Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi

SEYHAN, KÜBRA; Akleylek, Sedat

Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi

Sedat AKLEYLEK, (Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Samsun, Türkiye)

Kübra SEYHAN (Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Samsun, Türkiye)

TBV Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Dergisi

7 3

Yıl: 2020 Cilt: 13 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 43 - 56 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 29-07-2022

Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi

Öz:

Kafes-tabanlıDiffie-Hellman benzeri anahtar değişim/paketleme protokollerinde kullanılan zorproblemlerin yapısı gereği ortak paylaşılan anahtarın elde edilmesinde araişlem adımlarına ihtiyaç duyulur. Uzlaşma yapıları olarak isimlendirilen buadımların farklılaşması ile kuantum sonrası kriptografi için alternatifsistemler önerilebilecektir. Bu çalışmada, RLWE problemi tabanlı Ding17, Peikert14, Saarinen17 ile MLWE problemitabanlı Hamburg17 ve Bi-GISIS problemi tabanlı Jing18 anahtar değişim/paketlemeprotokolleri içerdikleri problemlere, kullanılan cebirsel yapılara veprotokollerin işleyiş aşamalarına göre farklılaşan uzlaşma yöntemleri açısındankarşılaştırılmıştır. Yapılan bu karşılaştırma sonucu yuvarlama işlemi ve ekbilgi hesabı içeren ve içermeyen, farklı parçalanışlarına sahip bir veya daha fazlauzlaşma fonksiyonu kullanan protokollerin içermesi gereken işleyiş adımlarıtespit edilmiştir. Elde edilen bilgiler ile yeni bir yaklaşımın içerebileceğitemel yapı açıklanarak açık problemlere çözüm önerisi sunabilen gelecek çalışmalarayer verilmiştir.

Anahtar Kelime: kuantum sonrası kriptografi anahtar değişim/paketleme MLWE Bi-GISIS RLWE

On the Analysis of Components of Reconciliation Mechanisms in Lattice-Based Key Exchange/Encapsulation Protocols

Öz:

Lattice-based Diffie-Hellman like key exchange/encapsulation mechanisms require intermediate processing steps to obtain the shared secret key. These steps, called reconciliation methods, are due to the structure of the hard lattice problems. By using the variations of these steps, alternative systems for post-quantum cryptography can be proposed. In this paper, RLWE based Ding17, Peikert14, and Saarinen17 protocols, MLWE based Hamburg17 protocol, and Bi-GISIS based Jing18 protocol are compared. This comparison is made to determine the differentiated reconciliation steps according to the hard lattice problems, algebraic structures and stages of protocol operations. As a result of this comparison, some different approaches are observed in terms of reconciliation and rounding functions, the calculation of additional information, and the partitions of Ժ. We also explain the main structure of new ideas that can be used to build reconciliation methods to solve open problems.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

[1] Diffie, W., Hellman, M., New Directions in Cryptography, IEEE Transactions on Information Theory, vol. 22 (6), 1976, pp. 644--654.
[2] Shor, P.W., Algorithms for Quantum Computation: Discrete Logarithms and Factoring, In Proceedings 35th Annual Symposium on Foundations of Computer Science, IEEE, 1994, pp. 124--134.
[3] De Wolf, R., Quantum Computing: Lecture Notes, arXiv preprint arXiv:1907.09415, 2019, pp. 1--11.
[4] NIST Post-Quantum Cryptography Standardization Project, https://csrc.nist.gov/projects/post-quantumcryptography (Erişim Tarihi: 21.10.2019)
[5] Bernstein, D. J., Buchmann, J., Dahmen, E., Post-Quantum Cryptography, 1st ed., Springer, 2008, pp. 1--13.
[6] Saarinen, M.J.O., Hila5, Technical Report, National Institute of Standards and Technology (NIST), 2017.
[7] Gao, X., Comparison Analysis of Ding's RLWE-Based Key Exchange Protocol and NewHope Variants, Advances in Mathematics of Communications, vol. 13 (2), 2019, pp. 221--233.
[8] Alperin-Sheriff, J., Suggested Avenues for Lattice-Based Research, In Lattice Crypto and Algorithms, University Residential Center, Italy, 2018.
[9] Akleylek, S., Seyhan, K., Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemleri, The 4th International Conference on Computer Science and Engineering (UBMK’19), IEEE, 2019, pp. 91--96.
[10] Ding, J., Takagi, T., Gao, X., Wang, Y., Ding Key Exchange, Technical Report, National Institute of Standards and Technology (NIST), 2017.
[11] Peikert, C., Lattice Cryptography for the Internet, Post-Quantum Cryptography, Springer, LNCS, vol. 8772, 2014, pp. 197-- 219.
[12] Hamburg, M., Module-LWE Key Exchange and Encryption: The Three Bears, Technical Report, National Institute of Standards and Technology (NIST), 2017.
[13] Jing, Z., Gu, C., Yu, Z., Shi, P., Gao, C., Cryptanalysis of Lattice-based Key Exchange on Small Integer Solution Problem and its Improvement, Cluster Computing, vol. 22 (1), 2019, pp. 1717--1727.
[14] Lyubashevsky, V., Peikert, C., Regev, O., On Ideal Lattices and Learning with Errors Over Rings, Advances in Cryptology – EUROCRYPT 2010, LNCS, vol. 6110, 2010, pp. 1--23.
[15] Langlois, A., Stehle, D., Worst-case to average-case reductions for module lattices, Designs, Codes and Cryptography, vol. 75 (3), 2015, pp. 565--599.
[16] Albrecht, M. R., et al., Estimate All the {LWE, NTRU} Schemes!, Security and Cryptography for Networks, SCN 2018, LNCS, vol. 11035, 2018, pp. 351--367.

APA	Akleylek S, SEYHAN K (2020). Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi. , 43 - 56.
Chicago	Akleylek Sedat,SEYHAN KÜBRA Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi. (2020): 43 - 56.
MLA	Akleylek Sedat,SEYHAN KÜBRA Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi. , 2020, ss.43 - 56.
AMA	Akleylek S,SEYHAN K Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi. . 2020; 43 - 56.
Vancouver	Akleylek S,SEYHAN K Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi. . 2020; 43 - 56.
IEEE	Akleylek S,SEYHAN K "Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi." , ss.43 - 56, 2020.
ISNAD	Akleylek, Sedat - SEYHAN, KÜBRA. "Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi". (2020), 43-56.

APA	Akleylek S, SEYHAN K (2020). Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi. TBV Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Dergisi, 13(1), 43 - 56.
Chicago	Akleylek Sedat,SEYHAN KÜBRA Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi. TBV Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Dergisi 13, no.1 (2020): 43 - 56.
MLA	Akleylek Sedat,SEYHAN KÜBRA Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi. TBV Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Dergisi, vol.13, no.1, 2020, ss.43 - 56.
AMA	Akleylek S,SEYHAN K Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi. TBV Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Dergisi. 2020; 13(1): 43 - 56.
Vancouver	Akleylek S,SEYHAN K Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi. TBV Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Dergisi. 2020; 13(1): 43 - 56.
IEEE	Akleylek S,SEYHAN K "Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi." TBV Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Dergisi, 13, ss.43 - 56, 2020.
ISNAD	Akleylek, Sedat - SEYHAN, KÜBRA. "Kafes-Tabanlı Anahtar Değişim/Paketleme Protokollerinde Kullanılan Uzlaşma Yöntemlerine Ait Bileşenlerin Analizi". TBV Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Dergisi 13/1 (2020), 43-56.