A kriptográfia egy ősrégi módszer az információk titkosítására kódok sorozatával. Általában egy sor összetett matematikai képletet használnak az adatok biztonságára, és a kulcsok csak a szándékolt felek számára állnak rendelkezésre.
Manapság azonban különféle típusú kriptográfiai technikákat alkalmaznak. Az egyik a rács alapú kriptográfia, amely a matematikai rácsok fogalmára támaszkodik, gyakran a rejtjel felépítésében vagy annak bizonyításakor.
Tehát beszéljük meg, mi az a rácsalapú kriptográfia, fontossága és fő előnyei.
Mi az a rács alapú kriptográfia?
A rácsalapú kriptográfia egyre népszerűbb, ahogy a világ készül a kvantumszámítástechnika megjelenésére. Posztkvantum kriptográfia felkapja a gőzt, különösen azért, mert számos áttörés történt a kvantumszámítási térben.
A rács alapú kriptográfia egyfajta kriptográfiai rendszer, amely a rács matematikai koncepcióján alapul. Egy rácsban vonalak kapcsolják össze a pontokat, hogy geometriai szerkezetet alkossanak. A rács alapú titkosításban ez a geometriai struktúra kódolja és dekódolja az üzeneteket.
A rács természetéből adódóan nehéz betörni egy rács alapú kriptográfiai rendszerbe, mivel egyes minták a végtelenségig terjednek. Ez vonzó alternatívává teszi a rácsalapú titkosítást gyakori titkosítási típusok mint az RSA, amelyről bebizonyosodott, hogy sebezhető a támadásokkal szemben.
A rács alapú kriptográfia lehetővé teszi az üzenetek olyan kódolását, hogy azokat csak az tudja dekódolni, aki ismeri a megfelelő kulcsot. Képzeljük el például, hogy két rácsunk van, az egyik 10, a másik pedig 100 pontos.
Ha véletlenszerűen választana ki két pontot minden rácsból, akkor bonyolult lenne meghatározni, hogy a 10 pontos rács melyik pontja felel meg a 100 pontos rács melyik pontjának. Ha azonban ismerné a helyes kulcsot, könnyen összeegyeztetheti a pontokat és dekódolhatja az üzenetet.
Érdekes módon az olyan rácsalapú titkosítások, mint a Dilithium és a Kyber, nagy lehetőséget mutattak arra, hogy ellenálljanak a támadásoknak. kvantumszámítás források, és széles körben példának tekintik őket kvantumbiztos titkosítás.
A rács alapú kriptográfiai algoritmusok két nagy kategóriába sorolhatók: kulcsos és kulcs nélküli algoritmusok. A kulcsos algoritmusok, például az NTRUEncrypt algoritmus, titkos kulcsot igényelnek az üzenetek titkosításához és visszafejtéséhez. A kulcs nélküli algoritmusok, mint például a Dual EC_DRBG algoritmus, nem igényelnek privát kulcsot.
A rácsok megértése
A rácsalapú rejtjel felépítésének megfelelő megértéséhez létfontosságú a rácsok és az őket körülvevő matematikai problémák ismerete.
A rácsokat a matematikusok alaposan tanulmányozták, és számos érdekes tulajdonsággal rendelkeznek. Például minden kétdimenziós rácsnak van alapja, a rácsot meghatározó vektorok halmaza. Az egy bázisban lévő vektorok számát a rács rangjának nevezzük.
Egy ilyen rács alapja a (2, 0) és (0, 2) vektorok. Ennek a rácsnak a rangja 2 lenne. A rácsok másik érdekes tulajdonsága, hogy három kategóriába sorolhatók: periodikus, aperiodikus vagy kaotikus.
A periodikus rács az, ahol a minta újra és újra megismétlődik hézagok vagy átfedések nélkül. Aperiodikus rács az, ahol a minta nem ismétlődik pontosan, de nincsenek hézagok vagy átfedések. A kaotikus rács olyan, amelynek a mintában hézagok vagy átfedések vannak, ami véletlenszerűséget vezet be az egyenletbe.
