Articulo de referencia

Estandarización de la criptografía postcuántica del NIST

La estandarización de la criptografía post-cuántica [ 1 ] es un programa y concurso del NIST para actualizar sus estándares e incluir la criptografía post-cuántica . [ 2 ] Se an...

La estandarización de la criptografía post-cuántica [ 1 ] es un programa y concurso del NIST para actualizar sus estándares e incluir la criptografía post-cuántica . [ 2 ] Se anunció en PQCrypto 2016. [ 3 ] Se presentaron veintitrés esquemas de firma y cincuenta y nueve esquemas de cifrado/ KEM antes de la fecha límite inicial de presentación a finales de 2017 [ 4 ] , de los cuales sesenta y nueve en total se consideraron completos y adecuados y participaron en la primera ronda. Siete de estos, de los cuales tres son esquemas de firma, avanzaron a la tercera ronda, que se anunció en julio de 2020. [ 5 ]

El 13 de agosto de 2024, el NIST publicó las versiones finales de los tres primeros estándares criptográficos post-cuánticos: FIPS 203, FIPS 204 y FIPS 205. [ 6 ]

Fondo

La investigación académica sobre el impacto potencial de la computación cuántica se remonta al menos a 2001. [ 7 ] Un informe publicado por el NIST en abril de 2016 cita a expertos que reconocen la posibilidad de que la tecnología cuántica haga que el algoritmo RSA, de uso común , sea inseguro para 2030. [ 8 ] Como resultado, se buscó la necesidad de estandarizar primitivas criptográficas seguras frente a la computación cuántica . Dado que la mayoría de las primitivas simétricas son relativamente fáciles de modificar de manera que sean resistentes a la computación cuántica, los esfuerzos se han centrado en la criptografía de clave pública, es decir, las firmas digitales y los mecanismos de encapsulación de claves . En diciembre de 2016, el NIST inició un proceso de estandarización anunciando una convocatoria de propuestas. [ 9 ]

Primera ronda

Se consideraron los siguientes: [ 10 ] ( el tachado significa que se había retirado)

Ataques publicados en la primera ronda de presentaciones

  • Adivina de nuevo por Lorenz Panny [ 18 ]
  • RVB por Lorenz Panny [ 19 ]
  • RaCoSS de Daniel J. Bernstein , Andreas Hülsing, Tanja Lange y Lorenz Panny [ 20 ]
  • HK17 por Daniel J. Bernstein y Tanja Lange [ 21 ]
  • SRTPI por Bo-Yin Yang [ 22 ]
  • WalnutDSA
    • por Ward Beullens y Simon R. Blackburn [ 23 ]
    • por Matvei Kotov, Anton Menshov y Alexander Ushakov [ 24 ]
  • DRS de Yang Yu y Léo Ducas [ 25 ]
  • DAGS de Elise Barelli y Alain Couvreur [ 26 ]
  • Edon-K de Matthieu Lequesne y Jean-Pierre Tillich [ 27 ]
  • RLCE de Alain Couvreur, Matthieu Lequesne y Jean-Pierre Tillich [ 28 ]
  • Hila5 de Daniel J. Bernstein, Leon Groot Bruinderink, Tanja Lange y Lorenz Panny [ 29 ]
  • Giophantus de Ward Beullens, Wouter Castryck y Frederik Vercauteren [ 30 ]
  • RankSign por Thomas Debris-Alazard y Jean-Pierre Tillich [ 31 ]
  • McNie, de Philippe Gaborit; [ 32 ] Terry Shue Chien Lau y Chik How Tan [ 33 ]

Segunda ronda

Los candidatos que pasaron a la segunda ronda fueron anunciados el 30 de enero de 2019. Son: [ 34 ]

Tercera ronda

El 22 de julio de 2020, el NIST anunció siete finalistas ("primera vía"), así como ocho algoritmos alternativos ("segunda vía"). La primera vía contiene los algoritmos que parecen tener mayor potencial y se considerarán para su estandarización al final de la tercera ronda. Los algoritmos de la segunda vía aún podrían formar parte del estándar después de que finalice la tercera ronda. [ 54 ] El NIST espera que algunos de los candidatos alternativos se consideren en una cuarta ronda. El NIST también sugiere que podría reabrir la categoría de firma para nuevas propuestas de esquemas en el futuro. [ 55 ]

Del 7 al 9 de junio de 2021, el NIST celebró virtualmente la tercera conferencia de estandarización PQC. [ 56 ] La conferencia incluyó actualizaciones de los candidatos y debates sobre sus implementaciones, su rendimiento y los problemas de seguridad que presentaban. Se dedicó una breve atención a las cuestiones de propiedad intelectual.

