Proposta de aprimoramento para o protocolo de assinatura digital Quartz

• Main Author: Andrade, Ewerton Rodrigues
• Other Authors: Terada, Routo
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2013
• Subjects: Assinatura Digital; Criptografia Pós-Quântica; Digital Signature; MPKC; MQ Problem; Post-Quantum Cryptography; Problema MQ; Quartz
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-23102013-163524/

Atualmente, podemos perceber que uma grande dependência dos sistemas desenvolvidos sob a seara da criptografia foi instaurada em todos nós. Principalmente no tocante dos sistemas criptográficos de chave pública, que são vastamente utilizados na Internet. No entanto, a criptografia de chave pública viu-se ameaçada e começou a investigar novas fontes de problemas para seus sistemas quando Shor em 1997 desenvolveu um algoritmo de tempo polinomial para fatorar inteiros e para calcular o logaritmo discreto em um computador quântico. Neste contexto, Patarin propõe a função alçapão HFE (Hidden Field Equations), uma trapdoor baseada nos Problemas MQ (Multivariate Quadratic) e IP (Isomorfismo de Polinômios). Tais problemas não são afetados pelo algoritmo de Shor, além disto o Problema MQ foi demonstrado por Patarin e Goubin como sendo NP-completo. Apesar do HFE ter sua versão básica quebrada, ele apresenta variações -- obtidas através de modificadores genéricos -- resistentes aos principais ataques da atualidade. O Quartz -- esquema de assinatura digital baseado no HFEv-, com escolha especial de parâmetros -- é um bom exemplo desta resistência a ataques algébricos que visem a recuperação da chave privada, pois até hoje permanece seguro. Além de também se destacar por gerar assinaturas curtas. Todavia, Joux e Martinet -- baseados em axiomas do Ataque pelo Paradoxo de Aniversário -- provaram que o Quartz é maleável, demonstrando que caso o adversário possua um par (mensagem, assinatura) válido, ele conseguirá obter uma segunda assinatura com 2^(50) computações e 2^(50) chamadas ao oráculo de assinatura, logo muito abaixo dos padrões de segurança atuais que são de, no mínimo, 2^(112). Desta forma, baseado no Quartz, apresentamos um novo esquema de assinatura digital resistente a ataques adaptativos de mensagem escolhida que realizem chamadas ao oráculo aleatório, com um nível de segurança estimado em 2^(112). Nosso criptossistema proporciona, ainda, um ganho de eficiência no algoritmo de verificação de assinatura e na inicialização dos vetores que serão utilizados pelos algoritmos de assinatura e verificação. Além de, também, disponibilizarmos uma implementação do Quartz Original e do Quartz Aprimorado, na linguagem de programação Java. === Today, we can see that a large dependence of the systems developed under the cryptography was introduced in all of us. Especially in terms of public key cryptosystems, which are widely used on the Internet. However, public key cryptography was threatened and began to investigate new sources of problems for their systems when Shor in 1997 developed a polynomial time algorithm for factoring integers and to compute the discrete logarithm in a quantum computer. In this context, Patarin proposed Hidden Field Equations (HFE), a trapdoor based on MQ (Multivariate Quadratic) and IP (Isomorphism of Polynomials) problems. Such problems are not affected by the Shor algorithm, moreover MQ Problem was demonstrate by Patarin and Goubin as NP-complete. Despite the basic HFE has broken, it varies secure, obtained by generic modification. The Quartz -- digital signature scheme based on HFEv-, with special choice of parameters -- is a good example of this resistance to algebraic attacks aimed at the recovery of the private key, because even today remains secure. Furthermore, it also generates short signatures. However, Joux and Martinet -- based on axioms of Birthday Paradox Attack -- proved that Quartz is malleable, showing that if the adversary has a pair (message, signature) valid, he can get a second signature with 2^(50) computations and 2^(50) calls to the signing oracle, so far the current security standards that are at least 2^(112). Thus, based on Quartz, we present a new digital signature scheme, achieving the adaptive chosen message attacks that make calls to the random oracle, with a secure level estimated at 2^(112). Our cryptosystem also provides an efficiency gain in signature verification algorithm and initialization vectors that will be used for signing and verification algorithms. Further we provide an implementation of Original Quartz and Enhanced Quartz in the Java programming language.