Krüptograafia on igivana meetod teabe krüpteerimiseks, kasutades mitmeid koode. Üldjuhul kasutatakse andmete turvamiseks mitmeid keerulisi matemaatilisi valemeid ja võtmed on kättesaadavad ainult selleks ettenähtud osapooltele.
Tänapäeval kasutatakse aga erinevat tüüpi krüptograafiatehnikaid. Üks neist on võrepõhine krüptograafia, mis tugineb matemaatiliste võre mõistetele, sageli šifri konstruktsioonis või selle tõestuses.
Niisiis, arutleme, mis on võrepõhine krüptograafia, selle tähtsus ja peamised eelised.
Mis on võrepõhine krüptograafia?
Võrepõhine krüptograafia on muutunud üha populaarsemaks, kuna maailm valmistub kvantarvutite tulekuks. Postkvantkrüptograafia kogub tuure, eriti kuna kvantarvutamise ruumis on toimunud mitmeid läbimurdeid.
Võrepõhine krüptograafia on krüptosüsteemi tüüp, mis põhineb võre matemaatilisel kontseptsioonil. Võres ühendavad jooned punkte, moodustades geomeetrilise struktuuri. Võrepõhises krüptograafias kodeerib ja dekodeerib see geomeetriline struktuur sõnumeid.
Võre olemuse tõttu on võrepõhisesse krüptosüsteemi raske sisse murda, kuna mõned mustrid ulatuvad lõputult. See muudab võrepõhise krüptograafia atraktiivseks alternatiiviks Levinud krüpteerimistüübid nagu RSA, mis on osutunud rünnakute suhtes haavatavaks.
Võrepõhine krüptograafia võimaldab sõnumeid kodeerida nii, et neid saab dekodeerida ainult õige võtme teadja. Kujutage näiteks ette, et teil on kaks võret, millest üks on 10 punktiga ja teine 100 punktiga.
Kui valiksite igast võrest juhuslikult kaks punkti, oleks keeruline kindlaks teha, milline 10-punktilise võre punkt vastab 100-punktilise võre millisele punktile. Kui aga teadsite õiget võtit, saate hõlpsalt punkte kokku sobitada ja sõnumi dekodeerida.
Huvitaval kombel on võrepõhised šifrid nagu Dilithium ja Kyber näidanud suurt potentsiaali rünnakutele vastu seista. kvantarvutus allikatest ja neid peetakse laialdaselt näideteks kvantkindel krüptimine.
Võrepõhised krüptoalgoritmid võib jagada kahte suurde kategooriasse: võtmega ja võtmeta algoritmid. Võtmega algoritmid, nagu NTRUEncrypt algoritm, nõuavad sõnumite krüptimiseks ja dekrüpteerimiseks salajase võtme kasutamist. Võtmeta algoritmid, näiteks Dual EC_DRBG algoritm, ei vaja privaatvõtit.
Võre mõistmine
Võrepõhise šifri ehituse õigeks mõistmiseks on ülimalt oluline teada võreid ja neid ümbritsevaid matemaatilisi probleeme.
Matemaatikud on võre põhjalikult uurinud ja neil on mitmeid huvitavaid omadusi. Näiteks igal kahemõõtmelisel võrel on alus, võre määratlev vektorite hulk. Vektorite arvu baasis nimetatakse võre auastmeks.
Sellise võre aluseks oleksid vektorid (2, 0) ja (0, 2). Selle võre aste oleks 2. Veel üks huvitav võre omadus on see, et neid saab liigitada ühte kolmest kategooriast: perioodiline, aperioodiline või kaootiline.
Perioodiline võre on selline, kus muster kordub ikka ja jälle ilma tühikute või kattumisteta. Aperioodiline võre on selline, kus muster ei kordu täpselt, kuid puuduvad lüngad ega kattumised. Kaootiline võre on selline, mille mustris on lünki või kattuvusi, mis toob võrrandisse juhuslikkuse.
