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

Implementation and Analysis of Post-Quantum Hash-Based Digital Signature Standard

Ondřej Vlásek

Published May 16, 2025• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Vzhledem k rychlému rozvoji kvantových počítačů, které mohou prolomit dnes běžně používaná asymetrická schémata, je nezbytné vyvíjet a analyzovat postkvantové algoritmy odolné vůči těmto útokům. Tato práce se zabývá vysvětlením teoretického základu postkvantového digitálního podepisovacího schématu SPHINCS+. Každý z použitých konceptů je postupně zkonstruován a matematicky vyjádřen. Dalším výsledkem práce je dále funkční ukázková implementace v C++ podle oficiálního standardu FIPS 205. Dále je popsán návrh implementace dle oficiálního pseudokódu. Na konci práce jsou popsány zkušenosti autora při práci se standardem.

Related papers

Post-quantum cryptography in payment processing systems

Marek Čížek

Rychle se rozvíjející oblast kvantových technologií zásadně mění pohled na bezpečnost dnešní kryptografie. Tato bakalářská práce zkoumá, jak blížící se nástup prakticky použitelných kvantových počítačů ovlivní současné šifrovací postupy, zejména v citlivé oblasti platebních systémů. Zaměřuje se na technologie, které dnes ve světě plateb dominují — EMV čipy a infrastrukturu využívající RSA — a ukazuje, že právě tyto pilíře mohou být v budoucnu ohroženy kvantovými útoky. Práce shrnuje aktuální stav kryptografie v platebních kartách a jiných platebních metodách, identifikuje jejich slabiny ve vztahu ke kvantovým výpočtům a jak na danou problematiku reaguje průmysl. Součástí práce je také implementace demonstrační aplikace simulující scénář platební transakce. V rámci experimentální části jsou implementovány a porovnávány algoritmy RSA, ML-DSA-44 a SLH-DSA.

•Jan 1, 2026•0 citations

Post-Quantum Transition for high-level schemes

Jiří Hrachovina

Vývoj výkonných kvantových počítačů představuje dlouhodobou hrozbu pro asymetrické algoritmy využívané v protokolech pro registraci certifikátů, jako jsou SCEP a EST. Tato práce analyzuje, ve kterých částech uvedené protokoly spoléhají na algoritmy zranitelné vůči kvantovým útokům, zejména na RSA, ECDSA a ECDH, a navrhuje možnosti migrace založené na hybridní a postkvantové kryptografii. Pro autentizaci, prokazování vlastnictví soukromého klíče, certifikáty, žádosti o certifikát a struktury CMS jsou uvažovány kompozitní podpisy ML-DSA. Pro kvantově odolné ustanovení klíče jsou uvažovány mechanismy založené na ML-KEM. Práce dále porovnává protokoly SCEP a EST a dochází k závěru, že EST představuje vhodnější základ pro postkvantovou migraci, zejména díky povinnému bezpečnostnímu modelu založenému na TLS. Vybrané klasické a postkvantové algoritmy jsou testovány na mikrokontrolérové platformě STM32WB55RG z hlediska výkonnosti, využití paměti a komunikační režie. Součástí práce je také experimentální implementace postkvantového prototypu EST. Výsledky ukazují, že ML-KEM-512 a ML-DSA-44 jsou vhodnou volbou pro omezené klienty EST a že postkvantová registrace certifikátů pomocí EST je na Cortex-M4 STM32WB55RG proveditelná.

•Jan 1, 2026•0 citations

Design and implementation of an interactive guide for post-quantum key establishment and QKD

Dejan Ribarovski

Distribuce klíčů slouží jako základní kámen bezpečné komunikace v dnešní digitální době. Vývoj rozsáhlých kvantových počítačů však představuje existenční hrozbu pro matematické předpoklady složitosti, na nichž jsou založeny v současnosti nasazené asymetrické protokoly, jako je RSA, Diffie-Hellman nebo Diffie-Hellman na eliptických křivkách (ECDH). Tato práce poskytuje komplexní analýzu přechodu na kvantově bezpečnou (quantum-safe) komunikaci. Zkoumá matematický přístup postkvantové kryptografie, detailně popisuje základy nově standardizovaného algoritmu ML-KEM, stejně jako fyzikální přístup v podobě kvantové distribuce klíčů (QKD). Dále práce představuje návrh a implementaci interaktivního webového výukového nástroje. Tento nástroj provádí uživatele celým životním cyklem navázání zabezpečeného kanálu a nabízí vizualizace i interaktivní simulace, jejichž cílem je zpřístupnit složité koncepty klasické a kvantově bezpečné kryptografie širšímu publiku.

