Journal of Information Science Theory and Practice
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v.10
no.spc
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pp.123-134
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2022
Existing network cryptography systems are threatened by recent developments in quantum computing. For example, the Shor algorithm, which can be run on a quantum computer, is capable of overriding public key-based network cryptography systems in a short time. Therefore, research on new cryptography systems is actively being conducted. The most powerful cryptography systems are quantum key distribution (QKD) and post quantum cryptograph (PQC) systems; in this study, a network based on both QKD and PQC is proposed, along with a quantum key management system (QKMS) and a Q-controller to efficiently operate the network. The proposed quantum cryptography communication network uses QKD as its backbone, and replaces QKD with PQC at the user end to overcome the shortcomings of QKD. This paper presents the functional requirements of QKMS and Q-Controller, which can be utilized to perform efficient network resource management.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.28
no.6
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pp.1329-1342
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2018
Recent advances in quantum computer development have raised the issue of the security of RSA and elliptic curve cryptography, which are widely used. In response, the National Institute of Standards and Technology(NIST) is working on the standardization of public key cryptosystem which is secure in the quantum computing environment. Lattice-based cryptography is a typical post-quantum cryptography(PQC), and various lattice-based cryptographic schemes have been proposed for NIST's PQC standardization contest. Among them, EMBLEM proposed a new multi-bit encryption method which is more intuitive and efficient for encryption and decryption phases than the existing LWE-based encryption schemes. In this paper, we propose a multi-bit encryption scheme with improved efficiency using LWR assumption. In addition, we prove the security of our schemes and analyze the efficiency by comparing with EMBLEM and R.EMBLEM.
Along with the recent advances in quantum computers, it is anticipated that cryptographic attacks using them will make it insecure to use existing public key algorithms such as RSA and ECC. Currently, a lot of researches are underway to replace them by devising PQC (Post Quantum Cryptography) schemes. In this paper, we propose a performance enhancement method for Lizard implementation which is one of NIST PQC standardization submission. The proposed method is able to improve the performance by 7 ~ 25% for its algorithms compared to the implementation in the submission through the techniques of various implementation aspects. This study hopes that Lizard will become more competitive as a candidate for PQC standardization.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.31
no.3
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pp.533-544
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2021
Using Shor algorithm, factoring and discrete logarithm problem can be solved effectively. The public key cryptography, such as RSA and ECC, based on factoring and discrete logarithm problem can be broken in polynomial time using Shor algorithm. NIST has been conducting a PQC(Post Quantum Cryptography) standardization process to select quantum-resistant public key cryptography. The multivariate quadratic based signature scheme, which is one of the PQC candidates, is suitable for IoT devices with limited resources due to its short signature and fast sign and verify process. We analyzes classic attacks and quantum attacks for Rainbow which is the only multivatiate quadratic based signature scheme to be finalized up to the round 3. Also we compute the attack complexity for the round 3 Rainbow parameters, and analyzes the security level of Rainbow, one of the PQC standardization candidates.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.31
no.3
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pp.481-496
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2021
It is imperative to migrate the current public key cryptosystem to a quantum-resistance system ahead of the realization of large-scale quantum computing technology. The National Institute of Standards and Technology, NIST, is promoting a public standardization project for Post-Quantum Cryptography(PQC) and also many research efforts have been conducted to apply PQC to TLS(Transport Layer Security) protocols, which are used for Internet communication security. In this paper, we propose a scenario in which a server and multi-clients share session keys on TLS by using the parallelized NTRU which is PQC in the key exchange process. In addition, we propose a method of accelerating NTRU using GPU and analyze its efficiency in an environment where a server needs to process large-scale data simultaneously.
