Compreensão da computação pós-quântica

A Entrust assumiu um papel de liderança na preparação para criptografia pós-quântica ao colaborar com outras organizações para propor novos formatos de certificado IETF X.509 que colocam algoritmos tradicionais como RSA e ECC lado a lado com novos algoritmos PQ.

Também estamos acompanhando de perto o trabalho de organizações como o National Institute of Standards and Technology (NIST), que tem um projeto em andamento para desenvolver algoritmos resistentes à computação quântica e, eventualmente, padronizá-los. Também estamos procurando desenvolver certificados de teste híbridos que coloquem algoritmos tradicionais, como RSA e ECC, lado a lado com novos algoritmos PQ. Queremos ajudar as empresas a sustentar seu ecossistema de TI para reduzir as substituições, manter o tempo de atividade do sistema e evitar mudanças dispendiosas causadas pela falta de preparação.

A Entrust tem liderado ativamente as discussões nos Fóruns da IETF, onde as soluções podem ser consideradas dentro da comunidade PQ. Nossas propostas públicas são publicadas no fórum de normas da IETF:

Chaves compostas e assinaturas para uso em PKI da internet
Com a adoção generalizada da criptografia pós-quântica, surgirá a necessidade de uma entidade possuir várias chaves públicas em diferentes algoritmos criptográficos. Uma vez que a confiabilidade dos algoritmos pós-quânticos individuais está em questão, uma operação criptográfica com várias chaves precisará ser realizada de forma que quebrá-la exija a quebra de cada um dos algoritmos componentes individualmente. Isso requer a definição de novas estruturas para manter chaves públicas compostas e dados de assinatura compostos.

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Certificados X.509 de algoritmo de chave pública múltipla
Este documento descreve um método de incorporação de conjuntos alternativos de materiais criptográficos em certificados digitais X.509v3, listas de revogação de certificados X.509v2 (CRLs) e Solicitações de assinatura de certificados (CSRs) PKCS nº 10. Os materiais criptográficos alternativos incorporados permitem que uma infraestrutura de chave pública (PKI) use vários algoritmos criptográficos em um único objeto e permite que ele faça a transição para os novos algoritmos criptográficos, mantendo a compatibilidade com sistemas que usam os algoritmos existentes. Três extensões X.509 e três atributos PKCS nº 10 são definidos, e os procedimentos de assinatura e verificação para o material criptográfico alternativo contido nas extensões e atributos são detalhados.

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Declaração do problema para PKI de algoritmo múltiplo pós-quântico
A comunidade pós-quântica (por exemplo, em torno da competição NIST PQC) está pressionando por criptografia “hibridizada” que combine RSA/ECC com novos primitivos para proteger nossas apostas contra ambos adversários, e também quebras algorítmicas/matemáticas dos novos primitivos. Após duas apresentações paralisadas, a Entrust apresentou uma minuta que atua como uma declaração de problema semiformal e uma visão geral das três categorias principais de soluções.

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Como a computação pós-quântica afetará a criptografia
Esquemas de assinatura digital projetados de maneira adequada, usados ​​para autenticação, permanecerão seguros até o dia em que um computador quântico adequado realmente ficar on-line. Os computadores quânticos de hoje são limitados em tamanho e, portanto, não representam uma ameaça para a criptografia atual. E vários obstáculos significativos de engenharia devem ser superados antes que a ameaça se torne real.

Entretanto, os especialistas acreditam que esses obstáculos serão superados com o tempo. Muitos especialistas prevêem que um computador quântico capaz de quebrar os algoritmos de chave pública padrão de hoje estará disponível dentro da vida planejada de sistemas atualmente em desenvolvimento.

Os algoritmos de chave pública de hoje são implantados para fins de autenticação, assinatura digital, criptografia de dados e estabelecimento de chaves. Assim que os computadores quânticos de tamanho suficiente se tornarem realidade, precisaremos de esquemas de substituição para cada uma dessas funções.

A criptografia de dados e algoritmos de acordo de chave são suscetíveis a um ataque de texto cifrado gravado, no qual um adversário hoje registra trocas protegidas por algoritmos pré-quânticos e armazena o texto cifrado para análise no futuro – uma vez que tenham acesso a um computador quântico de grande escala. Nesse ponto, eles serão capazes de recuperar o texto simples. Para esses propósitos de chave, dependendo do tempo de vida de segurança do algoritmo necessário, a criptografia pré-quântica ficará vulnerável mais cedo.

Quando um computador quântico adequado existir, um signatário pode repudiar assinaturas criadas anteriormente, alegando que elas foram forjadas usando uma chave privada quebrada posteriormente por um computador quântico.

Criptografia híbrida pós-quântica e clássica
Existem diferentes abordagens sobre como se preparar para comunicações criptográficas seguras em uma era pós-quântica. O uso de uma abordagem híbrida é um dos métodos mais populares propostos como forma de transição para os algoritmos PQ ainda indefinidos. A abordagem híbrida sugere que, em vez de confiar em um algoritmo, ela coloca algoritmos tradicionais como RSA e ECC ao lado de novos algoritmos PQ. Isso é útil para os casos de uso atuais, enquanto o pré-quântico é um método aceitável para autenticação e para testar os ecossistemas de TI em relação aos algoritmos PQ.