现代密码学依赖于所谓的离散对数问题,尤其是在椭圆曲线上。然而,在1994年,提出了一种能够在多项式时间内解决此问题的量子算法。这是Quatum加密后的开始;在量子计算机的存在下,对新的加密协议的研究仍然是安全的。迷宫等。[11]引入了基于对集合的半群操作定义键交换协议的一般框架。他们的工作可以看作是在代数环境中的Di out-Hellman [12]和Elgamal [13]方案的概括。在其原始纸张中,他们提出了一个使用有限的简单半程的示例,该示例最近在[14]中进行了密码分析。然而,根据Maze等人的思想,已经制定了几种加密协议。例如,在[10]中,Kahrobaei和Koupparis探索了基于非交通群
预译者密码学的最早历史可以追溯到人类使用书面交流的时间。在发明计算机之前,人们倾向于选择密码来加密和解密消息。这种交流的一个著名例子是凯撒·密布(Caesar Cipher),朱利叶斯·凯撒(Julius Caesar)在公元前58年左右使用。[6]。凯撒密码(也称为移位密码)是一种替代方法,可以将字母移动到字母1下方的固定位置,这可以使消息无法理解而无需解密。但是,凯撒密码不是加密消息的安全方法。在我们的日常沟通中,某些字母将比其他字母更频繁地使用。将每日通信中每个字母的平均频率与发送的加密消息中的频率进行比较,可以轻松确定普通字母和密码字母之间的相关性。在中世纪后期,随着密码分析的发明,简单的替代方案不再是安全的,从而促使密码学和密码分析进一步发展。从同态密码到多型密码密码,人类开始使用每个字母的多个替代品来提高安全水平。由于他们能够保持信息不受局外人的解释的能力,因此这些密码和密码自18世纪以来一直在军队和政治事务中使用。第二次工业革命先进的加密和密码分析提高到更高的水平。虽然军方可以使用收音机和电报更有效地进行交流,但是这些消息的风险更高,被敌人干扰或解密。为了解决无线电通信出现的问题,各国发明了不同的加密机,以创建令人难以置信的复杂的多Yale-Polyphabetic密码,例如,具有多个转子的Enigma机器和使用开关的紫色机器。然后,随着计算机密码学的发展,数学家和计算机科学家发明了两种密码学:私钥密码学和公共密钥密码学[4]。在私有密钥密码学中,私钥在发件人和接收器之间共享,并用于加密和解密。公共密钥密码学需要一个公共密钥,该公共密钥已发布供加密和一个私钥,该密钥保存
摘要 :当代密码算法能够抵御最严重的网络安全威胁和引人注目的网络攻击。近年来,信息安全科学家和研究人员已经开发出各种密码方案,能够抵御使用最复杂(就处理器速度而言)的经典计算机进行的攻击。然而,随着量子计算机的出现,这种抵抗力很快就会消失。在本文中,我们根据人们普遍认为量子计算机和量子算法对当前安全的密码原语的威胁对其进行了分析。我们发现,Grover 和 Shor 的基于量子的算法实际上分别对对称密码系统(例如 128 位 AES)和非对称(公钥)密码系统(例如 RSA、Elgamal、椭圆曲线 Diffie Hellman (ECDH) 等)的持续安全性构成了威胁。我们发现,这些算法之所以比当前系统更具有密码分析能力,是因为它们(Grover 和 Shor)都为各自的算法配备了量子电路组件,可以通过将单个电路应用于 n 量子位输入的所有可能状态来并行执行 oracle。量子计算机和基于量子的算法具有这种指数级的处理能力,因此当前的密码系统很容易被破解,因为这些算法可以解决底层数学问题,例如整数分解、离散对数问题和椭圆曲线问题,这些问题构成了受影响密码系统安全性的基础。基于这一认识,作为我们为后量子时代做好准备的一部分,我们探索了其他数学结构(格、哈希、代码、同源性、基于高熵的对称密钥抗性和多元二次问题),这些结构的难度可能超过量子计算机和基于量子的算法所带来的密码分析噩梦。我们的贡献是,基于这项研究的结果,我们可以自信地断言,对于严重依赖 HTTPS、TLS、PGP、比特币等协议和应用程序的组织来说,一切希望都没有破灭,这些协议和应用程序的安全性源自濒临灭绝的密码系统。 稿件于 2023 年 5 月 6 日收到 | 修订稿件于 2023 年 5 月 13 日收到 | 稿件于 2023 年 6 月 15 日接受 | 稿件于 2023 年 6 月 30 日发布。 * 通信作者
摘要:能够运行 Grover 搜索算法的量子计算机可能会削弱对称密钥加密和哈希函数的安全强度,该算法可将暴力攻击的复杂度降低一个平方根。最近,量子方法研究提出使用 Grover 搜索算法结合对称密钥加密和哈希函数的优化量子电路实现来分析潜在的量子攻击。分析对密码的量子攻击(即量子密码分析)并估计所需的量子资源与评估目标加密算法的后量子安全性有关。在本文中,我们重新审视了超轻量级密码 CHAM 分组密码的量子实现,重点是优化其密钥计划中的线性运算。我们通过应用新颖的优化分解技术将 CHAM 的线性方程优化为矩阵。使用改进的 CHAM 量子电路,我们估算了 Grover 密钥搜索的成本,并在进一步降低成本的情况下评估后量子安全强度。
