Kriptografija yra senas informacijos šifravimo būdas naudojant daugybę kodų. Paprastai duomenims apsaugoti naudojama daugybė sudėtingų matematinių formulių, o raktai yra prieinami tik numatytoms šalims.
Tačiau šiais laikais naudojami įvairūs kriptografijos metodai. Viena iš jų yra gardelėmis pagrįsta kriptografija, kuri remiasi matematinių gardelių sąvokomis, dažnai šifro konstrukcijoje arba jos įrodyme.
Taigi, pakalbėkime apie tai, kas yra tinklinė kriptografija, jos svarba ir pagrindiniai privalumai.
Kas yra grotelėmis pagrįsta kriptografija?
Grotelių pagrindu sukurta kriptografija tapo vis populiaresnė, nes pasaulis ruošiasi kvantinio skaičiavimo atsiradimui. Postkvantinė kriptografija įsibėgėja, ypač dėl to, kad kvantinių skaičiavimų erdvėje įvyko keletas proveržių.
Gardelinė kriptografija yra kriptografinės sistemos tipas, pagrįstas matematine gardelės samprata. Gardelėje linijos jungia taškus, sudarydamos geometrinę struktūrą. Gardelėje pagrįstoje kriptografijoje ši geometrinė struktūra koduoja ir dekoduoja pranešimus.
Dėl gardelės prigimties sunku įsilaužti į grotelėmis pagrįstą kriptografinę sistemą, nes kai kurie modeliai tęsiasi be galo. Dėl to tinklinė kriptografija yra patraukli alternatyva Įprasti šifravimo tipai kaip RSA, kuri, kaip įrodyta, yra pažeidžiama atakoms.
Gardelinė kriptografija leidžia užkoduoti pranešimus taip, kad juos iškoduotų tik tas, kuris žino teisingą raktą. Pavyzdžiui, įsivaizduokite, kad turite dvi gardeles, vieną su 10 taškų ir vieną su 100 taškų.
Jei atsitiktinai pasirinktumėte du taškus iš kiekvienos gardelės, būtų sudėtinga nustatyti, kuris 10 taškų gardelės taškas atitinka kurį 100 taškų gardelės tašką. Tačiau, jei žinotumėte teisingą raktą, galėtumėte lengvai suderinti taškus ir iššifruoti pranešimą.
Įdomu tai, kad tinkliniai šifrai, tokie kaip Dilithium ir Kyber, parodė didelį potencialą atsispirti atakoms iš kvantinis skaičiavimas šaltinių ir yra plačiai laikomi pavyzdžiais kvantiniam atsparumui šifravimas.
Gardeliniai kriptografiniai algoritmai gali būti suskirstyti į dvi plačias kategorijas: raktinius ir be raktų algoritmus. Rakto algoritmai, tokie kaip NTRUEncrypt algoritmas, reikalauja naudoti slaptą raktą, kad būtų galima užšifruoti ir iššifruoti pranešimus. Neįrašytiems algoritmams, pvz., dvigubam EC_DRBG algoritmui, privataus rakto nereikia.
Grotelių supratimas
Norint tinkamai suprasti gardelės šifro konstrukciją, labai svarbu žinoti gardelę ir jas supančias matematines problemas.
Matematikai plačiai tyrinėjo groteles ir turi daug įdomių savybių. Pavyzdžiui, kiekviena dvimatė gardelė turi pagrindą – gardelę apibrėžiančių vektorių rinkinį. Vektorių skaičius bazėje vadinamas gardelės rangu.
Tokios gardelės pagrindas būtų vektoriai (2, 0) ir (0, 2). Šios gardelės rangas būtų 2. Kita įdomi gardelių savybė yra ta, kad jas galima suskirstyti į vieną iš trijų kategorijų: periodines, aperiodines arba chaotiškas.
Periodinė gardelė yra ta, kurioje modelis kartojasi vėl ir vėl be tarpų ar persidengimų. Aperiodinė gardelė yra ta, kurioje raštas tiksliai nesikartoja, tačiau nėra tarpų ar persidengimų. Chaotiška gardelė yra ta, kurios šablone yra tarpų arba persidengimų, todėl lygtis yra atsitiktinė.