A rács alapú algoritmusok biztonsága gyakran attól függ, hogy bizonyos matematikai terveket hogyan lehet rácsokon megoldani. Két gyakori probléma például a legközelebbi vektor probléma (CVP) és a legrövidebb vektor probléma (SVP). Az előbbi egy matematikai probléma, amelyben meg kell találni a legrövidebb "nem nulla" vektort egy adott rácsban.
A legközelebbi vektorprobléma az a probléma, amelyben meg kell találni egy adott rácsban azt a vektort, amely a legközelebb van egy adott vektorhoz. Úgy gondolják, hogy mind az SVP, mind a CVP számítási szempontból összetett probléma. Ennek eredményeként az ezeken a problémákon alapuló algoritmusok ellenállnak a klasszikus számítógépek támadásainak.
A rácsalapú kriptográfia használatának négy előnye
A rácsalapú kriptográfia számos előnnyel rendelkezik a hagyományos titkosításokhoz képest. Néhány közülük a következő:
1. Továbbfejlesztett biztonság
A rácsalapú kriptográfia egyik legnagyobb előnye, hogy fokozott biztonságot kínál. Ennek az az oka, hogy a rácsokat nehezebb feltörni, mint a titkosításhoz általánosan használt matematikai struktúrákat, például az elliptikus görbéket.
2. Gyorsabb számítási idő
A rácsalapú kriptográfia másik előnye, hogy sokkal gyorsabban kiszámítható, mint más kriptográfiai algoritmusok. Ez azért fontos, mert a gyorsabb számítási idő javíthatja a teljesítményt, különösen a valós idejű válaszokat igénylő alkalmazásokban, mint például a streaming média vagy az online játékok.
3. Alacsonyabb energiafogyasztás
Amellett, hogy gyorsabbak, a rácsalapú kriptográfiai algoritmusok kevesebb energiát is fogyasztanak, mint más típusú kriptográfiai algoritmusok. Ennek oka, hogy olyan hardverben is megvalósíthatók, amely kevesebb energiát igényel.
Például a kriptovaluta bányászatára tervezett processzorok bizonyos típusai akár többszörösen energiahatékonyabbak, mint a hagyományos processzorok, ha rács alapú kriptográfiai algoritmusokat futtatnak.
4. Rugalmas és könnyen kivitelezhető
A rácsalapú kriptográfia használatának másik előnye, hogy viszonylag könnyen megvalósítható. Más módszerek, mint például az elliptikus görbe kriptográfia, meglehetősen összetettek lehetnek, és nagy mennyiségű számítógépes erőforrást igényelnek.
A rács alapú kriptográfia megvalósítható kész hardveren, ami elérhetőbbé és olcsóbbá teszi. Ezenkívül nincsenek speciális követelmények a rács alapú kriptográfia megvalósításához.
Ennél is fontosabb, hogy a rácsalapú rejtjelek számos különböző alkalmazáshoz használhatók. Használható például digitális aláírásra, jelszó alapú titkosításra és kulcscserére. Ezen túlmenően a rács felépítésének számos módja van, ami azt jelenti, hogy sok rugalmasság van a felhasználásban.
Az új kriptográfiai szabványok népszerűsége várhatóan növekedni fog
Amint a globális biztonsági szakértők a kvantumálló kriptográfiai szabványokat vizsgálják, más szabványok, például a rácsalapú kriptográfia népszerűsége növekedni fog. Mivel a kvantumszámítógépek gyorsan, másodpercek alatt képesek megoldani azokat a problémákat, amelyek a hagyományos számítógépeknek több mint 100 000 évbe telnek, ezért ereje könnyedén legyőzheti a ma használt titkosítási protokollokat.
A kvantumszámítógépek komoly veszélyt jelentenek számos titkosítási szabványra, amelyek eddig kiállták az idő próbáját. Ennek ellenére számíthatunk arra, hogy a kriptográfia megváltozik és fejlődik, különösen akkor, amikor a kvantumgépek, amelyek képesek felülmúlni a szuperszámítógépeket, idővel általánossá válnak.
