Kriptogrāfija ir sena metode informācijas šifrēšanai, izmantojot virkni kodu. Parasti datu aizsardzībai tiek izmantotas vairākas sarežģītas matemātiskas formulas, un atslēgas ir pieejamas tikai paredzētajām pusēm.
Tomēr mūsdienās tiek izmantoti dažādi kriptogrāfijas paņēmienu veidi. Viens no tiem ir uz režģiem balstīta kriptogrāfija, kas balstās uz matemātisko režģu jēdzieniem, bieži vien šifra konstrukcijā vai tā pierādījumā.
Tātad, apspriedīsim, kas ir režģa kriptogrāfija, tās nozīme un galvenās priekšrocības.
Kas ir uz režģiem balstīta kriptogrāfija?
Uz režģiem balstīta kriptogrāfija ir kļuvusi arvien populārāka, pasaulei gatavojoties kvantu skaitļošanas attīstībai. Pēckvantu kriptogrāfija uzņem tvaiku, jo īpaši tāpēc, ka kvantu skaitļošanas telpā ir bijuši vairāki sasniegumi.
Uz režģa balstīta kriptogrāfija ir kriptogrāfijas sistēmas veids, kas balstās uz režģa matemātisko koncepciju. Režģī līnijas savieno punktus, veidojot ģeometrisku struktūru. Uz režģa balstītā kriptogrāfijā šī ģeometriskā struktūra kodē un atkodē ziņojumus.
Režģa rakstura dēļ ir grūti iekļūt uz režģa balstītā kriptogrāfijas sistēmā, jo daži modeļi sniedzas bezgalīgi. Tas padara uz režģa balstītu kriptogrāfiju par pievilcīgu alternatīvu izplatītākie šifrēšanas veidi piemēram, RSA, kas ir izrādījies neaizsargāts pret uzbrukumiem.
Uz režģa balstīta kriptogrāfija ļauj kodēt ziņojumus tā, ka tos var atšifrēt tikai kāds, kurš zina pareizo atslēgu. Piemēram, iedomājieties, ka jums ir divi režģi, viens ar 10 punktiem un viens ar 100 punktiem.
Ja no katra režģa nejauši izvēlētos divus punktus, būtu sarežģīti noteikt, kurš 10 punktu režģa punkts atbilst kuram 100 punktu režģa punktam. Tomēr, ja zinātu pareizo atslēgu, jūs varētu viegli saskaņot punktus un atšifrēt ziņojumu.
Interesanti, ka uz režģiem balstīti šifri, piemēram, Dilithium un Kyber, ir parādījuši lielu potenciālu pretoties uzbrukumiem no kvantu skaitļošana avoti un tiek plaši uzskatīti par piemēriem kvantu droša šifrēšana.
Uz režģa balstītus kriptogrāfijas algoritmus var iedalīt divās plašās kategorijās: atslēgtie un neatslēgtie algoritmi. Atslēgas algoritmiem, piemēram, NTRUEncrypt algoritmam, ziņojumu šifrēšanai un atšifrēšanai ir jāizmanto slepenā atslēga. Algoritmiem bez atslēgām, piemēram, Dual EC_DRBG algoritmam, nav nepieciešama privātā atslēga.
Režģu izpratne
Lai pareizi izprastu uz režģa balstīta šifra uzbūvi, ir ļoti svarīgi zināt režģus un ar tiem saistītās matemātiskās problēmas.
Matemātiķi ir plaši pētījuši režģus, un tiem ir vairākas interesantas īpašības. Piemēram, katram divdimensiju režģim ir pamats, vektoru kopa, kas nosaka režģi. Vektoru skaitu bāzē sauc par režģa rangu.
Šāda režģa pamats būtu vektori (2, 0) un (0, 2). Šī režģa rangs būtu 2. Vēl viena interesanta režģu īpašība ir tā, ka tās var iedalīt vienā no trim kategorijām: periodiska, periodiska vai haotiska.
Periodiskais režģis ir tāds, kurā modelis atkārtojas atkal un atkal bez atstarpēm vai pārklāšanās. Aperiodisks režģis ir tāds, kurā raksts precīzi neatkārtojas, bet nav atstarpju vai pārklāšanās. Haotisks režģis ir tāds, kurā ir spraugas vai pārklājumi, kas vienādojumā ievieš nejaušību.
