Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Вестник КазАТК

МНОГОРАЗОВАЯ СХЕМА ПОСТ-КВАНТОВОЙ ПОДПИСИ НА ОСНОВЕ ХЕША

Kairat Sakan, Kunbolat T. Algazy, Ардабек Хомпыш, Armanbek Haumen

Published Jun 30, 2024• 0 citations
Publisher

Abstract

К пост-квантовым криптосистемам относятся криптографические системы, способные противостоять атакам с использованием квантовых компьютеров. Надежность этих систем основывается на отсутствии эффективных алгоритмов атаки даже при их выполнении на квантовых компьютерах. В данной работе предлагается новая схема пост-квантной подписи Syrga2, основанная на хеш-функциях. Как известно, существующие пост-квантовые алгоритмы делятся на классы в зависимости от их структуры. Предлагаемая схема Syrga2 относится к классу подписей многократного применения с сохранением состояния. Отличительной чертой подписей, сохраняющих состояние, является достижение компромисса между производительностью и размером подписи. Данная схема представляет возможность создания безопасной подписи для r сообщений с помощью одной пары секретного и публичного ключа. Стойкость алгоритмов подписи, основанных на хеш-функциях, зависит от свойств используемой в их структуре хеш-функции. Кроме того, для таких алгоритмов удается точно указать уровень безопасности. В предлагаемой схеме в качестве хеш-функции используется алгоритм HBС-256, разработанный в Институте информационных и вычислительных технологий (ИИВТ). Безопасность алгоритма HBС-256 тщательно изучена в других работах авторов. В отличие от схемы Syrga1, представленной в предыдущих работах авторов, схема Syrga2 предусматривает определение разного уровня безопасности, задаваемого параметром τ. В данной работе экспериментальным образом показана невозможность взлома предложенной схемы с использованием атаки на основе подобранного открытого текста (chosen-plaintext attack). Кроме того, оценивается производительность схемы при создании подписи, подписании и верификации сообщения.

DOI
10.52167/1609-1817-2024-133-4-171-180

Related papers

ПОСТКВАНТОВАЯ ЦИФРОВАЯ ПОДПИСЬ SYRGA-1

Институт информационных и вычислительных технологий, Алматы, Казахстан, Kunbolat T. Algazy, Kairat Sakan

За последние годы исследования в области квантовых компьютеров значительно продвинулись вперед. Если человечество когда-нибудь создаст эффективный квантовый компьютер, многие из нынешних криптосистем с открытым ключом могут быть скомпрометированы. Эти криптосистемы в настоящее время используются во многих коммерческих продуктах. Таким образом, разработка практических постквантовых алгоритмов актуальна в мировом масштабе. Одними из таких методов построения постквантовых алгоритмов являются методы, основанные на хеш-функциях. Помимо квантовой безопасности, подписи на основе хеша являются модульными, что обеспечивает долгосрочную безопасность. Поэтому на основе исследования постквантовых алгоритмов, основанных на этих хеш-функциях, был разработан новый алгоритм постквантовой цифровой подписи SYRGA-1. В этой статье приведено полное описание данного алгоритма. Данный алгоритм предназначен для подписания r сообщений одним секретным ключом. Одним из ключевых примитивов алгоритма подписи является криптографическая хеш-функция. В предлагаемом алгоритме используется алгоритм хеширования HAS01, разработанный сотрудниками лаборатории информационной безопасности Института информационных и вычислительных технологий КН МНВО РК. Безопасность и эффективность указанного хеш-алгоритма продемонстрированы в других статьях его авторов. Схемы подписи на основе хеша привлекательны как схемы постквантовой подписи, поскольку можно рассчитать количественный уровень безопасности и безопасность доказана.

Вестник Алматинского университета энергетики и связи•Mar 30, 2024•0 citations

Квантовый компьютер в схеме атомного квантового транзистора с логическим кодированием кубитов

