Entwurf und Anwendung von Codes für Post-Quantum Kryptographie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Georg Sigl, seit 4/2019; Professorin Dr.-Ing. Antonia Wachter-Zeh
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415543807

Dieses Projekt zielt darauf ab, Code- und Lattice-basierte asymmetrische Kryptographieverfahren zu verbessern, um effiziente und post-quantum sichere Systeme zu erhalten. Es basiert auf der Entwicklung neuer Codierungstheorie, angepasst an diese zwei post-quantum Kryptosysteme. Unsere Ziele sind hierbei: i) Verringerung der Schlüssel-, Geheimtext- und Signaturlängen; ii) Verbesserung der Zuverlässigkeit des Entschlüsselungsprozesses; iii) Widerstandsfähigkeit gegen algorithmische, Seitenkanal-, und Fehlerattacken.Der schwerwiegendste Nachteil von Code- und Lattice-basierten Kryptosystemen im Vergleich zu traditioneller Kryptographie sind die deutlich größeren Schlüssel-, Geheimtext- und Signaturlängen. Um die praktische Relevanz von post-quantum sicheren Kryptosystemen zu erhöhen, müssen diese Längen reduziert werden während gleichzeitig die Sicherheitslevel eingehalten werden müssen, welche vom NIST definiert wurden.In diesem Projekt fokussieren wir uns auf algebraische Codes und LWE/Ring-LWE Lattices. Wir schätzen die Qualität unserer Ergebnisse ab anhand von: Schlüssel-, Geheimtext-, Signaturlängen zusammen mit Coderate, Sicherheitslevel und Widerstandsfähigkeit gegen Implementierungsattacken. Wir werden vorhandene Codekonstruktionen evaluieren und neue entwickeln, welche passend sind für die Anforderungen von Code-basierten und Lattice-basierten post-quantum sicheren Kryptosystemen.Im Zentrum dieses Projektes steht die Herangehensweise sowohl aus theoretischer als auch Implementierungssicht. Mittels Theorie werden wir neue Systeme mit kleinerer Schlüsselgröße und größerer Coderate (für das gleiche Sicherheitslevel) entwickeln und vorhandene Systeme evaluieren. Im Rahmen der Implementierung werden wir Methoden, Architekturen und Werkzeuge entwickeln, um effizient Code- und Lattice-basierte Systeme zu implementieren, die Seitenkanal- und Fehlerattacken widerstehen können. Die Methodik diese Projektes basiert stark auf fehlerkorrigierenden Codes, im Speziellen Rang-Metric Codes, Polar Codes, Interleaved Codes und Modifikationen von LDPC Codes.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Martha Johanna Sepulveda Florez, Ph.D., bis 3/2019