Kryptografi är en urgammal metod för att kryptera information med hjälp av en serie koder. I allmänhet används en serie komplexa matematiska formler för att säkra data, och nycklarna är endast tillgängliga för de avsedda parterna.
Det finns dock olika typer av kryptografitekniker som används nuförtiden. En av dem är gitterbaserad kryptografi, som bygger på begreppen matematiska gitter, ofta i chifferns konstruktion eller dess bevis.
Så låt oss diskutera vad gitterbaserad kryptografi är, dess betydelse och dess huvudsakliga fördelar.
Vad är gitterbaserad kryptografi?
Gitterbaserad kryptografi har blivit allt mer populärt i takt med att världen står inför kvantdatorernas tillkomst. Postkvantkryptografi håller på att ta fart, särskilt som det har skett flera genombrott inom kvantberäkningsutrymmet.
Gitterbaserad kryptografi är en typ av kryptografiskt system baserat på det matematiska begreppet ett gitter. I ett gitter förbinder linjer punkter för att bilda en geometrisk struktur. I gitterbaserad kryptografi kodar och avkodar denna geometriska struktur meddelanden.
På grund av ett gitters natur är det svårt att bryta sig in i ett gitterbaserat kryptografiskt system, eftersom vissa mönster sträcker sig oändligt. Detta gör gitterbaserad kryptografi till ett attraktivt alternativ till vanliga krypteringstyper som RSA, som har visat sig vara sårbart för attacker.
Gitterbaserad kryptografi möjliggör kodning av meddelanden på ett sådant sätt att de endast kan avkodas av någon som känner till rätt nyckel. Tänk dig till exempel att du har två galler, ett med 10 poäng och ett med 100 poäng.
Om du skulle plocka två punkter slumpmässigt från varje gitter skulle det vara komplicerat att avgöra vilken punkt på 10-punktsgittret som motsvarar vilken punkt på 100-punktsgittret. Men om du visste rätt nyckel kan du enkelt matcha poängen och avkoda meddelandet.
Intressant nog har gitterbaserade chiffer som Dilithium och Kyber visat stor potential att motstå attacker från kvantberäkning källor och anses allmänt vara exempel på kvantsäker kryptering.
Gitterbaserade kryptografiska algoritmer kan klassificeras i två breda kategorier: nyckelade och onyckelade algoritmer. Nyckelalgoritmer, som NTRUEncrypt-algoritmen, kräver att du använder en hemlig nyckel för att kryptera och dekryptera meddelanden. Onycklade algoritmer, såsom Dual EC_DRBG-algoritmen, kräver ingen privat nyckel.
Förstå galler
För att korrekt förstå konstruktionen av ett gitterbaserat chiffer är det mycket viktigt att känna till gitter och de matematiska problemen som omger dem.
Gitter har studerats mycket av matematiker och har ett antal intressanta egenskaper. Till exempel har varje tvådimensionellt gitter en bas, en uppsättning vektorer som definierar gittret. Antalet vektorer i en bas kallas gallrets rangordning.
En grund för ett sådant gitter skulle vara vektorerna (2, 0) och (0, 2). Rangen för detta galler skulle vara 2. En annan intressant egenskap hos gitter är att de kan klassificeras i en av tre kategorier: periodisk, aperiodisk eller kaotisk.
Ett periodiskt gitter är ett där mönstret upprepas om och om igen utan luckor eller överlappningar. Ett aperiodiskt gitter är ett där mönstret inte upprepas exakt, men det finns inga luckor eller överlappningar. Ett kaotiskt gitter är ett med luckor eller överlappningar i mönstret, vilket introducerar slumpmässighet i ekvationen.
Säkerheten för gitterbaserade algoritmer beror ofta på hur vissa matematiska planer kan lösas på gitter. Två vanliga problem, till exempel, inkluderar det närmaste vektorproblemet (CVP) och det kortaste vektorproblemet (SVP). Den förra är ett matematiskt problem där man måste hitta den kortaste "icke-noll" vektorn i ett givet gitter.
Det närmaste vektorproblemet är ett problem där man måste hitta den vektor i ett givet gitter som är närmast en given vektor. Både SVP och CVP tros vara beräkningsmässigt komplexa problem. Som ett resultat är algoritmer som är baserade på dessa problem resistenta mot attacker från klassiska datorer.
Fyra fördelar med att använda gitterbaserad kryptografi
Gitterbaserad kryptografi erbjuder en mängd fördelar jämfört med konventionella chiffer. Några av dem är följande:
1. Förbättrad säkerhet
En av de största fördelarna med gitterbaserad kryptografi är att den erbjuder förbättrad säkerhet. Detta beror på att gitter är svårare att bryta än andra matematiska strukturer som vanligtvis används för kryptografi, såsom elliptiska kurvor.
2. Snabbare beräkningstider
En annan fördel med gitterbaserad kryptografi är att den kan beräknas mycket snabbare än andra kryptografiska algoritmer. Detta är viktigt eftersom snabbare beräkningstider kan förbättra prestandan, särskilt i applikationer som kräver realtidssvar, som strömmande media eller onlinespel.
3. Lägre energiförbrukning
Förutom att vara snabbare förbrukar gitterbaserade kryptografiska algoritmer också mindre energi än andra typer av kryptografiska algoritmer. Detta beror på att de kan implementeras i hårdvara som kräver mindre ström.
Till exempel är vissa typer av processorer designade för brytning av kryptovaluta upp till många gånger mer energieffektiva än traditionella processorer när de kör gitterbaserade kryptografiska algoritmer.
4. Flexibel och lätt att implementera
En annan fördel med att använda gitterbaserad kryptografi är att den är relativt enkel att implementera. Andra metoder, såsom elliptisk kurvkryptografi, kan vara ganska komplexa och kräva en stor mängd datorresurser.
Gitterbaserad kryptografi kan implementeras på hårdvara från hyllan, vilket gör den mer tillgänglig och billigare. Dessutom finns det inga speciella krav för att implementera gitterbaserad kryptografi.
Ännu viktigare är att gitterbaserade chiffer kan användas för ett antal olika tillämpningar. Den kan till exempel användas för digitala signaturer, lösenordsbaserad kryptering och nyckelutbyte. Dessutom finns det flera olika sätt att konstruera ett galler, vilket gör att det finns stor flexibilitet i hur det kan användas.
Nya kryptografiska standarder förväntas öka i popularitet
När globala säkerhetsexperter tittar på kvantresistenta kryptografiska standarder kan vi förvänta oss att andra standarder, som gitterbaserad kryptografi, kommer att öka i popularitet. Eftersom kvantdatorer snabbt kan lösa problem på några sekunder som vanliga datorer kommer att ta över 100 000 år att färdigställa, kan dess kraft lätt övervinna de krypteringsprotokoll vi använder idag.
Kvantdatorer utgör ett allvarligt hot mot många krypteringsstandarder som hittills har kunnat stå emot tidens tand. Ändå kan du förvänta dig att kryptografi kommer att förändras och utvecklas, särskilt när kvantmaskiner, som har potential att överträffa superdatorer, så småningom blir mainstream.