定时的加密研究原始图,仅保留其安全性,仅在预定的时间内,例如顺序工作的证据和时间锁定难题。此功能已被证明在大量实际应用中很有用,例如随机性产生,密封竞标拍卖和公平的多方计算。但是,定时密码学中的当前状态不令人满意:几乎所有有效的结构都依赖于单个顺序假设,即在未知顺序组中重复平方群无法平行。这是经典环境中的单个失败点,甚至是针对量子对手的错误。在这项工作中,我们提出了一个新的顺序假设,该假设本质上说,基于标准晶状体的哈希函数的重复应用不能并行。我们提供了该假设有效性的具体证据,并进行了一些初始的密码分析。我们还提出了一个新模板,以基于晶格技术来构建顺序工作的证明。
摘要:本研究提出将基于 BB84 协议的量子密钥分发 (QKD) 与改进的逻辑映射 (ILM) 相结合,以提高数据传输的安全性。该方法将 BB84 的量子密钥形成与 ILM 加密相结合。这种组合创建了一个额外的安全层,默认情况下,BB84 上的操作只是 XOR 替换,而 ILM 的加入会在量子密钥上创建排列操作。实验使用多种量子测量进行测量,例如量子比特误码率 (QBER)、极化误码率 (PER)、量子保真度 (QF)、窃听检测 (ED) 和基于纠缠的检测 (EDB),以及经典密码分析,例如比特误码率 (BER)、熵、直方图分析、归一化像素变化率 (NPCR) 和统一平均变化强度 (UACI)。结果表明,该方法获得了令人满意的结果,特别是QF和BER达到了完美的水平,EBD也达到了0.999。
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• 利用未来量子计算能力的网络入侵和攻击可能会威胁数据机密性和完整性,或破坏依赖于公钥加密的重要访问控制。 • 运营技术 (OT) 平台、网络和环境对加密的依赖程度通常低于信息技术 (IT) 平台,但在极少数关键情况下,可能容易受到密码分析相关量子计算机 (CRQC) 入侵的攻击。 • OT 可能特别容易受到攻击,因为它与 IT 平台有连接或关联,并且直接或间接依赖公钥加密功能,包括加密和解密、签名和验证模式以及身份和访问管理机制。 • OT 供应商、所有者和运营商应规划新兴的 CRQC 功能并实施缓解措施,包括通过强大的 OT 网络分段将 OT 暴露于量子威胁的可能性降至最低,在适当的情况下使用抗量子算法,确保应用程序和协议中的加密敏捷性,并将量子缓解考虑因素应用于平台更新计划和升级生命周期。
无条件安全性意味着对加密文本的知识没有提供有关相应宣传的任何信息;或更多,无论攻击者可用的密码数量如何,任何密码分析都不会破坏密码。到目前为止,只有一次性PAD(OTP)方法以明确的假设符合此条件。在当前应用程序中需要对加密数据进行操作的同态加密方案的设计才能达到最高的隐私水平。但是,使用OTP的现有对称解决方案有关键管理问题;它们不是线性加密,这意味着它们具有较高的计算复杂性,其中一些不符合所有同构特性。即使攻击者具有强大的计算能力,即使考虑到这些问题,本文也会模拟OTP,并实现对密码分析的最大阻力。提出的基于OTP的方法的第一个主要优势是它仅使用单个预共享密钥。键由两个部分组成,固定数量的位,然后是随机位;每个部分的大小取决于系统的鲁棒性。对所提出的技术的分析表明,它通过使用其他键来加密每个消息来提供完美的隐私。
现代密码学依赖于使用精确的数学定义和严格的证明来保证在特定对手策略模型下达到一定的安全级别。因此,设计一个可靠的密码原语或协议通常是一项艰巨的任务,对其进行密码分析也是如此。在这方面,人工智能 (AI) 提供了许多有趣的方法和工具来解决密码方案设计中的问题。通过查看现有文献,可以发现许多作品使用人工智能领域的各种方法来解决与密码学相关的几个用例。根据潜在问题的性质,可以将这些作品分为两个主要领域:搜索和优化。密码原语设计中的几个问题可以归结为离散搜索空间上的组合优化问题,例如,搜索具有所需加密属性的布尔函数和 S 盒等,它们是对称加密方案设计的基本构建块。为此,基于人工智能的启发式技术,如进化算法[51]、模拟退火[14]和群体智能[37]已被证明对于解决与密码学相关的优化问题非常有用。计算模型。第二个领域涉及使用属于人工智能领域的计算模型作为密码方案设计的组成部分。在这种情况下,基本思想是将整体方案的安全性与此类计算模型的复杂动态行为联系起来,这些计算模型原则上很难进行密码分析。也许这个研究线索中最著名的例子是细胞自动机,它主要用于设计对称加密原语,如用于流密码的伪随机数生成器(PRNG)[66,67]和用于分组密码的 S 盒 [20,39]。本章旨在对使用人工智能方法和模型设计密码原语和协议的最新进展进行概述,重点关注上述两个领域。特别是,我们考虑了基于人工智能的密码学最重要的用例,即布尔函数、S 盒和伪随机数生成器 (PRNG) 的设计。对于每个用例,我们介绍相应的密码设计问题,然后概述相关文献。最后,我们考虑了该研究领域在未来几年可能发展的两个新方向。本章的其余部分组织如下。第 2 节简要介绍了密码学的基本概念,并涵盖了与基于人工智能的启发式技术和细胞自动机相关的基本概念。第 3 至第 5 节重点介绍用于设计密码原语的人工智能技术,特别是布尔函数、S 盒和伪随机数生成器的用例。最后,第 6 节在最后讨论了基于人工智能的密码学领域的未解决的问题和未来研究的方向。