Võrepõhiste algoritmide turvalisus sõltub sageli sellest, kuidas teatud matemaatilisi plaane saab võredel lahendada. Näiteks kaks levinud probleemi hõlmavad lähima vektori probleemi (CVP) ja lühima vektori probleemi (SVP). Esimene on matemaatiline ülesanne, mille puhul tuleb leida antud võre lühim "mittenull" vektor.
Lähim vektorülesanne on ülesanne, mille puhul tuleb antud võrest leida vektor, mis on antud vektorile kõige lähemal. Arvatakse, et nii SVP kui ka CVP on arvutuslikult keerulised probleemid. Selle tulemusena on nendel probleemidel põhinevad algoritmid vastupidavad klassikaliste arvutite rünnakutele.
Võrepõhise krüptograafia kasutamise neli eelist
Võrepõhine krüptograafia pakub tavapäraste šifritega võrreldes mitmeid eeliseid. Mõned neist on järgmised:
1. Täiustatud turvalisus
Võrepõhise krüptograafia üks suurimaid eeliseid on see, et see pakub paremat turvalisust. Selle põhjuseks on asjaolu, et võreid on raskem purustada kui teisi krüptograafias tavaliselt kasutatavaid matemaatilisi struktuure, näiteks elliptilisi kõveraid.
2. Kiiremad arvutusajad
Võrepõhise krüptograafia teine eelis on see, et seda saab arvutada palju kiiremini kui teisi krüptoalgoritme. See on oluline, kuna kiiremad arvutusajad võivad jõudlust parandada, eriti rakendustes, mis nõuavad reaalajas vastuseid, näiteks voogesitusmeedia või võrgumängud.
3. Madalam energiatarbimine
Lisaks sellele, et võrepõhised krüptoalgoritmid on kiiremad, tarbivad nad ka vähem energiat kui muud tüüpi krüptoalgoritmid. Seda seetõttu, et neid saab rakendada riistvaras, mis nõuab vähem energiat.
Näiteks teatud tüüpi krüptoraha kaevandamiseks mõeldud protsessorid on võrepõhiste krüptoalgoritmide käitamisel kuni mitu korda energiasäästlikumad kui traditsioonilised protsessorid.
4. Paindlik ja hõlpsasti rakendatav
Teine võrepõhise krüptograafia kasutamise eelis on see, et seda on suhteliselt lihtne rakendada. Muud meetodid, nagu elliptilise kõvera krüptograafia, võivad olla üsna keerulised ja nõuavad palju arvutiressursse.
Võrepõhist krüptograafiat saab rakendada valmis riistvarale, mis muudab selle kättesaadavamaks ja odavamaks. Lisaks ei ole võrepõhise krüptograafia rakendamisel erinõudeid.
Veelgi olulisem on see, et võrepõhiseid šifreid saab kasutada paljude erinevate rakenduste jaoks. Näiteks saab seda kasutada digitaalallkirjade andmiseks, paroolipõhiseks krüptimiseks ja võtmete vahetamiseks. Lisaks on võre ehitamiseks mitu erinevat viisi, mis tähendab, et selle kasutamisel on palju paindlikkust.
Uute krüptograafiastandardite populaarsus kasvab eeldatavasti
Kuna ülemaailmsed turbeeksperdid vaatavad kvantkindlaid krüptostandardeid, võime eeldada, et teised standardid, nagu võrepõhine krüptograafia, hakkavad populaarsust tõusma. Kuna kvantarvutid suudavad sekunditega kiiresti lahendada probleeme, mille valmimiseks kulub tavaarvutitel üle 100 000 aasta, võiks nende võimsus hõlpsasti ületada tänapäeval kasutatavad krüpteerimisprotokollid.
Kvantarvutid kujutavad endast tõsist ohtu paljudele krüpteerimisstandarditele, mis on siiani ajaproovile vastu pidanud. Siiski võite eeldada, et krüptograafia muutub ja areneb, eriti kuna kvantmasinad, millel on potentsiaal ületada superarvuteid, muutuvad lõpuks peavooluks.
