Kvanttiturvallinen salaus
Kvanttiturvallinen salaus (Malline:K-en, PQC) tarkoittaa salausmenetelmää, joka tarjoaa tietoturvaa kun tulevaisuuden kvanttitietokoneet yleistyvät. Perinteisille tietokoneille vaikeat algoritmit ovat kvanttitietokoneilla helposti ratkaistavissa, jolloin esimerkiksi julkisen avaimen salaus voidaan murtaa kvanttitietokoneella.[1][2] Esimerkiksi Peter Shorin vuonna 1994 esittelemä Shorin algoritmi olisi tehokas tapa alkulukujen etsimiseen kvanttitietokoneella ja mahdollisesti tehokkaampiakin tapoja on esitetty.[3][4] Symmetrisen salauksen menetelmät eivät ole yleensä alttiita Shorin algoritmilla murtamiselle, mutta ne ovat alttiita Groverin algoritmilla murtamiselle. Groverin algoritmilla etsittäessä avaimen tarjoama suoja on , jolloin 128-bittinen avain (AES-128, ) tarjoaa vain 64-bittiseen avaimeen () verrattavan suojauksen.[5] NIST ajaa hanketta kvanttiturvallisen salauksen standardoimisesta ja ilmoitti kolmen FIPS-standardin hyväksynnästä elokuussa 2024.[6][5][7]
Vaikka kvanttitietokoneet voivat murtaa menetelmiä kuten RSA, DSA ja ECDSA, on olemassa myös joukko menetelmiä, jotka ovat turvallisia sekä kvanttitietokoneita että perinteisiä tietokoneita vastaan.[8] Menetelmät, jotka riippuvat suurten lukujen jakamisesta alkutekijöihinsä, tai elliptisen käyrän salaus, ovat heikkoja kvanttitietokoneita vastaan.[9] Kryptografiseen tiivisteeseen perustuva julkisen avaimen salaus on eräs menetelmä, joka on vahva myös kvanttitietokoneita vastaan. Kvanttitietokoneet eivät vielä ole onnistuneet ratkaisemaan NP-täydellisiä ongelmia. Monen muuttujan salaus on vahva, mutta sisältää hyväksikäytettäviä rakenteita ja heikkouksia löydetään jatkuvasti.[8][9] Eräät tahot ovat aloittaneet siirtymisen hilapohjaisiin salausmenetelmiin, jotka perustuvat joukoille vektoreita.[3][10]
NIST on hyväksynyt kolme FIPS-standardia kvanttiturvalliseen salaukseen:[7]
- FIPS 203 on menetelmä avainten vaihtoon julkisen kanavan yli
- FIPS 204 ja FIPS 205 ovat digitaalisen allekirjoituksen menetelmiä
FIPS 203 kuvaa ML-KEM -avaintenvaihtomekanismin (Module-Lattice-Based Key-Encapsulation Mechanism). Menetelmä sisältää algoritmeja, jotka perustuvat aiempaan CRYSTALS-Kyber -ehdotukseen eräillä eroavaisuuksilla. Menetelmässä käytetään tarkoituksella lisättyä häiriötä, jolloin lineaariyhtälön ratkaiseminen on vaikeaa ilman yksityistä avainta.[11]