ポスト量子暗号標準化 [ 1 ] は、 NISTが ポスト量子暗号を 標準に含めるように更新するためのプログラムおよびコンテストです。[ 2 ] これはPQCrypto 2016で発表されました。 [ 3 ] 2017年末の最初の提出期限までに、23の署名方式と59の暗号化/ KEM方式が提出されました [ 4 ]。 そのうち合計69が完全かつ適切とみなされ、第1ラウンドに参加しました。これらのうち7つ(うち3つは署名方式)が第3ラウンドに進み、2020年7月に発表されました。[ 5 ]
2024年8月13日、NISTは最初の3つのポスト量子暗号標準であるFIPS 203、FIPS 204、およびFIPS 205の最終版をリリースしました。[ 6 ]
背景 量子コンピューティングの潜在的な影響に関する学術研究は、少なくとも2001年に遡ります。[ 7 ] 2016年4月にNISTが発表したレポートでは、量子技術によって一般的に使用されているRSA アルゴリズムが2030年までに安全ではなくなる可能性があることを認める専門家の意見が引用されています。 [ 8 ] その結果、量子に安全な 暗号プリミティブを標準化する必要性が追求されました。ほとんどの対称プリミティブは量子耐性を持たせるように比較的簡単に変更できるため、取り組みは公開鍵暗号、つまりデジタル署名 と鍵カプセル化メカニズム に集中しました。2016年12月、NISTは提案募集を発表して標準化プロセスを開始しました。[ 9 ]
第1ラウンド 検討対象となったのは以下の通り:[ 10 ] (取り消し 線は撤回されたことを示す)
第1ラウンド提出物公開攻撃 ロレンツ・パニーの「もう一度考えてみて」[ 18 ] RVB by Lorenz Panny [ 19 ] RaCoSS by Daniel J. Bernstein 、Andreas Hülsing、Tanja Lange 、Lorenz Panny [ 20 ] HK17 ダニエル・J・バーンスタインとタンヤ・ランゲ[ 21 ] Bo-Yin YangによるSRTPI [ 22 ] WalnutDSA Ward Beullens と Simon R. Blackburn による[ 23 ] マトベイ・コトフ、アントン・メンショフ、アレクサンダー・ウシャコフ著[ 24 ] DRS by Yang Yu と Léo Ducas [ 25 ] Elise Barelli と Alain Couvreur による DAGS [ 26 ] 『Edon-K』 マチュー・ルケヌとジャン=ピエール・ティリッチ著[ 27 ] RLCE:アラン・クーヴルール、マチュー・レクエーヌ、ジャン=ピエール・ティリッチ著[ 28 ] Hila5 ダニエル・J・バーンスタイン、レオン・グルート・ブルインデリンク、ターニャ・ランゲ、ロレンツ・パニー著[ 29 ] 『ジョファントス』 ウォード・ベレンス、ワウター・カストリック、フレデリック・フェルカウテレン作[ 30 ] トーマス・デブリス=アラザールとジャン=ピエール・ティリッヒによる RankSign [ 31 ] 「マクニー」フィリップ・ガボリット作。[ 32 ] テリー・シュー・チェン・ラウとチック・ハウ・タン[ 33 ]
第2ラウンド 第2ラウンドに進出する候補者は2019年1月30日に発表されました。彼らは以下の通りです。[ 34 ]
第3ラウンド 2020年7月22日、NISTは7つの最終候補(「第1トラック」)と8つの代替アルゴリズム(「第2トラック」)を発表しました。第1トラックには最も有望と思われるアルゴリズムが含まれており、第3ラウンドの最後に標準化の対象として検討されます。第2トラックのアルゴリズムは、第3ラウンド終了後も標準の一部となる可能性があります。[ 54 ] NISTは、代替候補の一部が第4ラウンドで検討されると予想しています。NISTはまた、将来的に新しいスキームの提案のために署名カテゴリを再開する可能性を示唆しています。[ 55 ]
2021年6月7日~9日、NISTは第3回PQC標準化会議をオンラインで開催した。[ 56 ] 会議では、候補者の最新情報や、実装、パフォーマンス、セキュリティ問題に関する議論が行われた。知的財産権に関する懸念事項には、わずかな時間が割かれた。