Finalistas

Candidatos alternativos

Preocupaciones sobre la propiedad intelectual

Tras el anuncio del NIST sobre los finalistas y los candidatos alternativos, se expresaron diversas preocupaciones en materia de propiedad intelectual, especialmente en relación con los esquemas basados ​​en retículos, como Kyber y NewHope . El NIST dispone de declaraciones firmadas de los grupos participantes que eximen de toda responsabilidad legal, pero aún existe la preocupación de que terceros puedan presentar reclamaciones. El NIST afirma que tendrá en cuenta estas consideraciones al seleccionar los algoritmos ganadores. [ 57 ]

Ataques publicados en la tercera ronda de presentaciones

  • Arcoíris: por Ward Beullens en una computadora clásica [ 58 ]

Adaptaciones

Durante esta ronda, algunos candidatos han demostrado ser vulnerables a ciertos vectores de ataque. Esto obliga a estos candidatos a adaptarse en consecuencia:

CRYSTAL-Kyber y SABER
pueden cambiar los hashes anidados utilizados en sus propuestas para que sus afirmaciones de seguridad se mantengan. [ 59 ]
HALCÓN
Ataque de canal lateral mediante mediciones electromagnéticas para extraer las claves de firma secretas. Se puede añadir un enmascaramiento para resistir el ataque. Esta adaptación afecta al rendimiento y debe tenerse en cuenta durante la estandarización. [ 60 ]

Algoritmos seleccionados 2022

El 5 de julio de 2022, el NIST anunció el primer grupo de ganadores de su concurso de seis años. [ 61 ] [ 62 ]

Cuarta ronda

El 5 de julio de 2022, el NIST anunció cuatro candidatos para la Ronda 4 de estandarización de PQC. [ 63 ]

Ataques publicados en la cuarta ronda

  • SIKE: por Wouter Castryck y Thomas Decru en una computadora clásica [ 65 ] [ 66 ]

Algoritmo seleccionado 2025

El 11 de marzo de 2025, el NIST anunció la selección de un algoritmo de respaldo para KEM. [ 67 ]

Primer lanzamiento

El 13 de agosto de 2024, el NIST publicó las versiones finales de sus tres primeros estándares criptográficos post-cuánticos. [ 6 ] Según el anuncio de publicación:

Si bien no se han realizado cambios sustanciales en los estándares desde las versiones preliminares, el NIST ha cambiado los nombres de los algoritmos para especificar las versiones que aparecen en los tres estándares finalizados, que son:

  • El estándar FIPS 203 (Federal Information Processing Standard) se concibió como el estándar principal para el cifrado general. Entre sus ventajas destacan las claves de cifrado relativamente pequeñas que dos partes pueden intercambiar fácilmente, así como su rapidez de operación. El estándar se basa en el algoritmo CRYSTALS-Kyber, que ha sido renombrado como ML-KEM, acrónimo de Module-Lattice-Based Key-Encapsulation Mechanism (Mecanismo de encapsulación de claves basado en retículos modulares).
  • FIPS 204, concebido como el estándar principal para la protección de firmas digitales. Este estándar utiliza el algoritmo CRYSTALS-Dilithium, que ha sido renombrado como ML-DSA, siglas de Module-Lattice-Based Digital Signature Algorithm (Algoritmo de Firma Digital Basado en Retículos Modulares).
  • FIPS 205, también diseñado para firmas digitales, emplea el algoritmo SPHINCS+ , ahora denominado SLH-DSA (algoritmo de firma digital basado en hash sin estado). Este estándar se basa en un enfoque matemático diferente al de ML-DSA y está concebido como un método de respaldo en caso de que ML-DSA presente vulnerabilidades.
  • Del mismo modo, cuando se publique el borrador del estándar FIPS 206 basado en FALCON, el algoritmo se denominará FN-DSA, abreviatura de FFT (transformada rápida de Fourier) sobre algoritmo de firma digital basado en NTRU-Lattice.

