从《量子预备:向后量子暗码的搬迁》看美国后量子暗码搬迁的新进展

liukang20241天前490

2023 年 8 月 21 日,美国网络安全和根底设施安全局(CISA)、国家安全局(NSA)与国家规范与技能研讨院(NIST)联合发布《量子预备:向后量子暗码搬迁》攻略,该攻略为各安排着手展开后量子暗码(也称为抗量子暗码,PQC)搬迁作业予以辅导,要求安排树立专门的项目办理团队,整理并构成易受量子进犯的体系和财物清单,摸清当时运用的加密技能,并注重供应链安全,加强与包含云服务商在内的技能供货商的协作等。事实上,将现有暗码体系向可以抵挡量子核算进犯的后量子暗码体系搬迁是一项长时刻且花费巨大的工程,美国对此十分注重,除了赶紧后量子算法与规范化研讨外,还活跃敦促尽早规划向 PQC 的过渡,以为现在有必要为此做好预备。

拟定易受量子进犯的技能和相关要害数据重要性的清单,该清单首要包含:1)运用暗码发现东西辨认量子易受进犯的算法。包含:网络协议,用于辨认答应可追溯性的网络协议中易受量子进犯的算法;终端用户体系和服务器上的财物,包含运用程序和相关库,运用程序功用以及固件和软件更新;以及继续集成/交给开发流水线中的暗码算法代码或依靠性。2)列出最灵敏和最要害的数据集,这些数据集有必要在很长一段时刻内得到维护。这些信息将为未来的剖析供给信息,经过辨认现在或许存在危险的数据,并在与暗码学相关的量子核算机可用时进行解密。为此,各安排应:将加密清单与现有程序中可用的清单相关联,例如财物清单、身份、凭据和拜访办理、身份和拜访办理、端点检测和呼应以及继续确诊和缓解;了解哪些体系和协议被用来移动或拜访其最灵敏和要害的数据集;辨认易受量子进犯的加密技能,以维护要害进程,特别是要害根底设施。3)暗码技能清单,清点一切现在布置的暗码体系(不包含国家安全体系),并拟定包含优先考虑的要害信息技能 IT 财物清单、暂时基准以及点评进程的要求;4)一切联邦文职行政部分(FCEB)安排每年提交一份仍易受暗码剖析量子核算机(CRQC)影响的 IT 体系清单,特别注重高价值财物和高影响体系。终究,各安排应将易受量子进犯的清单供给给危险点评部分,以考虑布置的优先级。

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依据 Inside Quantum Technology 的测算,估量到 2029 年,后量子暗码软件和芯片市场规模将到达 95 亿元。美国从事该范畴研讨的首要大型跨国公司和科技巨子有谷歌、IBM、微软、亚马逊和英特尔等,各大公司都有其各自优势,并且在整个生态体系中互相许多协作,例如 IBM、谷歌等企业正逐步推进后量子暗码工业化展开,并在实践中验证后量子暗码的有效性。2023 年首要推进状况有:(1)IBM、微软等公司树立后量子暗码学联盟。2023 年 9 月,IBM Quantum、微软现已与非营利性研讨安排 MITRE、英国暗码公司 PQShield、谷歌兄弟公司 SandboxAQ 和滑铁卢大学组成了一个联盟,该联盟将运用其团体技能特长和影响力,促进 PQC 在商业和开源技能中的全球选用。(2)谷歌经过 PQC 协助 Chrome 抵挡未来进犯。2023 年 8月,谷歌宣告在 Chrome 中添加对立量子加密的支撑,然后保证网络阅读免受后量子安全要挟。新的抗量子加密技能被称 X25519Kyber768,是一种混合机制,结合了两种加密算法来加密 TLS 会话。分别是 X25519(一种广泛用于当今 TLS 密钥洽谈的椭圆曲线算法)和 Kyber-768(一种抗量子密钥封装办法(KEM))。新的混合加密已在 Chrome 116 中供给。谷歌维护 Chrome加密密钥免受后量子要挟的做法十分具有前瞻性。(3)谷歌推出首个抗量子硬件密钥。抗量子硬件密钥的面世是网络安全业界推行和遍及抗量子加密算法的一次严重打破。2023 年 10 月,谷歌推出首个开源的抗量子(量子弹性)FIDO2 安全密钥,该产品是谷歌 OpenSK 安全密钥方案的一部分。该密钥的开源硬件优化完成运用了一种新颖的ECC/Dilithium混合签名形式,该形式获益于ECC面对惯例进犯的安全性以及Dilithium抵挡量子进犯的弹性。与 Chrome 的混合机制(X25519 和 Kyber-768 的组合)相似,谷歌提出的 FIDO2 安全密钥完成是椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)和最近规范化的抗量子签名算法 Dilithium 的混合。