Gardelinių algoritmų saugumas dažnai priklauso nuo to, kaip tinkle galima išspręsti tam tikrus matematinius planus. Pavyzdžiui, dvi dažniausiai pasitaikančios problemos apima artimiausią vektoriaus problemą (CVP) ir trumpiausią vektoriaus problemą (SVP). Pirmoji yra matematinė problema, kurioje reikia rasti trumpiausią „nenulinį“ vektorių tam tikroje gardelėje.
Artimiausio vektoriaus uždavinys yra uždavinys, kai tam tikroje gardelėje reikia rasti vektorių, kuris yra arčiausiai tam tikro vektoriaus. Manoma, kad tiek SVP, tiek CVP yra sudėtingos skaičiavimo problemos. Dėl to šiomis problemomis pagrįsti algoritmai yra atsparūs klasikinių kompiuterių atakoms.
Keturi grotelėmis pagrįstos kriptografijos naudojimo pranašumai
Grotelių pagrindu sukurta kriptografija, palyginti su įprastiniais šifrais, suteikia įvairių pranašumų. Kai kurie iš jų yra tokie:
1. Patobulintas saugumas
Vienas didžiausių grotelių pagrindu sukurtos kriptografijos pranašumų yra tai, kad ji užtikrina didesnį saugumą. Taip yra todėl, kad groteles sulaužyti sunkiau nei kitas kriptografijai dažniausiai naudojamas matematines struktūras, pavyzdžiui, elipsines kreives.
2. Greitesnis skaičiavimo laikas
Kitas gardelės pagrindu veikiančios kriptografijos privalumas yra tai, kad ją galima apskaičiuoti daug greičiau nei kitus kriptografinius algoritmus. Tai svarbu, nes greitesnis skaičiavimo laikas gali pagerinti našumą, ypač programose, kurioms reikalingi atsakymai realiuoju laiku, pvz., srautinė medija ar internetiniai žaidimai.
3. Mažesnis energijos suvartojimas
Gardeliniai kriptografiniai algoritmai yra ne tik greitesni, bet ir sunaudoja mažiau energijos nei kitų tipų kriptografiniai algoritmai. Taip yra todėl, kad juos galima įdiegti aparatinėje įrangoje, kuriai reikia mažiau energijos.
Pavyzdžiui, kai kurių tipų procesoriai, sukurti kriptovaliutų kasimui, yra daug kartų efektyvesni nei tradiciniai procesoriai, kai veikia grotelėmis pagrįsti kriptografiniai algoritmai.
4. Lankstus ir lengvai įgyvendinamas
Kitas grotelinės kriptografijos naudojimo pranašumas yra tai, kad ją gana lengva įdiegti. Kiti metodai, tokie kaip elipsės kreivės kriptografija, gali būti gana sudėtingi ir reikalauja daug kompiuterio išteklių.
Gardelinė kriptografija gali būti įdiegta jau paruoštoje aparatinėje įrangoje, todėl ji tampa prieinamesnė ir pigesnė. Be to, nėra jokių specialių reikalavimų gardelės kriptografijai įgyvendinti.
Dar svarbiau, kad gardelės šifrai gali būti naudojami daugeliui skirtingų programų. Pavyzdžiui, jis gali būti naudojamas skaitmeniniams parašams, slaptažodžiu pagrįstam šifravimui ir raktų mainams. Be to, yra keletas skirtingų grotelių konstravimo būdų, o tai reiškia, kad jas galima naudoti labai lanksčiai.
Tikimasi, kad nauji kriptografijos standartai populiarės
Pasaulio saugumo ekspertams nagrinėjant kvantiniam atsparumui kriptografinius standartus, galime tikėtis, kad kiti standartai, pavyzdžiui, grotelių pagrindu sukurta kriptografija, populiarės. Kadangi kvantiniai kompiuteriai gali greitai išspręsti problemas per kelias sekundes, kurias įprasti kompiuteriai užbaigs per 100 000 metų, jų galia galėtų lengvai įveikti šiandien naudojamus šifravimo protokolus.
Kvantiniai kompiuteriai kelia rimtą grėsmę daugeliui šifravimo standartų, kurie iki šiol galėjo atlaikyti laiko išbandymą. Vis dėlto galite tikėtis, kad kriptografija pasikeis ir vystysis, ypač kai kvantinės mašinos, galinčios pranokti superkompiuterius, ilgainiui taps įprasta.
