Efficient implementation of code- and hash-based cryptography
- This work investigates novel techniques to implement alternative cryptosystems from code- and hash-based cryptography to efficiently realize public-key encryption and digital signatures. The focus is on tailored designs for embedded systems, e.g., FPGAs and microcontrollers, and their competitiveness toward today's RSA and ECC implementations. Quantum-resistant public-key encryption is realized based on QC-MDPC McEliece and Niederreiter. Lightweight FPGA designs outperform current RSA and ECC implementations and first side-channel attacks as well as IND-CCA hybrid encryption for ARM Cortex-M microcontrollers are presented. Quantum-resistant hash-based digital signatures with novel algorithmic improvements for the authentication path computation show how to limit the leakage of key information via side-channels by design.
- In dieser Arbeit werden neuartige Techniken zur Implementierung alternativer Kryptographieverfahren aus der codierungs- und hash-basierten Kryptographie untersucht, um Public-Key Verschlüsselung und digitale Signaturen effizient zu realisieren. Der Fokus liegt auf maßgeschneiderten Designs für eingebettete Systeme wie FPGAs und Mikrocontroller und deren Konkurrenzfähigkeit zu aktuellen RSA und ECC Implementierungen. Quantenresistente Public-Key Verschlüsselung wird auf Basis von QC-MDPC McEliece und Niederreiter realisiert. Leichtgewichtige FPGA Designs übertreffen heutige RSA und ECC Implementierungen und erste Seitenkanalangriffe ebenso wie IND-CCA hybride Verschlüsselung für ARM Cortex-M Mikrocontroller werden präsentiert. Quantenresistente hash-basierten digitale Signaturen mit neuartigen algorithmischen Verbesserungen für die Berechnung des Authentifikationspfades zeigen wie ein Design den Verlust von Schlüsselinformationen durch Seitenkanäle begrenzen kann.
Author: | Ingo von MaurichGND |
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URN: | urn:nbn:de:hbz:294-53068 |
Referee: | Tim GüneysuORCiDGND, Christof PaarGND |
Document Type: | Doctoral Thesis |
Language: | English |
Date of Publication (online): | 2017/07/10 |
Date of first Publication: | 2017/07/10 |
Publishing Institution: | Ruhr-Universität Bochum, Universitätsbibliothek |
Granting Institution: | Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik |
Date of final exam: | 2017/02/03 |
Creating Corporation: | Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik |
GND-Keyword: | Public-Key-Kryptosystem; Post-Quantum-Kryptografie; Eingebettetes System; Field programmable gate array; Mikrocontroller |
Institutes/Facilities: | Horst Görtz Institut für IT-Sicherheit |
Dewey Decimal Classification: | Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft / Informatik |
faculties: | Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik |
Licence (German): | Keine Creative Commons Lizenz - es gelten der Veröffentlichungsvertrag und das deutsche Urheberrecht |