Gitterbasert kryptografiteknikk er en utmerket metode for å sikre informasjon ved hjelp av en rekke matematiske formler.
Kryptografi kommer i flere smaker. Generelt bruker den en rekke koder for å kryptere dataene dine.
I det lengste fulgte kryptografiske verktøy som krypteringsordninger ad-hoc-design. Sikkerhet var fullstendig basert på heuristikk og intuisjon.
Dessuten er koder lettere å bryte; Derfor er sikring av data et spørsmål for de som bruker kodebasert sikkerhetsdesign.
Et annet problem er at eksisterende standarder for kryptografi ikke er så pålitelige. Utviklingen av kvantedatamaskiner kan bryte standardene ytterligere, noe som resulterer i en økt prestasjon blant brukerne.
Derfor er kryptering av personlig informasjon viktig for alle. Deretter ble det krav om en ny idé eller teknikk som ingen kunne bryte. Vi trengte forbedrede standarder som kan sikre data selv etter bruk av kvantedatamaskiner.
Etter mye brainstorming har det utviklet seg en ny metode, dvs. gitterbasert kryptografi.
I denne artikkelen vil jeg diskutere gitterbasert kryptografi, dens betydning, hvordan den fungerer og mer.
Her går vi!
Innholdsfortegnelse
Hva er kryptografi?
Kryptografi er en teknikk for å sikre kommunikasjon og informasjon ved hjelp av et bredt spekter av koder slik at informasjonen kan leses og behandles av de den er ment for. Dette vil forhindre uautorisert tilgang til dataene.
Begrepet «kryptografi» er laget ved å kombinere to ord – krypt og skrift.
Her betyr «krypt» «skjult» og «grafi» betyr «skriving».
Metodene som brukes for å beskytte informasjonen din er hentet fra ulike matematiske konsepter og noen regelbaserte beregninger, dvs. algoritmer for å gjøre meldinger til et hardt problem som ser ut til å være vanskelig å dekode.
Det er tre typer kryptografi:
- Symmetrisk nøkkelkryptering: Det er en type krypteringssystem som lar avsenderen av en melding og dens mottaker bruke en enkelt nøkkel for å kode og dekode meldinger. Denne metoden er enklere og raskere.
- Hash-funksjoner: I denne algoritmen trenger du ingen nøkkel. En hash-verdi beregnes som ren tekst, noe som er vanskelig for innholdet å gjenopprette. Ulike operativsystemer bruker denne metoden for å kryptere passord.
- Asymmetrisk nøkkelkryptering: Under denne teknikken har et par nøkler blitt brukt til å kode og dekode informasjon – en nøkkel for kryptering og en annen nøkkel for dekryptering. Den første nøkkelen er offentlig, men den andre nøkkelen er en privat nøkkel som bare mottakeren kjenner til.
Hva er gitterbasert kryptografi?
Gitterbasert kryptografi er et enkelt begrep som brukes for bygging av kryptografiske algoritmer som involverer gitter. Den brukes til post-kvantekryptografi for å sikre informasjon. I motsetning til kjente offentlige ordninger, er gitterbaserte ordninger mer motstandsdyktige og tåler angrep fra kvantedatamaskiner.
Nå, hvis du lurer på hva et gitter er i sammenheng med gitterbasert kryptografi, la meg gjøre det klart for deg.
Et gitter ligner et rutenett som i millimeterpapir som bruker et sett med punkter plassert på kryss og tvers. Dette er ikke endelig; i stedet definerer et gitter et mønster som fortsetter i det uendelige. Et sett med punkter er kjent som en vektor der du kan legge til tall i alle heltallsmultipler. Den vanskelige delen er å finne punktene fra dette uendelige rutenettet som er nær et punkt, la oss si 0.
I tillegg bruker gitterbasert kryptografi komplekse matematiske problemer for å kryptere dataene, noe som gjør det vanskelig for angripere å løse denne typen problemer og stjele data.
Når vi snakker om historien, ble gitterbasert kryptografi først introdusert av Miklos Ajtai i 1996, hvis sikkerhet var basert på gitterproblemer.
I 1998 introduserte Joseph H. Silverman, Jill Pipher og Jeffrey Hoofstein et gitterbasert krypteringsskjema for offentlig nøkkel. Krypteringsordningen er imidlertid ikke så vanskelig å løse. Til slutt, i 2005, introduserte Oded Regev den første offentlige nøkkelkrypteringsordningen som er bevist å tåle selv i verste fall.
Siden den gang har oppfølgingsarbeidet fortsatt for å forbedre effektiviteten til den opprinnelige krypteringsordningen. I 2009 kom Craig Gentry med det første homomorfe krypteringsskjemaet basert på komplekse gitterproblemer.