在后量子暗码研制范畴,草创公司和安全职业公司也是重要的推进力气,2023 年首要推进状况有:(1)Thales 在其旗舰移动安全运用中布置 PQC。2023 年 2 月,全球网络安全前驱 Thales(泰雷兹)在其旗舰移动安全运用Cryptosmart 中创立 PQC 的首个实在世界运用,运用 5G SIM 卡完成 PQC。在试点项目中,混合暗码术(传统暗码学与 PQC 的结合)被用于两个设备之间的电话通话中,以维护通话期间交流的信息。(2)QuSecure 完成首个实时、端到端抗量子加密通讯星链。2023 年 3 月,抗量子网络安全范畴的领导者 QuSecure 宣告,已成功完成首个端到端量子抵挡加密通讯星链,标志着美国卫星数据传输初次运用抗量子暗码技能,免受经典和量子解密进犯。QuSecure 在安全卫星通讯才干方面的打破发明了世界上第一个地外抗量子抵挡通讯网,这是迈向量子安全的旅程中十分重要的一步。(3)Atos 子公司 Eviden 发布首个“后量子安排妥当”数字身份处理方案。2023 年 4 月,Atos集团子公司 Eviden 发布其首个“后量子安排妥当”数字身份处理方案。该处理方案由 PQC 驱动,包含 IDnomic PKI 和 Cryptovision Greenshield 两款网络安全产品,将于 2023 年第四季度正式推出。(4)SandboxAQ 推出端到端安全套件,协助安排向 PQC 过渡。2023 年 4 月,SandboxAQ 发布了一款名为“Security Suite”的端到端加密缝隙扫描和修正软件。SandboxAQ 表明,该安全套件的推出旨在协助安排过渡到能反抗经典核算进犯和量子核算进犯的后量子暗码技能上。(5)QuSecure 与 RedHat 协作供给增强的 PQC 处理方案。2023 年 4 月,QuSecure 公司与 RedHat(红帽)达到协作,旨在为公共和私营部分的客户供给增强的经典和后量子网络安全处理方案。QuSecure 的顶级后量子网络安全技能在红帽企业 Linux、红帽 OpenShift 和红帽 Ansible 自动化渠道上得到了支撑,旨在供给经典的 PQC 处理方案,以抵挡现代网络要挟。(6)SEALSQ 公司开发了能运转双种 NIST PQC 规范算法的演示器。2023 年 6 月,全球抢先的网络安全、人工智能、物联网芯片开发商 WISeKey 的子公司 SEALSQ 运用依据 AI 的量子处理方案开发了一个能运转两种 NIST PQC 规范算法的演示器。这是其 QUASARS 项目开发的一个重要里程碑,使其朝着构建后量子硬件安全模块和信赖根(RoT)的方针更近一步。(7)TII 发布全球首个用于点评 PQC 方案安全性的开源软件库。2023 年 9 月,TII 暗码学研讨中心(CRC)推出了“暗码预算器(Crypgraphic Estimators)”,这是世界上第一个致力于点评 PQC 方案安全性的开源软件库,包含密钥交流办法、公钥加密和签名。作为 TII 对暗码研讨和规范化的最新奉献,暗码预算器经过整合现有估量器并为新规划的估量器供给根底,满意了对详细安全估量的牢靠拜访点的需求。(8)Signal 协议参加对 PQC 的支撑。2023 年 9 月,Signal 协议最新参加后量子暗码学算法PQXDH,该算法是依据 NIST 挑选的四种 PQC 之一的 Crystals-Kyber。Signal协议此前运用的加密算法是依据椭圆曲线 Diffie-Hellman 密钥交流协议,运用由椭圆曲线暗码学树立公钥与私钥对,其安全性是依据数学上的单向函数,而该单向函数是依据离散对数问题。进犯者假如有量子核算机,可以运用 Shor 算法处理离散对数问题破解私钥,可以在短时刻内破解 Signal 的加密。

