Тема данной выпускной работы относится к постквантовой криптографии. Это раздел криптографии с открытым ключом, в котором используются вычислительно-сложные задачи, для которых не существует методов решения с помощью квантового компьютера. Новый класс таких сложных задач появился недавно, благодаря известной с 1985-го года ранговой метрике. Это метрика на векторных пространствах вида (Fqm)n, где Fqm - конечное поле из qm элементов. Ранговая метрика была введена Э.М. Габи дул иным в работе [1].
Первоначально эта метрика использовалась в теории кодирования по аналогии с метрикой Хэмминга [16], [9]. Однако позднее выяснилось, что есть два типа сложных задач, связанных с ранговой метрикой, которые не поддаются квантовому компьютеру [10], [13]. В связи с этим в последние годы возник целый раздел криптографии, где конструируются криптографические протоколы, основанные на этих сложных задачах [11], [12]. В нашей работе предложена еще одна схема цифровой подписи, основанная на одной из упомянутых выше сложных задач.
Опишем вкратце содержание работы. В главе 1 излагаются сведения, необходимые для понимания основных результатов работы. В §1 напоминается определение цифровой подписи [6]. В §2 излагаются основные факты о конечных полях. В §3 приводится необходимый минимум сведений о кодах, исправляющих ошибки [4], [3]. В §4 дается определение ранговой метрики и излагается ряд ее свойств, мы следуем работам [1], [14]. Наконец, в §5 формируются уже упоминавшиеся сложные задачи, основанные на ранговой метрике [10], [13].
В главе 2 мы разбираем один протокол цифровой подписи, основанный на ранговой метрике. Это протокол Veron из работы [8]. Мы приводим его как образец исследований, ведущихся в самое последнее время.
В главе 3 излагается наш собственный результат. Это схема цифровой подписи, основанная на сложной задаче, которая в [8] называется Bounded Distance Decoding (BDD) - проблема декодирования с ограниченным расстоянием.
Этот результат докладывался на студенческой научной конференции Казанского (Приволжского) Федерального Университета 26 апреля 2019 года.
[1] Габидулин Э.М. Теория кодов с максимальным ранговым расстоянием. — Проблемы передачи информации, 1985, том 21, вып.1. — 3-1бс.
[2] Глухов М. М., Елизаров В. II.. Нечаев А. А. Алгебра. — Учебник. — 2е изд., испр. и доп. — СПб.: Издательство «Лань», 2015. — 608 с.
[3] Морелос-Сарагоса Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. М.: Техносфера, 2005, — 320с.
[4] Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки. Л/.: Мир, 1976, — 594с.
[5] Смарт Н. Криптография.^ М.: Техносфера, 2005, — 528с.
[6] Черемушкин А.В. Лекции по арифметическим алгоритмам в криптографии. М.: М ПН МО. 2002, — 104с.
[7] Berlekamp, Е., McEliece, R.J., van Tilborg, Н.С.А. On the inherent intractability of certain coding problems—IEEE Transactions on Information Theory, 24 (3), pp. 384-386, May 1978.
[8] Bellini, E., Caullery, F., Hasikos, A., Manzano, M., Mateu, M.: Code-Based Signature Schemes from Identification Protocols in the Rank Metric. Cryptology and Network Security. 17th Int.Conf.,CANS 2018, Naples, Italy Sept.30 - Oct.3, 2018 Proceedings. - p.277-298.
[9] Cayrel, P.-L., Veron, P., El Yousfi Alaoui, S.M.: A zero-knowledge identification scheme based on the q-ary Syndrome decoding problem. — In: Biryukov, A., Gong, G., Stinson, D.R.(eds.) SAC 2010. LNCS vol. 6544, pp. 171-186. Springer, Heidelberg (2011).
[10] Gaborit, P., Ruatta, O., Schrek, J.: On the complexity of the rank syndrome decoding problem. — IEEE Trans. Inf. Theory 62(2), 1006-1019 (2016).
[11] Gaborit, P., Ruatta, O., Schrek, J., Tillich, J.-P., Zemor, G.: Rank based cryptography : a credible post-quantum alternative to classical cryptography.^ NIST Workshop on Cybersecurity in a Post-Quantum, World 2015., 1-13 (2015).
[12] Gaborit, P., Ruatta, O., Schrek, J., Zemor, G., RankSign: an efficient signature algorithm based on the rank metric.^PQCrypto 20Ц: Post-Quantum, Cryptography, pp 88-107, May 29, 2017.
[13] Gaborit, P., Zemor, G.: On the hardness of the decoding and the minimum distance problems for rank codes.— IEEE Trans. Inf. Theory 62(12), 72457252 (2016).
[14] Loidreau, P., Properties of codes in rank metric.^ ENSTA, pp 1-18, Oct 11,
2006.
[15] Vardy, A., Algorithmic complexity in coding theory and the minimum distance problem.^ in Proc. STOC, 1997, pp. 92-109.
[16] Veron, P.: Improved identification schemes based on error-correcting codes. — Appl. Algebra Eng. Commun. Comput., 8(1), 57-69 (1997).