С. А. Моисеев, С. Н. Андрианов, Е.С. Моисеев

Предлагается схема многокубитового квантового компьютера на атомных ансамблях с использованием квантового транзистора для реализации двухкубитных вентилей. Показано, как многоатомные ансамбли позволяют работать с большим числом кубитов, которые представляются в логической кодировке, когда каждый из кубитов записывается на суперпозиции одночастичных состояний двух атомных ансамблей. Доступ к кубитам реализуется путем соответствующей фазировки квантовых состояний каждого из атомных ансамблей. Для выполнения двухкубитных операций предлагается использовать атомный квантовый транзистор. Эффект квантового транзистора возникает при обмене квантом возбуждения между двумя многоатомными ансамблями, находящимися в двух близкорасположенных КЭД-резонаторах, связанных друг с другом через вентильный атом. В зависимости от того, в каком из двух квантовых состояний находится вентильный атом, между атомными ансамблями может происходить та или иная динамика переноса кванта. Используя возможности управления состоянием вентильного атома, показана возможность квантового контроля состоянием атомных ансамблей и реализации на этой основе базовых однокубитовых и двухкубитовых вентилей. Обсуждены возможные схемы реализации квантового компьютера на атомном квантовом транзисторе и их преимущества в практической реализации.

Оптика и спектроскопия•Jan 1, 2013•0 citations

Новая модель квантового оракула для гибридной квантово-классической атаки на постквантовые криптосистемы, основанные на решётках

Alexander Olegovich Bakharev

Аннотация.Криптосистемы на основе решёток являются одними из основных постквантовых альтернатив асимметричной криптографии, используемой в настоящее время.Большинство атак на такие криптосистемы можно свести к задаче нахождения кратчайшего вектора в решётке (SVP).Ранее авторами была предложена модель квантового оракула из алгоритма Гровера для реализации гибридного квантово-классического алгоритма, основанного на алгоритме GaussSieve и решающего SVP.В настоящей работе предложена и проанализирована новая модель квантового оракула.Предложены и оценены две реализации новой модели квантового оракула.Проанализирована сложность реализации новой модели квантового оракула для атаки на постквантовые криптосистемы, основанные на решётках и являющиеся финалистами конкурса постквантовой криптографии NIST.Приведено сравнение полученных результатов для новой и уже существующей моделей квантового оракула.Табл.4, ил. 10, библиогр.48.Ключевые слова: квантовый поиск, криптография с открытым ключом, криптография на решётках, постквантовая криптография, алгоритм Гровера, квантовые вычисления. ВведениеРазвитие квантовых вычислений ведёт к необходимости в разработке и анализе криптосистем, устойчивых к атакам с использованием квантовых компьютеров алгоритмов постквантовой криптографии [1-3].Программа на квантовом компьютере может быть представлена квантовой

Diskretnyi analiz i issledovanie operatsii•Nov 20, 2024•0 citations

Моделирование квантового алгоритма Саймона на классическом компьютере

М. А. Шемякина

Статья посвящена анализу фундаментальных принципов квантовых вычислений: квантовый бит, суперпозиция, основные квантовые элементы. Актуальность работы обоснована тем, что ряд задач не может быть решен с помощью классических вычислительных машин. В результате поиска решения данной проблемы возникла квантовая информатика. В данной статье рассматривается возможность создания программы, позволяющей моделировать квантовые вычисления, а именно, квантовый алгоритм Саймона на классическом компьютере. Квантовый алгоритм Саймона, позволяет определить период некоторой функции за линейное количество вызовов этой функции.

Международный журнал гуманитарных и естественных наук•Jan 1, 2019•0 citations

Неклассичность спина, основанная на дисперсии

Yue Zhang, Shunlong Luo

Дисперсия квантового состояния является одной из самых фундаментальных и повсеместно встречающихся величин, количественно характеризующих неопределенность, и широко используется как в классической, так и в квантовой физике. Однако всe еще существуют новые аспекты ее применения, которые ожидают своего изучения. С помощью взаимного обмена ролей переменной состояния и наблюдаемой переменной, т. е. на основе формального рассмотрения любого состояния как наблюдаемой (что имеет смысл, поскольку любое состояние априори является эрмитовым оператором) и с использованием средней (по наблюдаемым) дисперсии этого состояния, для всех спиновых когерентных состояний вводится количественная характеристика неклассичности спина относительно разложения единицы, порожденного спиновыми когерентными состояниями. Эта величина легко вычисляется и в то же время обладает различными практическими свойствами: она может интерпретироваться как дефицит чистоты, дефицит энтропии Цаллиса и дефицит квадрата нормы функции Хусими относительно квадрата нормы функции Вигнера. Обнаружены несколько интуитивных свойств этого показателя и его связь с неопределенностью распределения в фазовом пространстве. В качестве иллюстрации приведены некоторые характерные примеры. Указаны различные обобщения.

