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后量子密码算法的软件实现研究
2024年
基于公钥密码算法的各类安全技术已经成为了目前网络空间安全的重要基石,在构建信任体系、保护传输安全、身份鉴别等方面发挥着举足轻重的作用.然而,利用Shor算法,量子计算机可以在多项式时间内破解RSA、ECC等当前主流公钥密码体制所依赖的数学困难问题.随着量子计算技术的发展,这一安全威胁日益迫近,所以学术界和工业界都致力于研制抵御量子计算机攻击的公钥密码体制.NIST后量子密码标准化项目是目前最具代表性的项目之一,它于2017年征集了数量众多、种类多样的后量子密码方案,目前已产生阶段性结果.除了算法安全性分析之外,各后量子密码算法的软件实现性能也是该项目评价其优劣的重要指标之一.本文围绕六类主要的后量子密码算法,以密码算法软件实现的视角,详细分析了每一类的代表方案及其主要计算负载、优化算法以及软件实现特点;并基于x86和ARM平台,全面梳理和总结了各文献中提出的、特定类型算法的加速技术和通用优化方法.
周天郑昉昱林璟锵魏荣唐文煦
关键词:公钥密码软件实现
量子软件密码模块的设计与实现
2024年
随着以人工智能、大数据和物联网为代表的信息技术革命的推进,数据成为国家、企事业单位的重要资产和持续创新的推动力.因此,如何为终端接入提供安全通道、保证业务数据的安全传输和存储、防止数据泄露又具备抵抗量子计算等新兴攻击技术的能力已成为一个迫切需要解决的难题.为应对这一挑战,以量子保密通信技术为基础,提出了基于量子技术的软件密码模块,重点阐述了量子软件密码模块的设计及实现,重点包括整体架构设计、功能设计以及接口对接,并对量子软件密码模块进行了测试验证,该模块采用量子密码与经典密码融合的方式为业务数据的安全传输和存储等提供了一种高效、安全的解决方案,具有广阔的应用场景。
李森韦宇星
关键词:量子密码数据安全密码模块保密通信
混沌密码理论研究与应用新进展
2024年
混沌密码研究主要包括混沌序列密码、混沌分组密码和混沌公钥密码。混沌序列密码具有软硬件实现简单、加解密处理速度快、没有或只有有限的错误传播等特点。混沌序列密码的设计方面研究成果极为丰硕,但其安全性分析一般停留在统计性验证分析阶段,而对可证明安全性或其他有条件安全性的证明和分析很少,因此证明混沌序列密码的安全性已成为该领域亟需填补的空白。混沌分组密码的研究颇为成熟,但其整体结构一般受限于Feistel结构、SPN结构、Lai-Massey结构及其变形结构。因此,构建突破传统结构的创新性密码架构成为混沌分组密码亟待解决的关键问题之一。混沌公钥密码的研究相对薄弱,利用混沌系统特有的密码特性和公钥密码系统相结合的混沌公钥密码算法不仅具有理论研究意义,而且具有实际应用价值。混沌系统也被广泛应用于通信传输、语音加密、图像加密和扩频通信等保密通信领域。电、光混沌系统实现简便,其计算复杂性不会随着密钥空间的增大而明显增大,能够为无线通信、物理层链路安全、应用层数据安全等不同场景提供安全保护。
赵耿马英杰董有恒
关键词:保密通信混沌系统
工业互联网商用密码应用体系研究被引量:1
2024年
工业互联网是新型基础设施建设的重要组成部分,商用密码是保障工业互联网安全的核心技术和基础支撑.研究并分析了工业互联网安全风险和商用密码应用需求,从技术、管理、测评3个维度构建了工业互联网商用密码应用体系.基于工业互联网商用密码应用体系,可形成商用密码在工业互联网应用时“如何建、如何用、如何管、如何评”的体系化解决方案,对持续提升工业互联网基于商用密码技术的内生安全保障能力和创新能力,推动工业化与信息化在更广范围、更深程度、更高水平上实现融合发展,具有重要借鉴意义.