Eksempler: CRYSTALS-Dilithium (digital signaturalgoritme) og CRYSTALS-KYBER (offentlig nøkkelkryptering og nøkkeletableringsalgoritme).
Hvordan fungerer gitterbasert kryptografi?
For å forstå arbeidsprinsippet for gitterbasert, la oss dykke inn i noen viktige termer:
- Gitter: Gitter er i utgangspunktet tenkt som et rutenett med regelmessig avstand av et sett med punkter som er uendelige i antall.
- Vektor: En vektor er navnet på et punkt, og tallene på det kalles koordinater. For eksempel er (2,3) en vektor som har to koordinater – 2 og 3. Et gitter er en samling av disse vektorene i en uendelig rekke.
- Grunnlag: Gitter har store objekter, men datamaskiner har en begrenset mengde minne. Så matematikere og kryptografer tenkte på en kortfattet måte å bruke gitter på. Så de bruker «grunnlaget» til et gitter. Det er en samling vektorer som brukes til å presentere et hvilket som helst punkt i gitternettet som danner et gitter.
La oss nå ta et 2D-gitter som et eksempel for å forstå konseptet enkelt. Her finner du et rutenett med punkter på en flat overflate som et stykke papir. La oss velge to eller flere punkter som ikke er en enkelt linje som går gjennom origo.
For eksempel velger du (3,0) og (0,3). For å generere det tredje punktet ved å bruke disse punktene, må du velge to hele tall, som 2 og -1. Multiple koordinatene til (3,0) med 2 for å få (6,0) og (0,3) med -1 for å få (0, -3). Legg til resultatpoengene for å få (6,-3).
Med denne metoden kan du generere hele rutenettet med punkter, jevnt fordelt fra hverandre vertikalt og horisontalt. Du kan navngi koordinatene som (x,y), der du ser at x og y er partall, inkludert 0.
Gitter er klassifisert i tre kategorier:
- Aperiodisk: Et aperiodisk gitter er et mønster som ikke gjentar seg nøyaktig, men det er ingen overlappinger og hull.
- Kaotisk: Et kaotisk gitter er et mønster med overlappinger og hull, som introduserer tilfeldighet i ligningen din.
- Periodisk: Et periodisk gitter er et mønster som gjentas igjen og igjen uten overlapping og hull.
Hvert gitter fungerer som et mønster der den med den kjente vektoren bare kan dekryptere meldingen. Siden den har mange mønstre, finner angriperen det vanskelig å finne opprinnelsespunktet og nøkkelen for å dekryptere det. Enten du har gitter med 10 poeng eller 100 poeng, kan den med riktig nøkkel bare dekryptere informasjonen.
Hvis en angriper blir bedt om å velge to tilfeldige punkter, vil det være vanskelig å avgjøre hvilket punkt på 10-punkts gittermønstre som fører til 100-punkts gitter. Dermed, hvis du kjenner nøkkelen, kan du enkelt dekode meldingen.
Fordeler med gitterbasert kryptografi
Gitterbasert kryptografi gir mange fordeler for enkeltpersoner og bedrifter.
Lavere energiforbruk
Energiforbruket øker med økningen i bruken av ethvert system. Til tross for at den er raskere, bruker gitterbasert kryptografi mindre energi sammenlignet med andre krypteringssystemer. Dette er fordi gitterbasert kryptografi er implementert i maskinvare, noe som resulterer i mindre strømforbruk.
For eksempel er prosessorer designet for gruvedrift av kryptovaluta mer energieffektive enn tradisjonelle prosessorer når de bruker gitterbasert kryptografi.
Høyhastighetsberegning
I motsetning til andre kryptografiske algoritmer, beregnes krypteringsskjemaet til gitter mye raskere. Raskere beregningstider resulterer i økt ytelse, og gir bedre svar i sanntid, for eksempel online spill eller streaming av media.
Enkel å implementere og fleksibel
I dag leter bedrifter etter fleksible alternativer og sparer tid. Gitterbasert kryptografi er lett å implementere siden det krever mindre ressurser og er svært tilgjengelig. Du kan også enkelt implementere den på hyllevare.
I tillegg brukes gitterbasert kryptografi i flere applikasjoner, for eksempel digitale signaturer, nøkkelutveksling og passordbasert kryptering. Ikke begrens deg til ett design; i stedet kan du konstruere gitter på forskjellige måter du kan. Dermed gir det mye fleksibilitet.
Rimelige nøkkelstørrelser
Gitterbaserte kryptografiske nøkkelstørrelser er små, men ikke så små som klassiske kryptografiske algoritmer eller kvantesikre isogenibaserte ordninger. Dermed kan du bruke disse nøklene i standardprotokoller.