Теоретическая и математическая физика•Jun 26, 2021•0 citations

Квантовая схема для атаки на протокол квантовой криптографии с фазово-временным кодированием

Dmitry Anatolevich Kronberg

Основным свойством квантовой криптографии является возможность строгого доказательства стойкости против любых действий противника. Однако доказательство стойкости является сложным и может содержать ошибки. Неполнота доказательства стойкости создает риск уязвимости, т. е. ситуации, при которой противник обладает полным или частичным знанием о криптографическом ключе. В этой работе предлагается квантовая схема атаки на двупараметрический протокол квантовой криптографии с фазово-временным кодированием, которая демонстрирует его уязвимость. Показано, что построенная атака является относительно простой и требует лишь трех дополнительных кубитов. Обсуждаются ошибки в доказательстве стойкости, которые сделали возможной построенную атаку.

Математические вопросы криптографии•Jan 1, 2024•1 citation
К пост-квантовым криптосистемам относятся криптографические системы, способные противостоять атакам с использованием квантовых компьютеров. Надежность этих систем основывается на отсутствии эффективных алгоритмов атаки даже при их выполнении на квантовых компьютерах. В данной работе предлагается новая схема пост-квантной подписи Syrga2, основанная на хеш-функциях. Как известно, существующие пост-квантовые алгоритмы делятся на классы в зависимости от их структуры. Предлагаемая схема Syrga2 относится к классу подписей многократного применения с сохранением состояния. Отличительной чертой подписей, сохраняющих состояние, является достижение компромисса между производительностью и размером подписи. Данная схема представляет возможность создания безопасной подписи для r сообщений с помощью одной пары секретного и публичного ключа. Стойкость алгоритмов подписи, основанных на хеш-функциях, зависит от свойств используемой в их структуре хеш-функции. Кроме того, для таких алгоритмов удается точно указать уровень безопасности. В предлагаемой схеме в качестве хеш-функции используется алгоритм HBС-256, разработанный в Институте информационных и вычислительных технологий (ИИВТ). Безопасность алгоритма HBС-256 тщательно изучена в других работах авторов. В отличие от схемы Syrga1, представленной в предыдущих работах авторов, схема Syrga2 предусматривает определение разного уровня безопасности, задаваемого параметром τ. В данной работе экспериментальным образом показана невозможность взлома предложенной схемы с использованием атаки на основе подобранного открытого текста (chosen-plaintext attack). Кроме того, оценивается производительность схемы при создании подписи, подписании и верификации сообщения.
За последние годы исследования в области квантовых компьютеров значительно продвинулись вперед. Если человечество когда-нибудь создаст эффективный квантовый компьютер, многие из нынешних криптосистем с открытым ключом могут быть скомпрометированы. Эти криптосистемы в настоящее время используются во многих коммерческих продуктах. Таким образом, разработка практических постквантовых алгоритмов актуальна в мировом масштабе. Одними из таких методов построения постквантовых алгоритмов являются методы, основанные на хеш-функциях. Помимо квантовой безопасности, подписи на основе хеша являются модульными, что обеспечивает долгосрочную безопасность. Поэтому на основе исследования постквантовых алгоритмов, основанных на этих хеш-функциях, был разработан новый алгоритм постквантовой цифровой подписи SYRGA-1. В этой статье приведено полное описание данного алгоритма. Данный алгоритм предназначен для подписания r сообщений одним секретным ключом. Одним из ключевых примитивов алгоритма подписи является криптографическая хеш-функция. В предлагаемом алгоритме используется алгоритм хеширования HAS01, разработанный сотрудниками лаборатории информационной безопасности Института информационных и вычислительных технологий КН МНВО РК. Безопасность и эффективность указанного хеш-алгоритма продемонстрированы в других статьях его авторов. Схемы подписи на основе хеша привлекательны как схемы постквантовой подписи, поскольку можно рассчитать количественный уровень безопасности и безопасность доказана.
