Generic constructions of quantum-resistant cryptosystems

  • Recent years have seen an increasing interest in new standards for public-key cryptography, as currently deployed primitives are not secure against quantum attackers. This thesis is considered with the question how to construct quantum-resistant primitives from primitives with properties that are easier to achieve. Its central motivation is the NIST’s ongoing standardisation process. In the context of encryption, this thesis defines and analyses variations of the Fujisaki-Okamoto transformation. Opposed to the latter, these variations are applicable to all NIST proposals, and are analysed with respect to their quantum resistance. In the context of digital signatures, it is observed that the original proof of the Fiat-Shamir construction did not consider quantum attackers. This thesis therefore contains a quantum-theoretical proof technique with which the Fiat-Shamir construction then is proven secure.
  • Seit einigen Jahren zeigt sich ein wachsendes Interesse an neuen Public-Key-Standards, da die etablierten Standards keine Sicherheit gegen Quantenangreifer bieten werden. Diese Arbeit behandelt die Frage, wie solche quantenresistente Primitive konstruiert werden können aus Primitiven mit leichter zu erreichenden Eigenschaften. Zentrale Motivation dieser Arbeit ist der derzeit stattfindende Standardisierungsprozess des NIST. Im Kontext der Verschlüsselung definiert und untersucht diese Arbeit Variationen der Fujisaki-Okamoto-Transformation, die im Gegensatz zu letzterer auf alle NIST-Einreichungen anwendbar sind und auch auf ihre Quantenresistenz untersucht werden. Im Kontext digitaler Signaturen wird beobachtet, dass auch der originäre Sicherheitsbeweis der Fiat-Shamir-Konstruktion noch keine Quantenangreifer berücksichtigte. Diese Arbeit enthält daher eine quanteninformationstheoretische Beweistechnik, mit der sie die Fiat-Shamir-Konstruktion als quantenresistent erweist.

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Metadaten
Author:Kathrin HövelmannsGND
URN:urn:nbn:de:hbz:294-77584
DOI:https://doi.org/10.13154/294-7758
Referee:Eike KiltzORCiDGND, Alexander MayORCiDGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2021/02/10
Date of first Publication:2021/02/10
Publishing Institution:Ruhr-Universität Bochum, Universitätsbibliothek
Granting Institution:Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Mathematik
Date of final exam:2020/12/04
Creating Corporation:Fakultät für Mathematik
GND-Keyword:Kryptologie; Elektronische Unterschrift; Public-Key-Kryptosystem; Theoretische Informatik; Computersicherheit
Institutes/Facilities:Horst Görtz Institut für IT-Sicherheit
Dewey Decimal Classification:Naturwissenschaften und Mathematik / Mathematik
faculties:Fakultät für Mathematik
Licence (German):License LogoKeine Creative Commons Lizenz - es gelten der Veröffentlichungsvertrag und das deutsche Urheberrecht