Kryptografia on ikivanha tapa salata tietoa käyttämällä useita koodeja. Yleensä tietojen suojaamiseen käytetään monimutkaisia matemaattisia kaavoja, ja avaimet ovat vain niille tarkoitettujen osapuolten käytettävissä.
Nykyään käytetään kuitenkin erilaisia salaustekniikoita. Yksi niistä on hilapohjainen kryptografia, joka perustuu matemaattisten hilan käsitteisiin, usein salauksen rakenteessa tai sen todistuksessa.
Joten keskustellaan siitä, mitä hilapohjainen kryptografia on, sen tärkeyttä ja tärkeimpiä etuja.
Mikä on hilapohjainen kryptografia?
Hilapohjaisesta salakirjoituksesta on tullut yhä suositumpi, kun maailma valmistautuu kvanttilaskennan tuloon. Postkvanttisalaus on nousemassa, varsinkin kun kvanttilaskenta-avaruudessa on tapahtunut useita läpimurtoja.
Hilapohjainen kryptografia on eräänlainen salausjärjestelmä, joka perustuu hilan matemaattiseen käsitteeseen. Hilassa viivat yhdistävät pisteitä muodostaen geometrisen rakenteen. Hilapohjaisessa kryptografiassa tämä geometrinen rakenne koodaa ja purkaa viestejä.
Hilan luonteesta johtuen hilapohjaiseen salausjärjestelmään on vaikea murtautua, koska jotkin kuviot ulottuvat äärettömästi. Tämä tekee hilapohjaisesta kryptografiasta houkuttelevan vaihtoehdon yleisimmät salaustyypit kuten RSA, jonka on osoitettu olevan alttiina hyökkäyksille.
Hilapohjainen kryptografia mahdollistaa viestien koodauksen siten, että vain oikean avaimen tunteva voi purkaa ne. Kuvittele esimerkiksi, että sinulla on kaksi hilaa, joista toisessa on 10 pistettä ja toisessa 100 pistettä.
Jos poimiisit satunnaisesti kustakin hilasta kaksi pistettä, olisi monimutkaista määrittää, mikä 10 pisteen hilan piste vastaa mitä 100 pisteen hilan pistettä. Jos kuitenkin tiesit oikean avaimen, voit helposti yhdistää pisteet ja purkaa viestin.
Mielenkiintoista on, että hilapohjaiset salaukset, kuten Dilithium ja Kyber, ovat osoittaneet suuren potentiaalin vastustaa hyökkäyksiä kvanttilaskenta lähteistä ja niitä pidetään laajalti esimerkkeinä kvanttivarma salaus.
Hilapohjaiset salausalgoritmit voidaan luokitella kahteen laajaan luokkaan: avainnetut ja avaimattomat algoritmit. Avainalgoritmit, kuten NTRUEncrypt-algoritmi, edellyttävät salaisen avaimen käyttöä viestien salaamiseen ja salauksen purkamiseen. Avaimattomat algoritmit, kuten Dual EC_DRBG -algoritmi, eivät vaadi yksityistä avainta.
Hilojen ymmärtäminen
Hilapohjaisen salauksen rakentamisen ymmärtämiseksi oikein on elintärkeää tuntea hilat ja niitä ympäröivät matemaattiset ongelmat.
Matemaatikko on tutkinut laajasti hiloja, ja niillä on monia mielenkiintoisia ominaisuuksia. Esimerkiksi jokaisella kaksiulotteisella hilassa on kanta, joukko vektoreita, jotka määrittelevät hilan. Kantaessa olevien vektorien lukumäärää kutsutaan hilan arvoksi.
Tällaisen hilan perusta olisivat vektorit (2, 0) ja (0, 2). Tämän hilan sijoitus olisi 2. Toinen hilan mielenkiintoinen ominaisuus on, että ne voidaan luokitella johonkin kolmesta kategoriasta: jaksollinen, jaksollinen tai kaoottinen.
Jaksottainen hila on sellainen, jossa kuvio toistuu yhä uudelleen ja uudelleen ilman aukkoja tai päällekkäisyyksiä. Aperiodinen hila on sellainen, jossa kuvio ei toistu tarkasti, mutta jossa ei ole aukkoja tai päällekkäisyyksiä. Kaoottinen hila on hila, jonka kuviossa on aukkoja tai päällekkäisyyksiä, mikä tuo yhtälöön satunnaisuutta.
