Криптографията е вековен метод за криптиране на информация с помощта на поредица от кодове. Като цяло, серия от сложни математически формули се използват за защита на данните, а ключовете са достъпни само за предвидените страни.
Съществуват обаче различни видове криптографски техники, които се използват в наши дни. Една от тях е базираната на решетка криптография, която разчита на концепциите на математическите решетки, често в конструкцията на шифъра или неговото доказателство.
И така, нека обсъдим какво представлява криптографията, базирана на решетка, нейното значение и основните й предимства.
Какво е базирана на решетка криптография?
Базираната на решетка криптография става все по-популярна, тъй като светът се подготвя за навлизането на квантовите изчисления. Постквантова криптография набира скорост, особено след като имаше няколко пробиви в пространството на квантовите изчисления.
Базираната на решетка криптография е вид криптографска система, базирана на математическата концепция за решетка. В решетката линиите свързват точки, за да образуват геометрична структура. В криптографията, базирана на решетка, тази геометрична структура кодира и декодира съобщения.
Поради естеството на решетката е трудно да се проникне в базирана на решетка криптографска система, тъй като някои модели се простират безкрайно. Това прави базираната на решетка криптография привлекателна алтернатива на общи типове криптиране като RSA, за който е доказано, че е уязвим за атака.
Базираната на решетка криптография позволява кодиране на съобщения по такъв начин, че да могат да бъдат декодирани само от някой, който знае правилния ключ. Например, представете си, че имате две решетки, една с 10 точки и една със 100 точки.
Ако трябваше да изберете произволно две точки от всяка решетка, би било сложно да се определи коя точка от 10-точковата решетка отговаря на коя точка от 100-точковата решетка. Въпреки това, ако знаете правилния ключ, можете лесно да съпоставите точките и да декодирате съобщението.
Интересното е, че базирани на решетка шифри като Dilithium и Kyber са показали голям потенциал да устоят на атаки от квантово изчисление източници и са широко считани за примери за квантово устойчиво криптиране.
Базираните на решетка криптографски алгоритми могат да бъдат класифицирани в две широки категории: алгоритми с ключ и без ключ. Алгоритмите с ключ, като алгоритъма NTRUEncrypt, изискват използването на таен ключ за криптиране и декриптиране на съобщения. Алгоритмите без ключ, като алгоритъма Dual EC_DRBG, не изискват частен ключ.
Разбиране на решетките
За да разберете правилно конструкцията на базиран на решетка шифър, е жизненоважно да познавате решетките и математическите проблеми около тях.
Решетките са изследвани обстойно от математиците и имат редица интересни свойства. Например, всяка двумерна решетка има основа, набор от вектори, определящи решетката. Броят на векторите в един базис се нарича ранг на решетката.
База за такава решетка биха били векторите (2, 0) и (0, 2). Рангът на тази решетка ще бъде 2. Друго интересно свойство на решетките е, че те могат да бъдат класифицирани в една от трите категории: периодични, апериодични или хаотични.
Периодичната решетка е тази, при която моделът се повтаря отново и отново без пропуски или припокривания. Апериодична решетка е тази, при която моделът не се повтаря точно, но няма пропуски или припокривания. Хаотичната решетка е тази с пропуски или припокривания в модела, което въвежда случайност в уравнението.
Сигурността на базираните на решетка алгоритми често зависи от това как определени математически планове могат да бъдат решени на решетки. Два често срещани проблема, например, включват проблема с най-близкия вектор (CVP) и проблема с най-късия вектор (SVP). Първият е математически проблем, в който трябва да се намери най-късият "ненулев" вектор в дадена решетка.
Проблемът с най-близкия вектор е проблем, при който трябва да се намери векторът в дадена решетка, който е най-близо до даден вектор. Смята се, че както SVP, така и CVP са изчислително сложни проблеми. В резултат на това алгоритмите, базирани на тези проблеми, са устойчиви на атаки от класически компютри.
Четири предимства от използването на базирана на решетка криптография
Базираната на решетка криптография предлага различни предимства пред конвенционалните шифри. Някои от тях са както следва:
1. Подобрена сигурност
Едно от най-големите предимства на базираната на решетка криптография е, че предлага подобрена сигурност. Това е така, защото решетките са по-трудни за разбиване от други математически структури, които обикновено се използват за криптография, като елиптични криви.
2. По-бързи времена за изчисление
Друго предимство на базираната на решетка криптография е, че тя може да бъде изчислена много по-бързо от други криптографски алгоритми. Това е важно, тъй като по-бързите изчислителни времена могат да подобрят производителността, особено в приложения, изискващи отговори в реално време, като стрийминг на медия или онлайн игри.
3. По-ниска консумация на енергия
Освен че са по-бързи, базираните на решетка криптографски алгоритми също консумират по-малко енергия от другите видове криптографски алгоритми. Това е така, защото те могат да бъдат внедрени в хардуер, който изисква по-малко енергия.
Например, някои типове процесори, предназначени за копаене на криптовалута, са до много пъти по-енергийно ефективни от традиционните процесори, когато изпълняват базирани на решетка криптографски алгоритми.
4. Гъвкав и лесен за изпълнение
Друго предимство на използването на криптография, базирана на решетка, е, че е относително лесна за прилагане. Други методи, като криптография с елиптична крива, могат да бъдат доста сложни и да изискват голямо количество компютърни ресурси.
Базираната на решетка криптография може да бъде внедрена на готов хардуер, което го прави по-достъпен и по-евтин. Освен това няма специални изисквания за внедряване на базирана на решетка криптография.
По-важното е, че базираните на решетка шифри могат да се използват за редица различни приложения. Например, може да се използва за цифрови подписи, криптиране с парола и обмен на ключове. Освен това има няколко различни начина за конструиране на решетка, което означава, че има голяма гъвкавост в това как може да се използва.
Новите криптографски стандарти се очаква да нараснат в популярност
Тъй като глобалните експерти по сигурността разглеждат квантово устойчивите криптографски стандарти, можем да очакваме други стандарти, като криптография, базирана на решетка, да нараснат в популярност. Тъй като квантовите компютри могат бързо да решават проблеми за секунди, за които на обикновените компютри ще са необходими над 100 000 години, неговата сила може лесно да преодолее протоколите за криптиране, които използваме днес.
Квантовите компютри представляват сериозна заплаха за много стандарти за криптиране, които досега са успели да издържат теста на времето. Все пак можете да очаквате криптографията да се промени и да се развие, особено когато квантовите машини, които имат потенциала да надминат суперкомпютрите, в крайна сметка станат масови.
