auf gut erforschten Blockchiffren und Hash-Funktionen beruht. PICNIC wurde vom NIST als alternativer Kandidat angekündigt. Daraufhin wurden viele auf PICNIC aufbauende Nachfolgeverfahren wie BBQ, Banquet und FEAST vorgeschlagen, die verschiedene Blockchiffren und Variationen des ursprünglichen Konstruktionsparadigmas verwenden. Im Jahr 2022 kündigte das NIST eine zweite Ausschreibung speziell für Signaturverfahren an. Auf dem MPC-in-the-Head-Paradigma basierende Signaturschemata wurden aufgrund der Fülle der Anträge zu einer eigenen Kategorie. Dieser Artikel erklärt die Kernidee und Funktionalität früher MPCitH-basierter Signaturverfahren und wie wir am Fraunhofer AISEC diese Konzepte nutzen.

In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte bei der Erforschung und Entwicklung von Quantencomputern erzielt. Ein voll entwickelter Quantencomputer wird in der Lage sein, eine Reihe von mathematischen Problemen – wie die ganzzahlige Faktorisierung und den diskreten Logarithmus – effizient zu lösen, die die Grundlage für eine Vielzahl von kryptografischen Verfahren bilden. Im Jahr 2016 hat das US-amerikanisch National Institute of Standards and Technology (NIST) einen offenen Wettbewerb ausgeschrieben, mit dem Ziel, geeignete Algorithmen für quantenresistente Kryptografie zu finden und zu standardisieren. Die Standardisierungsbemühungen des NIST streben sichere Post-Quanten-KEMs und digitale Signaturen an. In diesem Artikel werden zwei der zu standardisierenden Algorithmen, Kyber und Dilithium, vorgestellt und einige ihrer mathematischen Details skizziert. Beide Algorithmen basieren auf sogenannten Gittern und dem darauf aufbauenden »Learning with Errors«, die im Artikel näher beleuchtet werden.

Die Bedrohung der heute verwendeten asymmetrischen Kryptografie durch Quantencomputer ist in der wissenschaftlichen Community seit mehr als 25 Jahren bekannt - seit Peter Shor einen polynomiellen Algorithmus zur Primfaktorzerlegung und zum Lösen des diskreten Logarithmus auf einem Quantencomputer veröffentlichte. In den letzten Jahren warnen Krypto-Expert*innen verstärkt vor der voranschreitenden Entwicklung kryptografisch relevanter Quantencomputer.

Die Forschung am Fraunhofer-Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC zur Post-Quanten-Kryptografie (PQC), hat das Ziel, Unternehmen, staatlichen Einrichtungen sowie Bürger*innen auch weiterhin benutzbare und langfristig sichere Kryptografie und somit Datensicherheit zu ermöglichen. In diesem Blogartikel geben wir eine kurze Übersicht über vier aktuelle Projekte.