•May 22, 2026•0 citations

Protocol extension to support post-quantum cryptography

Patrik Lažek

Tato bakalářská práce se zabývá zabezpečením protokolu MQTT s ohledem na rizika spojená s nástupem kvantových počítačů. Vzhledem k tomu, že současné asymetrické kryptografické algoritmy (RSA, ECC) jsou zranitelné vůči Shorovu algoritmu, představuje tato hrozba kritický problém zejména pro zařízení internetu věcí (IoT) s dlouhým životním cyklem. Text analyzuje vybrané algoritmy standardizačního procesu NIST a navrhuje autentizační schéma na aplikační vrstvě, které přenáší postkvantová data pomocí zpráv PUBLISH protokolu MQTT v5.0. Navržené řešení kombinuje algoritmus ML-KEM (Kyber) pro ustavení klíče a Falcon-512 pro digitální podpis, čímž zajišťuje autentizaci brokeru a ustavení dočasného klíče relace. Praktická část práce obsahuje implementaci bezpečnostního pluginu pro broker Eclipse Mosquitto s využitím knihovny liboqs a klientského firmwaru pro ESP32-C6 s využitím implementací z projektu PQClean. Provedené experimenty na hardwarové platformě ESP32-C6 ověřují proveditelnost tohoto přístupu v podmínkách omezených systémových zdrojů a kvantifikují dopad postkvantového podepisování a zapouzdření na latenci připojení, paměťovou náročnost a celkový objem přenášených dat.

•Jan 1, 2026•0 citations

Practical Migration to Post-Quantum Cryptography: Implementing and Benchmarking Hybrid Cryptographic Schemes

Sagadat Seitzhan

Tato práce zkoumá praktickou migraci k postkvantové kryptografii se zaměřením na hybridní schémata v TLS 1.3. Teoretická část shrnuje kvantové hrozby pro klasickou kryptografii, základní principy postkvantových algoritmů a důvody, proč se v praxi používají hybridní přechodová schémata. V reálné cloudové infrastruktuře jsou nasazeny varianty TLS serveru NGINX: jedna s klasickou výměnou klíčů X25519 a druhá s hybridním X25519MLKEM768. Dopad hybridního schématu je vyhodnocen experimentálně pomocí opakovatelných měření latence na požadavek, propustnosti handshake a rozkladu navazování spojení na jednotlivé protokolové vrstvy. Zdrojový kód, měřicí skripty i datové sady jsou zveřejněny pro podporu reprodukovatelnosti.

•May 15, 2026•0 citations

Securing Quantum Key Distribution: Architecture, Threats, and Deployment Strategies

Sebastian Štefko

Pokroky v kvantovém počítání nás nutí zkoumat a implementovat nové metody ke klasické kryptografii s veřejným klíčem. Jednou z alternativ je kromě postkvantové kryptografie takzvaná kvantová distribuce klíče. Tato technika je spojena s budováním speciálních sítí schopných distribuovat sdílený klíč mezi libovolné dvě komunikující strany. Nejprve vysvětlíme bezpečnostní důsledky, které kvantové počítače představují pro dnes široce používané algoritmy asymetrické kryptografie. Jako řešení, kterým se budeme dále zabývat, jsou sítě pro kvantovou distribuci klíče. Je zmíněno několik reálných implementací a následně detailně popsána architektura s důrazem na bezpečnost. Je vysvětlena podstata informační bezpečnosti a provedena bezpečnostní analýza kvantových sítí. Její součástí je navržený bezpečnostní profil pro systém pro správu klíčů v kvantových sítích, napsaný podle specifikace Common Criteria. Dále navrhujeme techniky pro zvýšení bezpečnosti v obleastech: (i) doručení klíče k uživateli, (ii) posílení bezpečnosti klíče a (iii) propojení sítí. Nakonec vyvineme metodologii pro vývoj, implementaci a provozování kvantových sítí tak, aby mohla být aplikována na tyto nové sítě.

