Никита Шахулов - Атака на восстановление квантового ключа

© Никита Шахулов, 2021

ISBN 978-5-0055-4887-0

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Квантовая безопасность легких блочных шифров привлекает все больше внимания. Однако существующие квантовые атаки на легкие блочные шифры сосредоточены только на квантовом исчерпывающем поиске, в то время как квантовые атаки в сочетании с классическими методами криптоанализа изучены недостаточно. В этой статье мы изучим атаку квантового восстановления ключа на SIMON32 / 64 с использованием алгоритма квантового амплитудного усиления в модели Q1. Сначала я повторно проанализирую сложность квантовой схемы квантового исчерпывающего поиска на SIMON32 / 64. Я более точно оценю количество ворот Клиффорда и уменьшаем количество Т-ворот. Кроме того, T-образная и полная глубина уменьшены из-за наших незначительных изменений. Затем, используя в качестве отличителя четыре дифференциала, данные Бирюковым в FSE 2014, я проверю атаку восстановления квантового ключа на 19-раундовой SIMON32 / 64. Я рассматриваю две фазы атаки восстановления ключа как два экземпляра QAA по отдельности, а первый экземпляр QAA состоит из четырех экземпляров sub-QAA. Затем я проектирую квантовую схему этих двух экземпляров QAA и оцениваю соответствующую им сложность квантовой схемы. Я пришёл к выводу, что квантовая схема моей атаки с квантовым восстановлением ключа ниже, чем квантовый исчерпывающий поиск. Моя работа в первую очередь изучает квантовую специализированную атаку на SIMON32 / 64. И это первая работа по изучению сложности квантовых специализированных атак с точки зрения сложности квантовых схем, которая представляет собой более детальный анализ сложности квантовых специализированных атак. Я проектирую квантовую схему этих двух экземпляров QAA и оцениваю соответствующую им сложность квантовой схемы. Я пришёл к выводу, что квантовая схема моей атаки с квантовым восстановлением ключа ниже, чем квантовый исчерпывающий поиск. Моя работа в первую очередь изучает квантовую специализированную атаку на SIMON32 / 64. И это первая работа по изучению сложности квантовых специализированных атак с точки зрения сложности квантовых схем, которая представляет собой более детальный анализ сложности квантовых специализированных атак. мы проектируем квантовую схему этих двух экземпляров QAA и оцениваем соответствующую им сложность квантовой схемы. Я пришёл к выводу, что квантовая схема моей атаки с квантовым восстановлением ключа ниже, чем квантовый исчерпывающий поиск. Моя работа в первую очередь изучает квантовую специализированную атаку на SIMON32 / 64. И это первая работа по изучению сложности квантовых специализированных атак с точки зрения сложности квантовых схем, которая представляет собой более детальный анализ сложности квантовых специализированных атак.

Ключевые слова:Квантовый криптоанализ, Легкие блочные шифры, Квантовое усиление амплитуды, Дифференциальный криптоанализ, Атака восстановления ключа, SIMON32 / 64

Развитие квантовых вычислений представляет угрозу для классических криптосистем. Алгоритм Шора (Shor1994 г.) может нарушить безопасность криптосистем с открытым ключом, основанных на целочисленной факторизации и дискретном логарифме, что приводит к постквантовой криптографии. Что касается симметричных криптосистем, до алгоритма Саймона (Simon1997 г.) применяется в квантовом криптоанализе, есть только алгоритм Гровера (Grover 1997 г.), что помогает получить квадратичное ускорение.

Квантовому криптоанализу блочных шифров в последние годы уделяется много внимания. Следуя представлениям о

Безопасность PRF в квантовых условиях, предложенная Zhandry et al. (Жандры2012 г.), в квантовом криптоанализе существуют две модели защиты от блочных шифров, которые Каплан и др. назвали моделью Q1 и моделью Q2. в (Kaplan et al.2016b).

Модель Q1:Злоумышленнику разрешено только выполнять классические онлайн-запросы и выполнять квантовые автономные вычисления.

Модель Q2:Злоумышленник может выполнять квантовые вычисления в автономном режиме и делать запросы квантовой суперпозиции в режиме онлайн. То есть злоумышленник может запросить оракулу в состоянии суперпозиции и получить состояние суперпозиции в качестве результата запроса.

Мы можем заметить, что модель Q1 более реалистична, чем модель Q2, по той причине, что оракул должен разрешить доступ к суперпозиции. Тем не менее, по-прежнему имеет смысл изучить модель Q2, чтобы подготовиться к будущему с высокоразвитой технологией квантовой связи.