王伟忠闫瑞泽查奇文王聪
面向后量子密码算法的哈希签名方案被引量:1
2024年
基于哈希的签名方案是后量子密码标准化程度最高的算法,但由于该类方案的一些技术特点和限制,在实际中的应用还处于探索实践阶段。因此,发现并解决应用基于哈希的签名方案的限制和困难对于其广泛应用是非常有必要的。首先概述了基于哈希的签名方案的产生及演变,对目前已标准化的方案进行了横纵对比分析;其次使用国产SM3算法实例化FIPS205中底层的哈希算法,给出了初步的实验结果和对比分析,进一步表明SM3实例化SPHINCS+方案的可行性,推进我国无状态的基于哈希的签名方案的标准化进程;最后对基于哈希签名方案的应用进行了总结和建议,为其广泛应用和后量子密码迁移提供参考。
张小青石元兵张舒黎王良成黄锦黄妙
关键词:哈希算法数字签名
基于DNA和对称密码的一次一密加密算法
2024年
针对区块链中现有的密码学算法无法对抗量子计算机攻击的问题,本文提出了一种新的基于DNA密码和对称密码的一次一密加密算法。通过建立一次一密DNA密码本、利用PCR(Polymerase Chain Reaction)技术实现密钥分配;根据对称密码学中的DES(Data Encryption Standard)算法形成密文来完成加密过程,给出加密算法的实现算例、加密算法的应用过程和安全分析。由于DNA密码和对称密码的特性,该算法具有良好的抗量子性能,利用该算法对区块链中现有的算法加以改进,可以实现更高效和更安全的加密。
陈洪军景清武李丹妮石升
关键词:区块链一次一密加密算法
面向格密码的可配置基-4 NTT硬件优化与实现
2024年
针对数论变换(NTT)优化格密码算法中的多项式乘法问题,以及NTT设计趋向多应用场景的需求,提出了一种面向格密码的可配置基-4 NTT硬件结构。通过分析基-4 NTT/INTT(Inverse NTT)算法流程,设计了高效的现场可编程门阵列(FPGA)整体结构。该结构具备参数化的运行时可配置性和满足多样化需求的编译时可配置性,以流水线方式构建基-4 NTT统一化蝶形单元,并对模除、模约减等关键模块进行优化,提高了计算效率和可配置性。此外,提出可配置多RAM存储优化设计方案及数据存储分配算法,以避免内存冲突、提高数据访问效率。与相关方案的对比及分析表明,以Dilithium算法为例,所提方案不仅具有较高的工作频率,还实现了面积上高达54.3%的优化和吞吐量高达2倍的提升,能够充分发挥FPGA的计算优势。
周清雷韩贺茹李斌李斌
关键词:多项式乘法现场可编程门阵列蝶形单元
基于AVX512的格密码高速并行实现
2024年
量子计算的迅速发展可能对当前广泛使用的公钥密码算法造成严重威胁。格密码因优秀的抗量子安全性和高效的计算效率在后量子密码中占据重要地位。美国国家标准技术研究院于2022年5月公布4个后量子密码标准,其中3个是格密码算法,Kyber算法便是其中之一。随着后量子密码标准的确定,Kyber算法高效实现的需求日益增加。基于512位高级向量扩展(AVX512),对Kyber算法进行优化与高速并行实现。使用惰性模约减、优化的蒙哥马利模约减及优化的快速数论变化等技术,充分利用计算机的存储空间,减少大量不必要的模约减操作,提高多项式计算的效率与并行性。采用冗余比特技术,增强多项式抽样过程中比特的并行处理能力。通过AVX512的512 bit位宽和8路并行实现哈希运算,并对其产生的伪随机比特串进行合理调度,充分发挥并行性能。基于AVX512指令集高速并行实现Kyber上的多项式计算和抽样,并进一步实现整个Kyber公钥加密方案。性能测试结果表明,与C语言实现相比,基于AVX512实现的密钥生成和加密算法获得了10~16倍的加速,解密算法获得了约56倍的加速。
雷斗威何德彪罗敏彭聪
关键词:公钥加密并行计算
A novel hybrid authentication protocol utilizing lattice-based cryptography for IoT devices in fog networks
2024年
The Internet of Things(IoT)has taken the interconnected world by storm.Due to their immense applicability,IoT devices are being scaled at exponential proportions worldwide.But,very little focus has been given to securing such devices.As these devices are constrained in numerous aspects,it leaves network designers and administrators with no choice but to deploy them with minimal or no security at all.We have seen distributed denial-ofservice attacks being raised using such devices during the infamous Mirai botnet attack in 2016.Therefore we propose a lightweight authentication protocol to provide proper access to such devices.We have considered several aspects while designing our authentication protocol,such as scalability,movement,user registration,device registration,etc.To define the architecture we used a three-layered model consisting of cloud,fog,and edge devices.We have also proposed several pre-existing cipher suites based on post-quantum cryptography for evaluation and usage.We also provide a fail-safe mechanism for a situation where an authenticating server might fail,and the deployed IoT devices can self-organize to keep providing services with no human intervention.We find that our protocol works the fastest when using ring learning with errors.We prove the safety of our authentication protocol using the automated validation of Internet security protocols and applications tool.In conclusion,we propose a safe,hybrid,and fast authentication protocol for authenticating IoT devices in a fog computing environment.
Kumar Sekhar RoySubhrajyoti DebHemanta Kumar Kalita
关键词:AUTHENTICATIONFAIL-SAFE
NIST附加数字签名标准化评选中的多变量公钥密码算法研究综述
2024年
近年来人们对量子计算机进行了大量研究,大规模量子计算机一旦问世,在它们投入实际场景使用后,基于传统密码学的公钥密码系统将不再安全。作为抗量子密码的优秀候选方案,多变量公钥密码受到了来自密码学界的广泛关注,本文研究的目的是评估NIST第一轮附加数字签名标准候选方案中的多变量密码算法的安全性和效率,以确定其在后量子密码学中的应用潜力。本文将简要综述当前参与第一轮附加数字签名方案评选的多变量密码算法,对这10个多变量算法按照陷门构造的不同进行分类,之后对各个分类的多变量算法和NIST已经标准化的密码算法进行对比分析,最后结合当前多变量密码学的研究进展对综述涉及的多变量密码算法进行前景展望和归纳总结。
严梓洋满子琪张艳硕陈颖

相关作者

王建东
作品数:212被引量:925H指数:14
供职机构:南京理工大学
研究主题:数据挖掘 机场噪声 关联规则 时间序列 聚类
任勇军
作品数:66被引量:178H指数:5
供职机构:南京信息工程大学
研究主题:存储数据 双线性对 累加器 素数阶 可证安全
陈火旺
作品数:242被引量:2,269H指数:26
供职机构:国防科学技术大学计算机学院
研究主题:人工智能 程序设计 计算机 遗传算法 软件工程
杨扬
作品数:340被引量:1,301H指数:17
供职机构:清华大学
研究主题:网格服务 服务质量 QOS 随机PETRI网 云计算
周志逵
作品数:16被引量:85H指数:5
供职机构:北京理工大学
研究主题:面向对象 数据库 地理空间 元数据管理系统 主动数据库