•Jun 18, 2024•0 citations
Vzhledem k rychlému rozvoji kvantových počítačů, které mohou prolomit dnes běžně používaná asymetrická schémata, je nezbytné vyvíjet a analyzovat postkvantové algoritmy odolné vůči těmto útokům. Tato práce se zabývá vysvětlením teoretického základu postkvantového digitálního podepisovacího schématu SPHINCS+. Každý z použitých konceptů je postupně zkonstruován a matematicky vyjádřen. Dalším výsledkem práce je dále funkční ukázková implementace v C++ podle oficiálního standardu FIPS 205. Dále je popsán návrh implementace dle oficiálního pseudokódu. Na konci práce jsou popsány zkušenosti autora při práci se standardem.
Rychle se rozvíjející oblast kvantových technologií zásadně mění pohled na bezpečnost dnešní kryptografie. Tato bakalářská práce zkoumá, jak blížící se nástup prakticky použitelných kvantových počítačů ovlivní současné šifrovací postupy, zejména v citlivé oblasti platebních systémů. Zaměřuje se na technologie, které dnes ve světě plateb dominují — EMV čipy a infrastrukturu využívající RSA — a ukazuje, že právě tyto pilíře mohou být v budoucnu ohroženy kvantovými útoky. Práce shrnuje aktuální stav kryptografie v platebních kartách a jiných platebních metodách, identifikuje jejich slabiny ve vztahu ke kvantovým výpočtům a jak na danou problematiku reaguje průmysl. Součástí práce je také implementace demonstrační aplikace simulující scénář platební transakce. V rámci experimentální části jsou implementovány a porovnávány algoritmy RSA, ML-DSA-44 a SLH-DSA.
Vývoj výkonných kvantových počítačů představuje dlouhodobou hrozbu pro asymetrické algoritmy využívané v protokolech pro registraci certifikátů, jako jsou SCEP a EST. Tato práce analyzuje, ve kterých částech uvedené protokoly spoléhají na algoritmy zranitelné vůči kvantovým útokům, zejména na RSA, ECDSA a ECDH, a navrhuje možnosti migrace založené na hybridní a postkvantové kryptografii. Pro autentizaci, prokazování vlastnictví soukromého klíče, certifikáty, žádosti o certifikát a struktury CMS jsou uvažovány kompozitní podpisy ML-DSA. Pro kvantově odolné ustanovení klíče jsou uvažovány mechanismy založené na ML-KEM. Práce dále porovnává protokoly SCEP a EST a dochází k závěru, že EST představuje vhodnější základ pro postkvantovou migraci, zejména díky povinnému bezpečnostnímu modelu založenému na TLS. Vybrané klasické a postkvantové algoritmy jsou testovány na mikrokontrolérové platformě STM32WB55RG z hlediska výkonnosti, využití paměti a komunikační režie. Součástí práce je také experimentální implementace postkvantového prototypu EST. Výsledky ukazují, že ML-KEM-512 a ML-DSA-44 jsou vhodnou volbou pro omezené klienty EST a že postkvantová registrace certifikátů pomocí EST je na Cortex-M4 STM32WB55RG proveditelná.
Distribuce klíčů slouží jako základní kámen bezpečné komunikace v dnešní digitální době. Vývoj rozsáhlých kvantových počítačů však představuje existenční hrozbu pro matematické předpoklady složitosti, na nichž jsou založeny v současnosti nasazené asymetrické protokoly, jako je RSA, Diffie-Hellman nebo Diffie-Hellman na eliptických křivkách (ECDH). Tato práce poskytuje komplexní analýzu přechodu na kvantově bezpečnou (quantum-safe) komunikaci. Zkoumá matematický přístup postkvantové kryptografie, detailně popisuje základy nově standardizovaného algoritmu ML-KEM, stejně jako fyzikální přístup v podobě kvantové distribuce klíčů (QKD). Dále práce představuje návrh a implementaci interaktivního webového výukového nástroje. Tento nástroj provádí uživatele celým životním cyklem navázání zabezpečeného kanálu a nabízí vizualizace i interaktivní simulace, jejichž cílem je zpřístupnit složité koncepty klasické a kvantově bezpečné kryptografie širšímu publiku.