2023 年 10 月 3 日,全球数字事务和 IT 服务供给商 NTT DATA 发布《向后量子暗码搬迁白皮书》,其间白皮书提出向 PQC 搬迁的实践关键,包含考虑数据巨细、进步算法灵敏性、从头加密信息、收购新的硬件等七个方面:(1)数据量巨细或许会添加。每一种 PQC 算法的密钥数据、加密数据和签名数据的巨细都比传统的暗码体系要大。假如程序规划时没有考虑到这些巨细,数据或许无法正确地存储在存储器、IC 卡等中,体系或许会反常停止。(2)处理速度或许会变慢。关于每一种 PQC 算法,密钥生成速度和加密处理速度或许会比曾经更快或更慢。假如速度变慢,体系用户的等待时刻将会添加,算法便利性或许会下降。(3)进步加密算法灵敏性。尽管每一个 PQC 算法的安全性都经过了 NIST 的充沛验证,但其前史比传统的 RSA 短等,所以在未来总是存在被发现进犯的或许性。(4)假如体系中存储了加密的数据,请考虑从头加密。假如体系中存储了加密的秘要信息,则有必要考虑经过 PQC 算法或扩展密钥长度的对称加密算法从头加密,这或许是针对“先存储,后解密”进犯的对策。(5)假如运用 TLS 硬件,有必要保证满足时刻收购。假如在负载平衡器上停止 TLS 通讯,则有必要更新负载平衡器以支撑 PQC 算法,因为它的加密库驻留在负载平衡器硬件上。(6)继续搜集 NIST、SOG-IS 等安排发布的信息。即便在考虑向 PQC 搬迁方案后,也需求依据 PQC 安全点评的更新状况,注重 NIST、SOG-IS 发布的信息。(7)了解云服务供给商供给的 PQC 功用。假如方案鄙人一次体系更新时将部分或悉数体系搬迁到云端,那么应当了解云服务供给商供给的 PQC功用,这或许包含密钥办理服务、证书颁布服务、硬件安全模块服务、加密通讯服务等。

从当今的公钥暗码学向 PQC 搬迁是一项既耗时又具有应战性的作业,面对着:(1)功用考虑:PQC 算法具有更高的核算、存储、内存和通讯要求,因而在各种布置场景中的功用考虑至关重要。(2)安全考虑:因为公钥暗码算法的改变,将会发生许多安全问题。与现有的 RSA 和 ECC 算法比较,因为 PQC 不太为人所知,因而或许会引发对密钥巨细、核算时刻等方面的忧虑。另一个需求处理的范畴是 PQC 算法的暗码剖析。(3)算法考虑:未来的后量子加密规范很或许会为不同的运用指定多种算法。例如,签名或密钥巨细关于某些运用程序或许不是问题,但在其他运用程序中或许是不行承受的。在这种状况下,NIST 规范可以辨认不同运用程序需求布置不同算法的需求。另一方面,或许需求修正现有协议以处理更大的签名或密钥巨细。新运用程序的完成将需求习惯后量子加密的需求,并答应新方案习惯它们。(4)算法的替换一般需求更改或替换加密库、完成验证东西、完成或加速算法功用的硬件、依靠的操作体系和运用程序代码、通讯设备和协议,以及用户和办理程序。(5)需求清晰公钥加密的运用方位和方法:在任何状况下,从当时的公钥算法集搬迁到后量子算法的先决条件是确认在何处以及出于何种意图运用公钥加密。公钥暗码学现已集成到现有的核算机和通讯硬件、操作体系、运用程序、通讯协议、密钥根底设施和拜访操控机制中。信息技能和操作技能体系依靠于公钥暗码术,但许多体系没有该暗码术在哪里运用的清单。这使得很难确认后量子算法需求在何处以及以何种优先级替代当时的公钥体系。迫切需求东西来协助发现在现有技能根底设施中公钥加密的运用方位和方法。

2023 年 8 月 21 日,美国网络安全和根底设施安全局(CISA)、国家安全局(NSA)与国家规范与技能研讨院(NIST)联合发布《量子预备:向后量子暗码搬迁》攻略,该攻略为各安排着手展开后量子...
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