Предлагается схема многокубитового квантового компьютера на атомных ансамблях с использованием квантового транзистора для реализации двухкубитных вентилей. Показано, как многоатомные ансамбли позволяют работать с большим числом кубитов, которые представляются в логической кодировке, когда каждый из кубитов записывается на суперпозиции одночастичных состояний двух атомных ансамблей. Доступ к кубитам реализуется путем соответствующей фазировки квантовых состояний каждого из атомных ансамблей. Для выполнения двухкубитных операций предлагается использовать атомный квантовый транзистор. Эффект квантового транзистора возникает при обмене квантом возбуждения между двумя многоатомными ансамблями, находящимися в двух близкорасположенных КЭД-резонаторах, связанных друг с другом через вентильный атом. В зависимости от того, в каком из двух квантовых состояний находится вентильный атом, между атомными ансамблями может происходить та или иная динамика переноса кванта. Используя возможности управления состоянием вентильного атома, показана возможность квантового контроля состоянием атомных ансамблей и реализации на этой основе базовых однокубитовых и двухкубитовых вентилей. Обсуждены возможные схемы реализации квантового компьютера на атомном квантовом транзисторе и их преимущества в практической реализации.
Аннотация.Криптосистемы на основе решёток являются одними из основных постквантовых альтернатив асимметричной криптографии, используемой в настоящее время.Большинство атак на такие криптосистемы можно свести к задаче нахождения кратчайшего вектора в решётке (SVP).Ранее авторами была предложена модель квантового оракула из алгоритма Гровера для реализации гибридного квантово-классического алгоритма, основанного на алгоритме GaussSieve и решающего SVP.В настоящей работе предложена и проанализирована новая модель квантового оракула.Предложены и оценены две реализации новой модели квантового оракула.Проанализирована сложность реализации новой модели квантового оракула для атаки на постквантовые криптосистемы, основанные на решётках и являющиеся финалистами конкурса постквантовой криптографии NIST.Приведено сравнение полученных результатов для новой и уже существующей моделей квантового оракула.Табл.4, ил. 10, библиогр.48.Ключевые слова: квантовый поиск, криптография с открытым ключом, криптография на решётках, постквантовая криптография, алгоритм Гровера, квантовые вычисления. ВведениеРазвитие квантовых вычислений ведёт к необходимости в разработке и анализе криптосистем, устойчивых к атакам с использованием квантовых компьютеров алгоритмов постквантовой криптографии [1-3].Программа на квантовом компьютере может быть представлена квантовой
Статья посвящена анализу фундаментальных принципов квантовых вычислений: квантовый бит, суперпозиция, основные квантовые элементы. Актуальность работы обоснована тем, что ряд задач не может быть решен с помощью классических вычислительных машин. В результате поиска решения данной проблемы возникла квантовая информатика. В данной статье рассматривается возможность создания программы, позволяющей моделировать квантовые вычисления, а именно, квантовый алгоритм Саймона на классическом компьютере. Квантовый алгоритм Саймона, позволяет определить период некоторой функции за линейное количество вызовов этой функции.
Дисперсия квантового состояния является одной из самых фундаментальных и повсеместно встречающихся величин, количественно характеризующих неопределенность, и широко используется как в классической, так и в квантовой физике. Однако всe еще существуют новые аспекты ее применения, которые ожидают своего изучения. С помощью взаимного обмена ролей переменной состояния и наблюдаемой переменной, т. е. на основе формального рассмотрения любого состояния как наблюдаемой (что имеет смысл, поскольку любое состояние априори является эрмитовым оператором) и с использованием средней (по наблюдаемым) дисперсии этого состояния, для всех спиновых когерентных состояний вводится количественная характеристика неклассичности спина относительно разложения единицы, порожденного спиновыми когерентными состояниями. Эта величина легко вычисляется и в то же время обладает различными практическими свойствами: она может интерпретироваться как дефицит чистоты, дефицит энтропии Цаллиса и дефицит квадрата нормы функции Хусими относительно квадрата нормы функции Вигнера. Обнаружены несколько интуитивных свойств этого показателя и его связь с неопределенностью распределения в фазовом пространстве. В качестве иллюстрации приведены некоторые характерные примеры. Указаны различные обобщения.
Основным свойством квантовой криптографии является возможность строгого доказательства стойкости против любых действий противника. Однако доказательство стойкости является сложным и может содержать ошибки. Неполнота доказательства стойкости создает риск уязвимости, т. е. ситуации, при которой противник обладает полным или частичным знанием о криптографическом ключе. В этой работе предлагается квантовая схема атаки на двупараметрический протокол квантовой криптографии с фазово-временным кодированием, которая демонстрирует его уязвимость. Показано, что построенная атака является относительно простой и требует лишь трех дополнительных кубитов. Обсуждаются ошибки в доказательстве стойкости, которые сделали возможной построенную атаку.