Kyu-Seok Shim;Yong-hwan Kim;Ilkwon Sohn;Eunjoo Lee;Kwang-il Bae;Wonhyuk Lee
Journal of Web Engineering
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v.21
no.5
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pp.1377-1418
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2022
As it has been recently proven that the public key-based RSA algorithms that are currently used in encryption can be unlocked by Shor's algorithm of quantum computers in a short time, conventional security systems are facing new threats, and accordingly, studies have been actively conducted on new security systems. They are classified into two typical methods: Post Quantum Cryptography (PQC) and Quantum Key Distribution (QKD). PQC aims to design conventional cryptography systems in a more robust way so that they will not be decrypted by a quantum computer in a short time whereas QKD aims to make data tapping and interception physically impossible by using quantum mechanical characteristics. In this paper, we design a quantum key management system, which is most crucial for constructing a QKD network and analyze the design requirements to apply them to Korea Research Environment Open NETwork (KREONET). The quantum key management system not only manages the lifecycle, such as storage, management, derivation, allocation, and deletion of the symmetric key generated in QKD but also enables many-to-many communication in QKD communication based on the key relay function and P2P communication to overcome the limitation of distance, which is a disadvantage of QKD. We have validated the designed quantum key management system through simulations to supplement the parts that were not considered during the initial design.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.33
no.5
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pp.709-719
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2023
Recently, Post-Quantum Cryptography (PQC), which is secure against attacks using quantum computers, has been actively studied. In 2022, the KpqC competition, a competition for domestic PQC standardization, was launched, and a total of 16 candidate algorithms were received, and the first round is underway. In this paper, we apply Alexander May's Meet-LWE attack to TiGER, a lattice-based key encapsulation mechanism that is a candidate for the first round of the KpqC competition, and analyze its concrete attack complexity. The computational results of applying the Meet-LWE attack to each of the proposed parameters of TiGER show that the proposed TiGER192 parameter, which targets 192-bit quantum security, actually achieves 170-bit classical security. In addition, we propose a parameter setting to increase the attack complexity against the Meet-LWE attack.
As the rapid development of quantum computing compromises current public key encryption methods, the National Institute of Standards and Technology (NIST) in the United States has initiated the Post-Quantum Cryptography(PQC) project to develop new encryption standards that can withstand quantum computer attacks. This project involves reviewing and evaluating various cryptographic algorithms proposed by researchers worldwide. The initially selected quantum-resistant cryptographic algorithms were developed based on lattices and hash functions. Currently, algorithms offering diverse technical approaches, such as BIKE, Classic McEliece, and HQC, are under review in the fourth round. CRYSTALS-KYBER, CRYSTALS-Dilithium, FALCON, and SPHINCS+ were selected for standardization in the third round. In 2024, a final decision will be made regarding the algorithms selected in the fourth round and those currently under evaluation. Strengthening the security of public key cryptosystems in preparation for the quantum computing era is a crucial step expected to have a significant impact on protecting future digital communication systems from threats. This paper analyzes the security and efficiency of quantum-resistant cryptographic algorithms, presenting trends in this field.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.7
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pp.2919-2937
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2020
Post-Quantum Cryptography (PQC) is rapidly developing as a stable and reliable quantum-resistant form of cryptography, throughout the industry. Similarly to existing cryptography, however, it does not prevent a third-party from using the secret key when third party obtains the secret key by deception, unauthorized sharing, or unauthorized proxying. The most effective alternative to preventing such illegal use is the utilization of biometrics during the generation of the secret key. In this paper, we propose a biometric-based secret key generation scheme for multivariate quadratic signature schemes, such as Rainbow. This prevents the secret key from being used by an unauthorized third party through biometric recognition. It also generates a shorter secret key by applying Principal Component Analysis (PCA)-based Confidence Interval Analysis (CIA) as a feature extraction method. This scheme's optimized implementation performed well at high speeds.
쇼어 알고리즘으로 기존의 공개키 암호 시스템이 무력화될 수 있음이 밝혀지면서 양자 컴퓨팅 환경에서도 안전한 격자기반 PQC(Post Quantum Cryptography)가 대두되고 있다. FALCON은 NIST PQC 공모전 표준 후보로 최종 선정된 기법으로 fast fourier 트랩도어 샘플러(trapdoor sampler)를 이용한 hash-and-sign 구조의 격자 기반 서명이다. FALCON은 공개키와 서명의 크기가 작고 안전성이 높지만, 구현이 어렵고 빠르지 않다. KpqC(Korea PQC) 공모전에 제출된 Peregrine과 SOLMAE는 FALCON의 샘플링 방식을 바꾸어 효율성을 개선하였으나, 그로 인해 안전성 손실이 발생한다. 본 논문에서는 Peregrine과 SOLMAE를 분석하고 FALCON과 함께 비교하며 한계점과 향후 개선할 부분에 대해서 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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