知的財産に関する懸念 NIST が最終候補者と代替候補を発表した後、 Kyber やNewHope などの格子ベースのスキーム を中心に、さまざまな知的財産に関する懸念が表明された。NISTは提出グループから法的権利を放棄する署名入りの声明書を保管しているが、第三者が権利を主張する可能性があるという懸念は依然として残っている。NISTは、優勝アルゴリズムを選ぶ際にそのような考慮事項を考慮に入れると主張している。[ 57 ]
第3ラウンド提出物公開攻撃 Rainbow: Ward Beullens による古典的なコンピュータ上の作品[ 58 ]
適応 今回のラウンドにおいて、一部の候補は特定の攻撃経路に対して脆弱であることが判明しました。そのため、これらの候補はそれに応じて対応を迫られています。
クリスタル・カイバーとセイバー セキュリティに関する主張が成り立つように、提案で使用されているネストされたハッシュを変更する可能性がある。[ 59 ] ファルコン 電磁測定を利用したサイドチャネル攻撃により、秘密署名鍵が抽出される。この攻撃に対抗するためにマスキングを追加することができる。この適応はパフォーマンスに影響を与えるため、標準化の際に考慮する必要がある。[ 60 ]
厳選アルゴリズム 2022 2022年7月5日、NISTは6年間のコンテストの最初の受賞者グループを発表した。[ 61 ] [ 62 ]
第4ラウンド 2022年7月5日、NISTはPQC標準化ラウンド4の候補4つを発表した。[ 63 ]
第4ラウンド提出物公開攻撃 SIKE: Wouter CastryckとThomas Decruによる古典コンピュータ上での[ 65 ] [ 66 ]
選択されたアルゴリズム 2025 2025年3月11日、NISTはKEMのバックアップアルゴリズムの選定を発表した。[ 67 ]
初回リリース 2024年8月13日、NISTは最初の3つのポスト量子暗号標準の最終版をリリースした。[ 6 ] リリース発表によると、次のとおりである。
草案版以降、規格自体に実質的な変更は加えられていないものの、NISTは、最終版の3つの規格に含まれるバージョンを明確にするためにアルゴリズム名を変更しました。最終版の規格は以下のとおりです。
連邦情報処理規格(FIPS)203は、一般的な暗号化の主要規格として策定されました。その利点としては、比較的小さな暗号鍵で両者が容易に交換できること、そして処理速度が速いことが挙げられます。この規格は、CRYSTALS-Kyberアルゴリズムに基づいており、現在はモジュール格子ベース鍵カプセル化メカニズム(ML-KEM)と改名されています。 FIPS 204は、デジタル署名を保護するための主要な標準規格として策定されました。この規格では、CRYSTALS-Dilithiumアルゴリズムが使用されており、現在はML-DSA(Module-Lattice-Based Digital Signature Algorithmの略)と改名されています。 FIPS 205もまた、デジタル署名のために設計された規格です。この規格では、SPHINCS+ アルゴリズム(現在はSLH-DSA、Stateless Hash-Based Digital Signature Algorithmの略)が採用されています。この規格はML-DSAとは異なる数学的手法に基づいており、ML-DSAに脆弱性が見つかった場合のバックアップ方式として設計されています。 同様に、FALCONをベースとしたFIPS 206規格の草案がリリースされる際には、そのアルゴリズムはFN-DSAと呼ばれることになる。これは、NTRU格子ベースのデジタル署名アルゴリズムにおけるFFT(高速フーリエ変換)の略である。 2025年3月11日、NISTは鍵カプセル化/交換に使用されるポスト量子非対称暗号化の5番目のアルゴリズムとしてHamming Quasi-Cyclic ( HQC )をリリースしました。 [ 67 ] この新しいアルゴリズムは、一般的な暗号化の主要アルゴリズムであるML-KEMのバックアップとして機能します。HQCはML-KEMとは異なる数学を使用するコードベースのスキームであるため、格子ベースのML-KEMに脆弱性が見つかった場合の潜在的な脆弱性を軽減します。[ 66 ] HQCアルゴリズムを組み込んだ標準のドラフトは2026年初頭に、最終版は2027年に公開される予定です。