El 11 de marzo de 2025, el NIST publicó el algoritmo Hamming Quasi-Cyclic ( HQC ) como el quinto algoritmo para el cifrado asimétrico post-cuántico utilizado para la encapsulación/intercambio de claves. [ 67 ] El nuevo algoritmo sirve como respaldo para ML-KEM, el algoritmo principal para el cifrado general. HQC es un esquema basado en códigos que utiliza matemáticas diferentes a las de ML-KEM, lo que mitiga posibles debilidades en caso de que se encuentren en ML-KEM basado en retículos. [ 66 ] Se espera que el borrador del estándar que incorpora el algoritmo HQC esté disponible a principios de 2026 y la versión final en 2027.

Esquemas de firma digital adicionales

Primera ronda

El NIST recibió 50 presentaciones y consideró que 40 estaban completas y eran adecuadas según los requisitos de presentación. [ 68 ] En consideración están: [ 69 ] ( el tachado significa que se ha retirado)

Ataques publicados en la primera ronda de presentaciones

  • 3WISE de Daniel Smith-Tone [ 87 ]
  • EagleSign por Mehdi Tibouchi [ 101 ]
  • KAZ-SIGN por Daniel J. Bernstein; [ 102 ] Scott Fluhrer [ 103 ]
  • Xifrat1-Sign.I por Lorenz Panny [ 104 ]
  • eMLE-Sig 2.0 por Mehdi Tibouchi [ 105 ] (implementación por Lorenz Panny [ 106 ] )
  • HPPC por Ward Beullens; [ 107 ] Pierre Briaud, Maxime Bros y Ray Perlner [ 108 ]
  • ALTEQ por Markku-Juhani O. Saarinen [ 109 ] (¿solo implementación?)
  • Galleta de Charles Bouillaguet [ 110 ]
  • MEDS por Markku-Juhani O. Saarinen y Ward Beullens [ 111 ] (solo implementación)
  • FuLeeca de Felicitas Hörmann y Wessel van Woerden [ 112 ]
  • LESS por el equipo LESS (solo implementación) [ 113 ]
  • DME-Sign de Markku-Juhani O. Saarinen [ 114 ] (¿solo implementación?); Pierre Briaud, Maxime Bros, Ray Perlner y Daniel Smith-Tone [ 89 ]
  • EHTv3 de Eamonn Postlethwaite y Wessel van Woerden; [ 115 ] Keegan Ryan y Adam Suhl [ 116 ]
  • pqsigRM mejorado por Thomas Debris-Alazard, Pierre Loisel y Valentin Vasseur; [ 117 ] Pierre Briaud, Maxime Bros, Ray Perlner y Daniel Smith-Tone [ 118 ]
  • HAETAE por Markku-Juhani O. Saarinen [ 119 ] (¿solo implementación?)
  • HuFu por Markku-Juhani O. Saarinen [ 120 ]
  • SDitH de Kevin Carrier y Jean-Pierre Tillich; [ 121 ] Kevin Carrier, Valérian Hatey y Jean-Pierre Tillich [ 122 ]
  • VOX de Hiroki Furue y Yasuhiko Ikematsu [ 123 ]
  • AIMer de Fukang Liu, Mohammad Mahzoun, Morten Øygarden, Willi Meier [ 124 ]
  • SNOVA de Yasuhiko Ikematsu y Rika Akiyama [ 125 ]
  • PROV por Ludovic Perret y River Moreira Ferreira [ 126 ] (solo implementación)

Segunda ronda

El NIST consideró que 14 propuestas pasaron a la segunda ronda. [ 127 ]

Tercera ronda

Nueve candidatos avanzaron de la segunda ronda a la tercera ronda [ 130 ] :

El NIST ha indicado que al menos los candidatos multivariados probablemente requerirán una ronda adicional de evaluación. [ 130 ] : 7

Véase también

Referencias

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  • Sitio web oficial del NIST sobre el proceso de estandarización
  • Sitio web de criptografía postcuántica de djb