Variert bruk
Gitter lar brukere løse en rekke sikkerhetsutfordringer, inkludert praktiske konstruksjoner som signaturer og nøkkelavtaler. I tillegg kan du bygge sikkerhetskanaler på tvers av organisasjonen for å sikre alles data, for eksempel fullstendig homomorf kryptering og identitetsbasert kryptering.
Matematisk grunnlag
Siden algoritmen er fullstendig basert på matematiske problemer, er det vanskelig å få en reell løsning på den med mindre du kjenner nøkkelen. Dette gir trygghet til enkeltpersoner og fagfolk om deres informasjonssikkerhet.
Forståelighet
Algoritmene som brukes i gitterbasert kryptografi er basert på enkel lineær algebra som krever en mindre matematisk bakgrunn for å forstå konseptet med dens virkemåte. Dermed kan du implementere dette på kort tid, noe som gir deg rask sikkerhet og effektivitet.
Læringsressurser
Hvis du vil lære mer om teknologi, er her noen bøker og kurs du kan henvise til. Disse er tilgjengelige online og kan hjelpe deg med å bli en proff i denne sikkerhetsmetoden. La oss dykke ned i disse bøkene og kursene.
#1. Gitterbaserte kryptosystemer: et designperspektiv
Forfatterne av boken, Jiang Zhang og Zhenfeng Zhang, fokuserer på de gitterbaserte kryptosystemene som er ansett for å være de mest lovende post-kvantekryptosystemene. Denne boken gir grunnleggende innsikt i den riktige konstruksjonen av sikkerhetslaget fra problemer med harde gitter.
Det primære konseptet er å informere deg om verktøyet som kan brukes til å velge valg av gitter for utforming av kryptosystemer. Dette inkluderer utforming av attributtbasert kryptering, digitale signaturer, nøkkelendring, identitetsbasert kryptering og offentlig nøkkelkryptering.
#2. Gitterbasert offentlig nøkkelkryptering i maskinvare
Boken er skrevet av Sujoy Sinha Roy og Ingrid Verbauwhede. De beskriver hvor effektiv implementeringen av offentlig nøkkelkryptering er, som adresserer kritiske sikkerhetsutfordringer for store datamengder generert av nettverket av tilkoblede enheter. Enhetene kan være små radiofrekvensidentifikasjonstagger, stasjonære datamaskiner og mer.
Forfatterne undersøker også implementeringen av post-kvante homomorf kryptering og offentlig nøkkel kryptografi.
#3. Gitter og deres anvendelse i kryptografi:
Dette er ikke en bok; i stedet en avhandling som ble skrevet av Merve Cakir i 2014 mens hun fortsatte med en bachelorgrad i faget datateknikk. Målet med boken er å identifisere egenskapene til gitterbaserte kryptosystemer og hvordan bruken av signatur- og krypteringsskjemaer blir usikker med ankomsten til en kvantedatamaskin.
I oppgaven foreslo forfatteren en alternativ kryptografi basert på det verste scenariet med gitterproblemer. Hardheten og sikkerheten til beregningsproblemer analyseres ved å tilby samarbeid mellom kompleksitetsteori, offentlig nøkkelkryptografi og lineær algebra.
#4. Grunnleggende til avansert nivå kryptografi
Dette kurset er introdusert av Udemy som gir deg en klar ide om kryptografi og noen relaterte terminologier. I dette kurset vil du lære om kryptografi, hashing, hacking og brudd på kode, kryptoanalyse og krypteringsdekryptering.
Du finner 5 seksjoner, inkludert 17 forelesninger, og den totale varigheten av kurset dvs. 2t 7m. For å melde deg på dette kurset trenger du bare å ha grunnleggende kunnskap om datamaskiner og matematikk på videregående skole.
Konklusjon
Kryptografi er et enkelt, men kraftig verktøy for å beskytte informasjonen som er lagret i systemene dine. Det fungerer ved hjelp av komplekse matematiske problemer og ulike algoritmer for å sikre data, som er alles primære mål i disse dager.
Gitterbasert kryptografi er en av de sikreste sikkerhetsmekanismene som bruker enkel lineær algebra for å kryptere dataene. Det inkluderer gitter, vektorer og grunnlag som brukes til å konstruere et tøft mønster. Dekrypteringsmetoden avhenger av mønstrene, og for det må du vite opprinnelsespunktet. Hvis du har nøkkelen, kan du enkelt dekryptere data.
Dermed er gitterbasert kryptografi en velprøvd teknikk for å sikre dataene til enkeltpersoner og virksomheter som opererer i flere bransjer, fra IT- og sikkerhetstjenestefirmaer til finans og mange flere.
Du kan også lese Cloud Cryptography.