Uz režģiem balstītu algoritmu drošība bieži ir atkarīga no tā, kā noteiktus matemātiskos plānus var atrisināt uz režģiem. Piemēram, divas izplatītas problēmas ir tuvākā vektora problēma (CVP) un īsākā vektora problēma (SVP). Pirmā ir matemātiska problēma, kurā ir jāatrod īsākais "nulles nevienlīdzības" vektors dotajā režģī.
Tuvākā vektora problēma ir problēma, kurā ir jāatrod vektors dotajā režģī, kas ir vistuvāk dotajam vektoram. Tiek uzskatīts, ka gan SVP, gan CVP ir skaitļošanas ziņā sarežģītas problēmas. Tā rezultātā algoritmi, kuru pamatā ir šīs problēmas, ir izturīgi pret klasisko datoru uzbrukumiem.
Četras režģa kriptogrāfijas izmantošanas priekšrocības
Uz režģa balstīta kriptogrāfija piedāvā dažādas priekšrocības salīdzinājumā ar parastajiem šifriem. Daži no tiem ir šādi:
1. Uzlabota drošība
Viena no lielākajām režģa kriptogrāfijas priekšrocībām ir tā, ka tā piedāvā uzlabotu drošību. Tas ir tāpēc, ka režģus ir grūtāk salauzt nekā citas matemātiskās struktūras, ko parasti izmanto kriptogrāfijā, piemēram, eliptiskās līknes.
2. Ātrāks aprēķinu laiks
Vēl viena uz režģa balstītas kriptogrāfijas priekšrocība ir tā, ka to var aprēķināt daudz ātrāk nekā citus kriptogrāfijas algoritmus. Tas ir svarīgi, jo ātrāks aprēķinu laiks var uzlabot veiktspēju, jo īpaši lietojumprogrammās, kurām nepieciešama reāllaika atbildes, piemēram, multivides straumēšanai vai tiešsaistes spēlēm.
3. Mazāks enerģijas patēriņš
Papildus tam, ka režģa kriptogrāfijas algoritmi ir ātrāki, tie arī patērē mazāk enerģijas nekā cita veida kriptogrāfijas algoritmi. Tas ir tāpēc, ka tos var ieviest aparatūrā, kurai nepieciešams mazāk enerģijas.
Piemēram, noteikta veida procesori, kas paredzēti kriptovalūtas ieguvei, ir pat daudzkārt energoefektīvāki nekā tradicionālie procesori, ja tiek darbināti uz režģa balstīti kriptogrāfijas algoritmi.
4. Elastīgs un viegli īstenojams
Vēl viena uz režģa balstītas kriptogrāfijas izmantošanas priekšrocība ir tā, ka to ir salīdzinoši viegli ieviest. Citas metodes, piemēram, eliptiskās līknes kriptogrāfija, var būt diezgan sarežģītas un prasa lielu datora resursu daudzumu.
Uz režģa balstītu kriptogrāfiju var ieviest jau gatavā aparatūrā, kas padara to pieejamāku un lētāku. Turklāt uz režģa balstītas kriptogrāfijas ieviešanai nav īpašu prasību.
Vēl svarīgāk ir tas, ka uz režģa balstītus šifrus var izmantot vairākām dažādām lietojumprogrammām. Piemēram, to var izmantot ciparparakstiem, uz paroli balstītai šifrēšanai un atslēgu apmaiņai. Turklāt ir vairāki dažādi režģa izveides veidi, kas nozīmē, ka tā izmantošana ir ļoti elastīga.
Paredzams, ka jaunu kriptogrāfijas standartu popularitāte pieaugs
Tā kā globālie drošības eksperti aplūko kvantu izturīgus kriptogrāfijas standartus, mēs varam sagaidīt, ka citi standarti, piemēram, uz režģa balstīta kriptogrāfija, palielināsies. Tā kā kvantu datori var ātri atrisināt problēmas dažu sekunžu laikā, kuru pabeigšana parastiem datoriem prasīs vairāk nekā 100 000 gadu, to jauda varētu viegli pārvarēt šifrēšanas protokolus, kurus mēs izmantojam šodien.
Kvantu datori rada nopietnus draudus daudziem šifrēšanas standartiem, kas līdz šim ir spējuši izturēt laika pārbaudi. Tomēr jūs varat sagaidīt, ka kriptogrāfija mainīsies un attīstīsies, jo īpaši tāpēc, ka kvantu mašīnas, kurām ir potenciāls pārspēt superdatorus, galu galā kļūst par galveno.