Van competitie naar standaardisatie: drie kwantumveilige cryptografiemethoden zijn nu gestandaardiseerd voor wereldwijd gebruik. Het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology (NIST) kondigde dit op 13 augustus 2024 aan. Kwantumveilige cryptografie wordt ook wel post-quantum cryptografie (PQC) genoemd. Léo Ducas van CWI's Cryptologie-groep is mede-ontwerper van de twee belangrijkste PQC-methoden die voor deze standaardisatie zijn geselecteerd. De nieuwe standaarden zijn acht jaar na de aankondiging van de competitie afgerond, en er wordt verwacht dat ze snel wijdverbreid gebruikt gaan worden.
Waarom hebben we kwantumbestendige encryptiemethoden nodig?
De huidige voortuitgang in quantum computing bedreigt de veiligheid van onze digitale communicatie. Klassieke versleutelingsmethoden zijn ontworpen om veilig te zijn tegen aanvallen via bestaande (klassieke) computers. Hun veiligheid hangt af van moeilijke wiskundige taken zoals priemfactorisatie: het opsplitsen van een groot getal in zijn priemfactoren. Als dit door klassieke computers zou worden uitgevoerd, zou dit een immense hoeveelheid energie en tienduizenden jaren vergen. Toekomstige kwantumcomputers kunnen dit soort specifieke wiskundige taken echter zeer efficiënt oplossen, wat betekent dat ze klassieke versleutelingsmethoden in relatief korte tijd zouden kunnen breken. Dit houdt in dat gevoelige gegevens die nu versleuteld worden verzonden of opgeslagen, op een later tijdstip met behulp van een kwantumcomputer kunnen worden onderschept en ontcijferd.
Standaardisatieproces
Om deze risico's te beperken, publiceerde NIST in 2016 zijn Post-Quantum Cryptography Standardization-competitie. Wetenschappers van over de hele wereld dienden voorstellen in voor nieuwe encryptiemethoden en methoden voor digitale handtekeningen, ontworpen om bestand te zijn tegen kwantumaanvallen. De 82 ingediende voorstellen werden in verschillende rondes beoordeeld door de cryptografische onderzoeksgemeenschap. In 2022 werden één encryptiemethode en drie methoden voor digitale handtekeningen gekozen voor standaardisatie: CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium, SPHINCS+ en FALCON.
Standaarden helpen implementatie
NIST heeft nu de standaarden gepubliceerd met nieuwe officiële namen: CRYSTALS-Kyber (ML-KEM), CRYSTALS-Dilithium (ML-DSA) en SPHINCS+ (SLH-DSA). Een vierde standaard, Falcon (FN-DSA), zal naar verwachting later worden afgerond en de komende jaren zullen nog meer standaarden aan het portfolio worden toegevoegd. Deze standaarden zijn bedoeld om de nieuwe encryptiemethoden soepel te kunnen implementeren in online applicaties, zonder het risico te lopen dat de huidige beveiligingsmaatregelen worden verstoord.
Veel bedrijven hadden het belang van de implementatie van deze nieuwe veilige encryptiemethoden al erkend voordat de normen werden gepubliceerd. De implementatie van CRYSTALS-Kyber is begonnen in 2023 en is geïmplementeerd door 17,1% van de klanten die Cloudflare gebruiken (per 5 augustus 2024, volgens Cloudflare). Dit komt neer op meer dan een half biljoen verbindingen per dag die eindigen bij Cloudflare, beveiligd met PQC. De grootste early adopters zijn diensten zoals iMessage (Apple), Google Chrome, Signal, Zoom en Cloudflare.
Miljarden gebruikers
Samen met internationale collega's van verschillende instellingen (hieronder vermeld), heeft Léo Ducas meegewerkt aan het ontwerp van wat nu de twee belangrijkste standaarden zijn: CRYSTALS-Kyber (ML-KEM) en CRYSTALS-Dilithium (ML-DSA).
