Recientemente el NIST hizo la selección de los nueve algoritmos de Firma Digital y Autenticación Post-Cuántica (PQC) que han avanzado a la Tercera Ronda del proceso de estandarización de firmas adicionales del NIST. Por supuesto, quería estudiarlos un poco, y aprender cómo funcionan, así que he estado buscando sus papers y leyendo un rato sobre ellos.
Figura 1: Los Papers Académicos de los algoritmos PQC de
Autenticación y Firma Digital en la Ronda 3 del NIST
Aún me queda mucho que leer, y el proceso irá avanzando, pero mientras que sigo aprendiendo algo de ellos, os dejo aquí la colección de papers académicos, y especificaciones técnicas de cada uno de ellos, que saldrán en la siguiente edición del libro de Quantum Security cuando la construyamos. De todo ello hablé en su momento en el Foro de Ciberseguridad que llevo en MyPublicInbox, por si quieres apuntarte.
A continuación tienes la lista de los nueve algoritmos, con una muy breve descripción de los mismos, y los enlaces a los papers académicos, para que comiences tú a leer sobre ellos hoy mismo, que el mundo PQC está ya aquí.
1. FAEST
Basado en el paradigma VOLE-in-the-Head y funciones simétricas probadas como AES, ofreciendo una seguridad matemática muy robusta. Destaca por tener claves públicas y privadas extremadamente pequeñas, ocupando apenas unas pocas decenas de bytes. Sus firmas son de tamaño moderado, aunque requiere un esfuerzo computacional mayor en los procesos de firma y verificación.
2. HAWK
HAWK es un esquema de firma digital (utilizado para autenticación) basado en retículos (lattices). Es especialmente relevante porque fue seleccionado por el NIST (Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU.) para avanzar a la Ronda 2 del proceso de estandarización de firmas digitales adicionales de criptografía post-cuántica (PQC).
3. MAYO
Algoritmo multivariante basado en el esquema tradicional Oil and Vinegar (UOV), pero optimizado para entornos modernos. Logra claves públicas significativamente más pequeñas combinando los polinomios mediante una estructura matemática modificada. Mantiene firmas muy cortas y un proceso de verificación sumamente veloz, siendo ideal para dispositivos con hardware limitado.
Utiliza el paradigma MPC-in-the-Head (computación multi-parte) aplicado al problema cuadrático multivariante (MQ). Su seguridad depende directamente de la dificultad de resolver sistemas de ecuaciones polinomiales que carecen de estructura cíclica. Genera claves públicas diminutas, aunque el tamaño de sus firmas es relativamente grande debido a las pruebas de conocimiento cero.
Variante del clásico Unbalanced Oil and Vinegar que introduce anillos de cociente (QR) para estructurar la clave pública. Consigue reducir drásticamente el descomunal tamaño de las claves del UOV tradicional mediante el uso de matrices cíclicas. Conserva intactas las grandes ventajas del esquema original: firmas ultra cortas y una altísima velocidad de verificación.
6. SDitH (Syndrome-Decoding-in-the-Head)
Utiliza la técnica Syndrome Decoding in the Head, uniendo códigos correctores de errores con pruebas de conocimiento cero. Su seguridad descansa sobre el problema de decodificación por síndrome, un pilar de la criptografía basada en códigos muy estudiado. Ofrece claves públicas compactas y un rendimiento equilibrado, a cambio de generar firmas de tamaño moderado-alto.
7. SNOVA
Esquema multivariante no conmutativo que aplica la estructura de UOV sobre álgebras matriciales en vez de campos finitos. Esta innovación matemática permite encoger drásticamente las claves públicas en comparación con cualquier UOV estándar. Produce firmas pequeñas y procesos rápidos, posicionándose como una alternativa muy eficiente para sistemas con restricciones de memoria.
8. SQIsign
Basado en isogenias de curvas elípticas supersingulares, destaca por ofrecer las firmas más pequeñas de toda la criptografía post-cuántica. Sus claves públicas son también diminutas, lo que optimiza al máximo el uso de ancho de banda en las comunicaciones de red. El principal inconveniente es su alta carga computacional, requiriendo algoritmos matemáticos complejos y lentos para firmar.
9. UOV (Unbalanced Oil and Vinegar)
Esquema multivariante clásico (Unbalanced Oil and Vinegar) que cuenta con décadas de madurez y un análisis de seguridad muy estable. Genera firmas extremadamente cortas y ofrece una de las velocidades de verificación más rápidas de la competencia. Su gran desventaja radica en el enorme tamaño de sus claves públicas, las cuales requieren decenas de kilobytes para operar.
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Espero que estos temas te estimulen a ir haciendo cada día más cosas con las tecnologías alrededor del mundo cuántico, porque cada día vamos a ver nuevos avances al respecto.
¡Saludos Malignos!