Tato bakalářská práce se zabývá zabezpečením protokolu MQTT s ohledem na rizika spojená s nástupem kvantových počítačů. Vzhledem k tomu, že současné asymetrické kryptografické algoritmy (RSA, ECC) jsou zranitelné vůči Shorovu algoritmu, představuje tato hrozba kritický problém zejména pro zařízení internetu věcí (IoT) s dlouhým životním cyklem. Text analyzuje vybrané algoritmy standardizačního procesu NIST a navrhuje autentizační schéma na aplikační vrstvě, které přenáší postkvantová data pomocí zpráv PUBLISH protokolu MQTT v5.0. Navržené řešení kombinuje algoritmus ML-KEM (Kyber) pro ustavení klíče a Falcon-512 pro digitální podpis, čímž zajišťuje autentizaci brokeru a ustavení dočasného klíče relace. Praktická část práce obsahuje implementaci bezpečnostního pluginu pro broker Eclipse Mosquitto s využitím knihovny liboqs a klientského firmwaru pro ESP32-C6 s využitím implementací z projektu PQClean. Provedené experimenty na hardwarové platformě ESP32-C6 ověřují proveditelnost tohoto přístupu v podmínkách omezených systémových zdrojů a kvantifikují dopad postkvantového podepisování a zapouzdření na latenci připojení, paměťovou náročnost a celkový objem přenášených dat.
Tato práce zkoumá praktickou migraci k postkvantové kryptografii se zaměřením na hybridní schémata v TLS 1.3. Teoretická část shrnuje kvantové hrozby pro klasickou kryptografii, základní principy postkvantových algoritmů a důvody, proč se v praxi používají hybridní přechodová schémata. V reálné cloudové infrastruktuře jsou nasazeny varianty TLS serveru NGINX: jedna s klasickou výměnou klíčů X25519 a druhá s hybridním X25519MLKEM768. Dopad hybridního schématu je vyhodnocen experimentálně pomocí opakovatelných měření latence na požadavek, propustnosti handshake a rozkladu navazování spojení na jednotlivé protokolové vrstvy. Zdrojový kód, měřicí skripty i datové sady jsou zveřejněny pro podporu reprodukovatelnosti.
Pokroky v kvantovém počítání nás nutí zkoumat a implementovat nové metody ke klasické kryptografii s veřejným klíčem. Jednou z alternativ je kromě postkvantové kryptografie takzvaná kvantová distribuce klíče. Tato technika je spojena s budováním speciálních sítí schopných distribuovat sdílený klíč mezi libovolné dvě komunikující strany. Nejprve vysvětlíme bezpečnostní důsledky, které kvantové počítače představují pro dnes široce používané algoritmy asymetrické kryptografie. Jako řešení, kterým se budeme dále zabývat, jsou sítě pro kvantovou distribuci klíče. Je zmíněno několik reálných implementací a následně detailně popsána architektura s důrazem na bezpečnost. Je vysvětlena podstata informační bezpečnosti a provedena bezpečnostní analýza kvantových sítí. Její součástí je navržený bezpečnostní profil pro systém pro správu klíčů v kvantových sítích, napsaný podle specifikace Common Criteria. Dále navrhujeme techniky pro zvýšení bezpečnosti v obleastech: (i) doručení klíče k uživateli, (ii) posílení bezpečnosti klíče a (iii) propojení sítí. Nakonec vyvineme metodologii pro vývoj, implementaci a provozování kvantových sítí tak, aby mohla být aplikována na tyto nové sítě.