Hilapohjaisten algoritmien turvallisuus riippuu usein siitä, kuinka tietyt matemaattiset suunnitelmat voidaan ratkaista hilailla. Kaksi yleistä ongelmaa ovat esimerkiksi lähin vektoriongelma (CVP) ja lyhin vektoriongelma (SVP). Edellinen on matemaattinen ongelma, jossa on löydettävä lyhyin "nollasta poikkeava" vektori annetusta hilasta.
Lähin vektoriongelma on ongelma, jossa on löydettävä annetusta hilasta se vektori, joka on lähinnä tiettyä vektoria. Sekä SVP: n että CVP: n uskotaan olevan laskennallisesti monimutkaisia ongelmia. Tämän seurauksena näihin ongelmiin perustuvat algoritmit kestävät klassisten tietokoneiden hyökkäyksiä.
Neljä etua ristikkopohjaisen kryptografian käytöstä
Hilapohjainen kryptografia tarjoaa monia etuja perinteisiin salauksiin verrattuna. Jotkut niistä ovat seuraavat:
1. Parannettu turvallisuus
Yksi hilapohjaisen salauksen suurimmista eduista on, että se tarjoaa paremman suojauksen. Tämä johtuu siitä, että hiloja on vaikeampi rikkoa kuin muita kryptografiassa yleisesti käytettyjä matemaattisia rakenteita, kuten elliptisiä käyriä.
2. Nopeammat laskentaajat
Toinen hilapohjaisen kryptografian etu on, että se voidaan laskea paljon nopeammin kuin muut salausalgoritmit. Tämä on tärkeää, koska nopeammat laskentaajat voivat parantaa suorituskykyä erityisesti sovelluksissa, jotka vaativat reaaliaikaisia vastauksia, kuten suoratoistomedian tai online-pelaamisen.
3. Pienempi energiankulutus
Sen lisäksi, että hilapohjaiset salausalgoritmit ovat nopeampia, ne myös kuluttavat vähemmän energiaa kuin muun tyyppiset salausalgoritmit. Tämä johtuu siitä, että ne voidaan toteuttaa laitteistossa, joka vaatii vähemmän virtaa.
Esimerkiksi tietyntyyppiset kryptovaluutan louhintaan suunnitellut prosessorit ovat jopa monta kertaa energiatehokkaampia kuin perinteiset prosessorit käytettäessä hilapohjaisia salausalgoritmeja.
4. Joustava ja helppo toteuttaa
Toinen ristikkopohjaisen kryptografian käytön etu on, että se on suhteellisen helppo toteuttaa. Muut menetelmät, kuten elliptisen käyrän salaus, voivat olla melko monimutkaisia ja vaativat paljon tietokoneresursseja.
Hilapohjainen kryptografia voidaan toteuttaa valmiilla laitteistolla, mikä tekee siitä helpomman ja halvemman. Lisäksi hilapohjaisen kryptografian toteuttamiselle ei ole erityisiä vaatimuksia.
Vielä tärkeämpää on, että hilapohjaisia salauksia voidaan käyttää useisiin eri sovelluksiin. Sitä voidaan käyttää esimerkiksi digitaalisiin allekirjoituksiin, salasanapohjaiseen salaukseen ja avainten vaihtoon. Lisäksi on olemassa useita eri tapoja rakentaa hila, mikä tarkoittaa, että sen käytössä on paljon joustavuutta.
Uusien kryptografisten standardien suosion odotetaan kasvavan
Kun globaalit tietoturvaasiantuntijat tarkastelevat kvanttiresistenttejä salausstandardeja, voimme odottaa muiden standardien, kuten hilapohjaisen kryptografian, suosion nousevan. Koska kvanttitietokoneet voivat nopeasti ratkaista sekunneissa ongelmia, jotka tavallisilla tietokoneilla kestää yli 100 000 vuotta, niiden teho voisi helposti voittaa nykyiset salausprotokollat.
Kvanttitietokoneet muodostavat vakavan uhan monille salausstandardeille, jotka ovat toistaiseksi kestäneet ajan kokeen. Voit kuitenkin odottaa kryptografian muuttuvan ja kehittyvän, varsinkin kun kvanttikoneista, jotka voivat ylittää supertietokoneet, tulee lopulta valtavirtaa.