その他のデジタル署名方式
第1ラウンド NISTは50件の提出を受け付け、そのうち40件が提出要件を満たし適切であると判断した。[ 68 ] 検討中のものは以下のとおりである。[ 69 ] (取り消し 線は撤回されたことを示す)
第1ラウンド提出物公開攻撃 ダニエル・スミス=トーンによる3WISE [ 87 ] メフディ・ティボウチによるイーグルサイン[ 101 ] KAZ-SIGN ダニエル・J・バーンスタイン著; [ 102 ] スコット・フルーラー[ 103 ] Xifrat1-Sign.I ロレンツ・パニー著[ 104 ] Mehdi TibouchiによるeMLE-Sig 2.0 [ 105 ] (Lorenz Pannyによる実装[ 106 ] ) HPPCはWard Beullensによるもの[ 107 ] 、 Pierre Briaud、Maxime Bros、Ray Perlner [ 108 ] ALTEQ by Markku-Juhani O. Saarinen [ 109 ] (実装のみ?) シャルル・ブイヤゲ作「ビスケット」[ 110 ] Markku-Juhani O. Saarinen および Ward Beullens による MEDS [ 111 ] (実装のみ) Felicitas Hörmann と Wessel van Woerden による FuLeeca [ 112 ] LESSチームによるLESS(実装のみ)[ 113 ] DME-Sign by Markku-Juhani O. Saarinen [ 114 ] (実装のみ?); Pierre Briaud、Maxime Bros、Ray Perlner、および Daniel Smith-Tone [ 89 ] EHTv3: Eamonn Postlethwaite と Wessel van Woerden 著。キーガン・ ライアンとアダム・ ズール [ 116 ] Thomas Debris-Alazard、Pierre Loisel、Valentin Vasseur による pqsigRM の強化。[ 117 ] ピエール・ブリオー、マキシム・ブラザーズ、レイ・パールナー、ダニエル・スミス=トーン[ 118 ] HAETAE by Markku-Juhani O. Saarinen [ 119 ] (実装のみ?) HuFu マルク=ユハニ・O・サーリネン著[ 120 ] SDitH ケビン・キャリアーとジャン・ピエール・ティリッヒ著。ケビン・キャリアー、ヴァレリア ン・ ヘイテイ、ジャン=ピエール・ティリッチ [ 122 ] 古江宏樹と池松泰彦によるVOX [ 123 ] AIMer by Fukan Liu、Mohammad Mahzoun、Morten Øygarden、Willi Meier [ 124 ] 池松泰彦と秋山リカによるSNOVA [ 125 ] PROV 作成者: Ludovic Perret、River Moreira Ferreira [ 126 ] (実装のみ)
第2ラウンド NISTは14件の応募を第2ラウンドに進めると判断した。[ 127 ]
第3ラウンド 第2ラウンドから第3ラウンドに進出した候補者は9名でした[ 130 ] :
NISTは、少なくとも多変量候補については、おそらくさらなる評価が必要になるだろうと示唆している。[ 130 ] : 7
Anthropicは Claude Mythos とHAWKを破ったため、HAWKはコンペから撤退した。[ 131 ]
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外部リンク NISTの標準化プロセスに関する公式ウェブサイト djb によるポスト量子暗号ウェブサイト